Tests of relative vertical offsets for several types of GPS receiver antenna phase centers

The correction for antenna phase center is considered in processing Global Positioning System （GPS） data collected from a network of GPS ultra-short baselines. Compared with the leveling measurements, the GPS results show that the relative vertical offsets for the pairs of GPS receiver antenna phase centers still exist, although absolute calibration of the antenna phase center variations （PCVs） has been considered. With respect to the TPS CR.G3 antenna, the relative vertical offset for the LEI AT504 antenna is 8.4 mm, the offset for the ASH701945C_M antenna is 5.5 mm, and those for the ASHY00936E_C and ASH701945B_M antennas are approximately between 2 mm and -3 mm. The relative offsets for the same type of antennas are approximately 1 mm. By correcting the absolute PCVs, the existing relative offset becomes negligible for horizontal positioning.

基于几何约束的GNSS接收机天线相位中心偏差测量方法研究

分析了GNSS接收机天线相位中心与几何中心间的关系,提出了一种基于几何约束的GNSS接收机天线相位中心偏差的测量方法。通过2台或多台天线组合测量,利用天线几何中心在东北天坐标系下的已知坐标,仅需2个观测时段即可解算所有天线的相位中心水平偏差和相对垂直偏差。使用扼流圈天线进行不同观测时段长的相位中心稳定性分析实验;在不同天线组合、不同天线位置条件下,对相位中心偏差进行测量实验。实验结果表明:高精度的GNSS接收机天线相位中心偏差测量的观测时段长为24 h,天线的相位中心水平偏差重复性≤0.13 mm,相对垂直偏差重复性为0.67 mm。

地影期间卫星姿态四元数产品对北斗精密单点定位的影响分析

与分析中心保持一致的卫星姿态模型是精密单点定位(PPP)获得高精度定位的关键因素。本文基于武汉大学分析中心(WUM)提供的卫星姿态四元数产品,详细阐述了利用卫星姿态四元数计算偏航角的方法。针对卫星在太阳高度角较低的情况,分析了WUM对BDS-2/BDS-3所采用的姿态模型策略,并基于开源定位软件GAMP深入研究了不同的卫星姿态模型策略对BDS-2/BDS-3 PPP定位的影响。研究表明,在深地影时期,不一致的姿态模型会导致偏航角出现360°的差异,进而使相位缠绕和卫星天线相位中心改正出现分米级的偏差。在此期间,使用卫星姿态四元数产品,与名义姿态相比PPP的定位精度在东、北和天顶方向能分别提高约32%、29%和38%;相较于剔除姿态异常卫星策略(剔除远日点和近日点的卫星),PPP的定位精度在3个方向分别能提高约29%、25%和28%。因此,PPP用户应采用各分析中心提供的卫星姿态四元数产品进行天线相位中心改正(PCO)和相位缠绕改正,避免使用不一致的姿态模型导致PPP定位结果的可靠性降低。

基于整网估计的星间链路天线相位中心偏差在轨特性研究

星间链路(ISL)是我国北斗三号克服区域布站、实现高精度服务的关键,其天线相位中心偏差(PCO)在设备出厂时会依据质量、设计姿态进行地面标定,但在卫星发射、入轨及在轨阶段,燃料消耗、天线展开姿态等均会引起卫星质量与姿态的变化,这将导致在轨的PCO与地面标定值不一致,该变化量会作为误差引入到测量值,进而影响卫星轨道确定精度。因此,该文研究了在轨卫星的星间链路天线相位中心偏差标定方法,联合星间、星地观测,建立了基于整网估计的星间链路天线相位中心偏差在轨估计方法,并利用两周的实测数据进行对北斗三号所有中轨卫星(MEO)进行验证,同时结合卫星生产商、轨道面进行在轨特性的详细分析,最后验证了其对轨道确定精度的影响。结果表明,该文方法可有效估计在轨卫星星间链路天线相位中心偏差,并发现,卫星在轨后大部分卫星的星间链路天线相位中心偏差基本与地面一致,但C36,C37,C41,C42卫星在Z方向与地面标定值存在15 cm左右的偏差,C25,C26,C43,C44在Y轴上存在符号相反的现象,且数值上有10 cm左右的偏差,C25,C26卫星在Z方向上存在近30 cm的偏差,正确标定在轨卫星星间链路天线相位中心偏差后,相比地面标定产品,轨道精度可提升15%。

天线相位中心的精确测量方法研究

以天线相位方向图实测数据为基础,通过改变参考点,建立相位偏差与相位中心位置偏差的关系式,并利用最小二乘法估算天线相位中心偏差.研制了一套实际测试系统,通过实际测试和理论误差分析表明,该方法能够精确测量天线相位中心,测量精度小于1 mm.

