GPS天線相位中心消除偏差方法【摘要】本文介紹了GPS接收機相位中心的確定方法和如何減小相位中心偏差的方法，對提高GPS測量精度有一定的作用。該方法在實際應用中已取得了理想的效果。【關鍵詞】GPS；相位中心；偏差1．引言在GPS測量過程中，我們所得到的觀測值都是以GPS接收機天線的相位中心位置為準的．而天線的相位中心與其幾何中心．在理論上保持一致?？蓪嶋H上接收機天線的相位中心是隨著信號輸入的強度和方向不同而時刻變化的，即觀測時相位中心的瞬時位置與理論上的相位中心位置將有所不同，這種差別叫天線相位中心的位置偏差，它的影響可達數毫米至數厘米。因此．研究天線相位中心及其變化，找到減小這種偏差的方法，對GPS高精度測量有著重要的意義。2.GPS天線的相位中心的確定GPS接收機的相位中心?也就是通常所說的GPS接收機的電氣中心，它是一臺測量儀的基準點，研究GPS接收機的相位中心的變化規律，是提高測量精度的重要環節。2.1機內時延GPS接收機為了使用方便，一般都是天線與主機分開，它們之間通過一根具有一定長度的同軸電纜連接.當信號進入天線經放大、電纜傳輸、再放大、直到相關解調，于是便有了一個時延，這就是機內時延。2.2GPS天線的相位中心的確定在GPS測量過程中.我們一般都是把GPS接收機的天線放在標志點上，通常以天線上表面中心作為GPS接收機的相位中心，而實際上并不是這樣。我們知道.GPS接收機在工作時需要同時接收四顆以上GPS衛星信號進行放大、傳輸、相關解調、運算.求出時間、位置、速度、方向等參數。相關解調點是指衛星信號到GPS接收機時延的參考點，對于每一顆衛星信號而言，相關解調點是測量的參考點（或起算點）。如此看來GPS接收機的相位中心不在天線上，具體在哪?分析如下：鶴圖I屮!￡——農示空何譚行時衛星，0一表示EPS捷收檢天統的平面中心直.尸一號示GPS接收機相關解調點“血―一表示0點到空阿衛星朗注海.也—表殺機內時延崔離.對于空中某頼EPS衛星窩射的借號T經空闔到迖GPfi整收飆袤線上平面中心點有一空間傳播時延電磯詭在空間的伎福遠度為C能么其何強為謖攏內時廷為加4佶號裡撫肉的傳播速度対匕則機內時延覽鳥為八皿中國電磁兼容網磚gghg協EEMCCIn-is.cjry總路程d。為di二da+dD對于天線固定在某位置的GPS接收機.其空間不同位置的衛星信號到達GPS接收機時，空間時延各不相同，而機內時延卻是相同的.因此在求解GPS接受位置等參數時，應該用總時延二+△lo來進行解算。由于需要接收機四顆GPS衛星信號來求解GPS接收機所在的時間、位置、速度等參數，從圖1可看出接收機的相位中心也不在相關解調點上。此時的相位中心應理解為等效相位中心，它由相關解調點到四顆衛星的偽距共同決定△。從圖1中可知GPS接收機的等效相位中心大致可確定在天線平面位置的下方。具體在那里，顯然決定于機內時延的大小和衛星在空間的分布情況。衛星在空間的分布與GPS接收機中反映出來的精度衰減因子PDOP值有一定關系，PDOP值大小反映接收機的等效相位中心接近天線平面中心軸線的程度?？梢?GPS接收機的等效相位中心是變化的.等效相位中心的這種變化,相對于天線平面中心有水平偏差和高程偏差，偏差的大小與機內時延和PDOP值有關。3．相位中心偏差的消除如前所述．天線相位中心的位置偏差影響可達數毫米至數厘米．這對高精度測量來說是不能容忍的，為此我們可通過下面的方法來減弱它的影響，提高測量精度。3．1扣除機內時延從上面的分析我們了解到.引起GPS接收機等效相位中心發生偏差的最主要原因是機內時延。如果把機內時延扣除，測量的參考點真正定在天線的表面中心上.GPS接收機的等效相位中心就不會隨PDOP值發生變化，這將有利于提高GPS接收機的測量精度?？鄢龣C內時延的方法是：對于某種型號的GPS接收機，使用固定型號和固定長度的同軸電纜．在實驗中測出機內時延，把機內時延作為一個改正量，在接收機測量解算中首先從相關解調出來的總時延減去機內時延．再進行時間、位置等參數的解算；另一種方法是把使用不同長度的同軸電纜折算成時延．輸入到接收機內進行時延改正。3_2GPS差分測量GPS差分測量的方法是：將一臺GPS接收機安置在基準站上進行觀測。根據基準站已知的高精度坐標，計算出基準站到衛星的距離改正數．并由基準站適時地將這一改正數發送出去，用戶接收機在進行GPS觀測的同時，也接收到基準站送來的改正數，并對其定位結果進行改正.這樣可大大消除GPS接收機等效相位中心發生偏差的影響。此種方法．我們必須注意以下兩點：GPS差分測量時.每臺GPS接收機要接收相同的一組衛星。前面已討論過．不同的兩組衛星等效相位中心偏差大小和方向都不一樣．及時差分也減不掉。為了便于安裝和測量．總是把天線上表面中心作為儀器的等效相位中心.實際上即是扣除了機內時延，GPS接收機的等效相位中心和天線上表面中心有個偏差．偏差大小與所用的天線類型有關。有資料表明．扣除機內時延的起算點應是天線頂部饋電點，因此相位中心應在饋電點上，對于振子天線和螺旋天線，饋電點就在天線頂部中心；對于大量使用的微帶天線，由于圓極化和阻抗匹配的需要，饋電點與天線上表面中心有一偏差，此外，為了提高接收機的信噪比，前置放大器緊貼天線下部安裝，由于前置放大器電路安排的需要，便把天線饋電點偏離天線前置放大器基座中心安裝，而基座中心是測量的對中標志，所以天線相位中心與基座標志中心的偏）差由上述兩因素形成。因此，GPS接收機應在天線上作統一的指向標志。在架設天線時，天線指向標志應指向同一方向，這樣在差分測量時可消除天