BDS卫星天线相位中心改正模型比较

介绍北斗二代卫星系统(BDS)3种卫星天线相位中心改正模型,分析对比不同模型对精密定轨、卫星钟差以及精密定位的影响。结果表明,ESA/ESOC的BDS卫星天线相位中心改正模型在精密定轨、卫星钟差和精密定位方面均优于其他模型结果,建议在北斗高精度数据处理中采用。

偏航姿态对北斗精密单点定位的影响分析

当太阳相对于卫星轨道面的高度角较小时,北斗导航卫星将不会跟踪太阳位置,卫星姿态发生异常复杂的变化后一段时间内处于零偏模式。在此期间采用名义姿态将影响卫星天线相位中心偏差、相位缠绕等误差计算,进而使精密单点定位(PPP)参数估计和天顶对流层延迟估计出现偏差。研究表明,在北斗导航卫星处于零偏期间,采用名义姿态计算的相位缠绕、天线相位中心偏差中存在超过15cm的误差。在此期间的北斗卫星采用零偏姿态改正相位缠绕等误差,与采用名义姿态相比,动态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高53.2%、54.2%、39.3%,静态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高61.0%、72.3%、58.4%,天顶对流层延迟估计精度提高33.0%。

天线相位中心偏差变化及改正模型对精密单点定位精度的影响

利用精密单点定位程序对IGS站的实测数据进行计算,结果表明:平面方向,天线相位中心偏差和变化对精密单点定位精度影响较小;高程方向,天线相位中心偏差可造成厘米级的影响,天线相位中心变化的影响约5mm;相比相对天线相位中心改正模型,使用绝对相位改正模型具有更多优点,尤其用于高精度GPS授时其精度明显提高。

GNSS天线相位中心偏差与变化精确标定方法研究

综述了地面上天线相位中心偏差的标定方法和天线相位中心变化的归算方法及其优缺点,并研究了GNSS在轨卫星天线相位中心改正的估算策略,探讨了LEO GPS卫星天线相位中心变化的在轨标定,有利于我国导航系统天线相位中心偏差和变化的标定研究。

GNSS接收机天线相位中心改正对高精度定位影响

阐述了GNSS接收机天线相位中心偏差(PCO)的产生原理及其改正模型,同时重点介绍了现阶段我国天线相位中心测定的基本原理及方法,并分析其优缺点,用算例分析了接收机天线相位中心改正对定位结果的影响,针对GNSS接收机天线的使用以及我国接收机天线相位中心的检测提出了一些思路和建议。

GPS天线相位中心改正方法研究

由于天线本身的特性及机械加工等原因,GPS卫星和接收机天线相位中心与其几何中心不重合,从而产生相位中心偏差。某些类型的天线该偏差甚至可达数cm,直接影响高精度GPS测量的精确可靠性[1]。讨论了GAMIT软件在高精度GPS数据处理中进行天线相位中心改正的原理、方法和策略,结合美国IGS观测站及南加州区域站观测数据,对改正方法及策略进行了实验对比与分析。结果表明:对接收机天线相位中心和卫星天线相位中心采用模型改正,而卫星天线相位中心偏移不改正,所得到的基线解算结果较好[2];地面接收机天线方位角的变化对U方向的基线解算结果有较大影响,在高精度GPS测量中,必须进行天线方位角的变化改正。

基于不同参考框架的GPS卫星天线校验

重新估计了基于不同参考框架的GPS卫星天线PCO(相位中心偏差)和PCV(相位中心变化)参数.计算过程中,通过固定测站天线的PCO和PCV,并将测站坐标强约束至不同的参考框架之下,降低了GPS卫星天线参数和接收机天线参数以及参考框架参数之间的相关性.结果显示,基于不同参考框架的同类型卫星天线PCV差异的平均值为0.726mm;与IGS发布值差异的平均值为0.844mm;基于新公布的IGS14参考框架的GPS卫星天线PCO估计结果与IGS(国际GNSS服务)发布值差异的平均值为-14.4mm,基于IGb08参考框架的卫星天线PCO估计结果与IGS发布值差异的平均值为-16.8 mm.以上结果表明,本措施提高了GPS卫星相位中心PCO/PCV的一致性,从而也能提高GNSS(global navigation satellite system)技术用于框架传递的连续性.

GNSS天线相位中心偏差检测方法

对于高精度测量,天线相位中心的偏差影响不能忽视,测绘型天线在使用之前需要进行检定,确保不超过误差容限.通过对天线相位中心偏差标定过程分析,建立了一种新的观测模型,处理相对定位的基线解算数据,基于最小二乘准则估计旋转中心和相位中心偏差.该方法不需要约束天线的旋转角度和观测数据个数,提高了天线相位中心偏差标定的精度,通过对GNSS-750型测绘天线实际测试结果表明,天线相位中心水平偏移标定精度优于0.05mm.

三种GPS天线相位中心偏差校准方法比较

GPS天线相位中心偏差是指GPS天线接收卫星信号的电气中心与其机械几何中心之差,在GPS高精度测量中是不容忽视的。本文主要结合目前我国相关规程中所规定的3种校准方法,从校准方法、校准效率、校准精度和结果表征等多个方面进行分析比较,阐述了3种校准方法的一致性和有效性。

不同太阳、月亮坐标算法对GNSS部分系统误差的影响研究

研究天文年历、JPL星历计算的太阳、月亮坐标的差异及对GNSS导航定位的影响。结果表明,不同星历计算的太阳坐标差异最大为5×108m,月亮坐标差异最大为3×106m。天文年历与DE421计算的星固系X方向之间的夹角最大达30′(Y方向与X方向类似)。太阳坐标差异引起的相位绕转改正之间的差异最大达0.3mm,卫星天线相位中心偏差改正之间的差异最大达3mm。太阳、月亮坐标差异导致固体潮改正之间的差异最大达3mm。经实测GPS数据验证,不同星历计算的太阳、月亮坐标差异对PPP的影响可以忽略,建议在PPP中采用计算效率高的天文年历。

两种天线相位中心偏差改正方法的比较

本文首先分析了采用卫星位置速度和姿态测量矩阵两种方法进行天线相位中心偏差改正的差异；然后运用2006年1月4日的GRACE—A卫星实测数据，计算了两种方法对改正值和定轨结果的影响。结果表明：（1）两种方法对改正值和定轨结果的影响与天线在星体坐标系中的位置有关；（2）利用两种方法计算的角度之差互检，可以探测姿态测量粗差。

导航卫星天线相位中心误差标定方法研究现状及发展趋势

卫星天线相位中心误差是影响GNSS高精度定位定轨的重要误差源,实用中需要对其精确标定。随着北斗卫星导航系统的建设发展,如何对卫星天线相位中心误差进行更为精确的标定应引起人们的重视。为此,本文首先简要介绍了各卫星导航系统的卫星天线情况,而后系统总结了导航卫星天线相位中心误差标定方法的发展历程和研究现状,指出了未来卫星天线相位中心误差标定方法的发展趋势,相关研究成果对我国北斗卫星天线相位中心误差的标定方法研究具有参考意义。

接收机天线相位中心改正对Galileo定位精度的影响分析

针对接收机天线相位中心与天线参考点ARP不一致引起的测量误差,从距离域和位置域分析其对定位精度的影响。同时,顾及IGS未提供接收机端Galileo天线相位中心改正,采用GPS的天线相位中心改正近似替代,并进行精密单点定位和静态相对定位。结果表明,天线相位中心偏差引起测距的误差可达1 dm,应当改正;采用近似PCO与PCV改正后,PPP垂向偏差由dm-cm级提高到mm级,不同接收机天线相对定位的垂向偏差由cm级提高到mm级,近似替代策略可明显改善Galileo精密定位的精度。

GNSS自适应天线相位中心评估方法

自适应天线在波束形成过程中会引起天线相位中心变化,针对这一问题,提出一种基于可用波束的自适应天线相位中心评估方法。该方法分为三步:设置天线的可用波束门限;在干扰来向均匀分布下,得到天线可用波束门限内相位方向图集合;利用最小二乘法对相位方向图集合进行拟合得到自适应天线的平均相位中心变化量。运用该方法对四种典型的四元阵相位中心进行对比仿真,结果表明,算法可以快速有效地对自适应天线相位中心性能进行评估。另外,通过设置适当的可用波束门限,可以提高自适应天线的相位中心性能。算法的评估结果可以作为GNSS高精度自适应天线阵型选择依据。

资源三号01星及02星星载GPS天线PCO、PCV在轨估计及对精密定轨的影响

资源三号01星与02星作为我国重要的遥感立体测绘卫星,承担了地理产品生产以及国土资源调查等任务。其中,高精度的卫星轨道确定是完成卫星任务的必备条件。资源三号01星与02星都搭载国产双频GPS接收机和SLR反射器来进行精密定轨和独立定轨精度检核。在定轨过程中,星载GPS接收机天线的PCO误差和PCV误差是制约进一步提高定轨精度的重要因素。尽管卫星入轨前获取GPS接收机天线的PCO先验值,本文通过在轨估计PCO,分析了PCO各个方向上的分量估计的可行性,发现通过使用在轨PCO,SLR检核显示ZY-3 01星和ZY-3 02星轨道RMS值分别提高了0.331mm、0.399mm。本文利用直接法和残差法估计了两颗卫星星载GPS接收机天线的PCV模型,整体量级在[-15mm 15mm]。通过使用在轨估计的PCV模型(10°×10°),ZY-3 01星SLR检核结果RMS值提高了2.143mm(直接法模型)、1.628mm(残差法模型),重叠弧段对比在三维位置上提高了11.377mm(直接法模型)、13.903mm(残差法模型),ZY-3 02星SLR检核结果RMS值提高了0.727mm(直接法模型)、0.692mm(残差法模型),重叠弧段对比在三维位置上提高了1.736mm(直接法模型)、1.548mm(残差法模型)。本文进一步探讨了PCV模型分辨率(10°×10°,5°×5°,2°×2°)对精密定轨的影响,在综合考虑计算效率、存储空间、提高幅度等因素后,发现使用残差法在轨估计5°×5°PCV模型是较好的选择。