一种基于精密机械臂的室外GNSS接收机绝对天线相位中心校正方法技术

本发明专利技术属于天线测量技术与卫星导航定位领域，涉及一种基于精密机械的室外GNSS接收机绝对天线相位中心校正方法。该方法针对常规室外GNSS观测无法获得高精度的接收机绝对天线相位中心校正模型的问题，通过超短基线观测消除大部分公共误差，借助高精度的机械臂的快速旋转和倾斜实现接收机天线绝对相位中心补偿（Phase Center Offset 简称PCO）和相位中心变化（Phase Center Variation 简称PCV）的分离，最后通过最小二乘算法解算PCO并对观测残差进行拟合计算PCV。本发明专利技术能在室外操作，且能达到1mm的PCO和PCV的校正精度，适用于能跟踪GPS、BDS、GLONASS及Galileo等卫星导航系统信号的接收机PCO和PCV的精确标定，从而可以消除由于接收机PCO和PCV的不精确引入的系统性测量误差，进一步提高用户定位精度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于天线测量技术与卫星导航定位领域，涉及一种基于精密机械的室外GNSS接收机绝对天线相位中心校正方法。该方法针对常规室外GNSS观测无法获得高精度的接收机绝对天线相位中心校正模型的问题，通过超短基线观测消除大部分公共误差，借助高精度的机械臂的快速旋转和倾斜实现接收机天线绝对相位中心补偿（Phase Center Offset 简称PCO）和相位中心变化（Phase Center Variation 简称PCV）的分离，最后通过最小二乘算法解算 PCO 并对观测残差进行拟合计算PCV。本专利技术能在室外操作，且能达到1mm的PCO和PCV的校正精度，适用于能跟踪GPS、BDS、GLONASS及Galileo等卫星导航系统信号的接收机 PCO 和 PCV 的精确标定，从而可以消除由于接收机 PCO 和 PCV 的不精确引入的系统性测量误差，进一步提高用户定位精度。【专利说明】-种基于精密机械臂的室外GNSS接收机绝对天线相位中 心校正方法
本专利技术属于天线测量技术与卫星导航定位领域，具体涉及一种基于精密机械臂的 室外GNSS接收机绝对天线相位中也校正方法。
技术介绍
在全球卫星导航系统（Global ^vigation Satellite System简称GNSS)导航定 位领域，载波相位观测值精度比伪距观测值精度高得多，因此在高精度GNSS导航定位数据 处理中载波相位观测值占有很大权重。相位观测值是通过测量卫星发射天线发射时刻相对 于接收机接收时刻各自的瞬时相位中也得到。其瞬时相位中也随着高度角、方位角、卫星信 号强度的变化而变化并且跟频率有关，在实际数据处理中无法得到卫星和接收机的瞬时相 位中也的具体位置，因而引入一个平均相位中也来描述瞬时相位中也的平均值，该值相对 于接收机参考点的差距称为绝对天线相位偏差（Phase Center Offset简称PC0)。该样， 如果将单个观测值的瞬时相位中也与平均相位中也相比较得到的偏差值就称为天线相位 中也变化（Phase Center Variation简称PCV)。实践证明，卫星W及接收机终端的天线相 位中也偏差和相位中也变化，是影响用户定位精度的主要系统误差源。GNSS观测网络往往 混合使用了各种不同类型的接收机，该些接收机在制造工艺、工作模式上存在差异，导致天 线相位中也存在较大差异，在进行数据处理时容易引入系统性偏差。因此天线在使用前必 须进行高精度的天线相位中也标定。 GNSS接收机天线相位中也的校正或标定目前主要有微波暗室校正法和利用室外 实测全球定位系统（Global化sitioning System简称GPS)信号的相对定位法两种。微 波暗室法采用的是在较为理想的环境下的GI^S模拟信号进行标定，受干扰较少，但该种方 法对设备要求较高，测试成本也较高，并且其模拟的观测环境与室外观测环境可能存在一 定的差异，导致校正结果可行度不高，该也是国际GNSS服务组织（Internat ional GNSS Service化ganization简称IGS)没有采用暗室校正结果的原因之一。而室外实测GPS信 号的相对定位法要求参考站的天线相位中也信息事先已知，得到的待测天线结果是相对于 参考天线的相对相位中也模型值，不能得到与参考站无关的绝对天线相位中也模型值；另 夕F，W上方法目前都无法标定我国北斗卫星导航系统的接收机天线相位中也。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是；针对 常规室外GNSS观测无法获得高精度的接收机绝对天线相位中也校正模型的问题，通过超 短基线观测消除大部分公共误差，借助高精度的机械臂的快速旋转和倾斜实现接收机天线 绝对相位中也补偿（化口)和相位中也变化（化'。的分离，最后通过最小二乘算法解算化饼^ 对观测残差进行拟合计算化y。本专利技术能在室外操作，且能达到1mm的化'巧日化饰勺校正精 度，适用于能跟踪GPS/抓S/化ONASS/Galileo等卫星导航系统信号的接收机化巧日PCV的 精确标定，从而可W消除由于接收机化巧日化饰勺不精确引入的系统性测量误差，进一步提 高用户定位精度。 本专利技术具有如下的有益效果： 本专利技术提供一种基于精密机械臂的室外GNSS接收机绝对天线相位中也校正方法，该 方法与现有技术相比的优点在于；本专利技术专利基于可倾斜和旋转的高精度机械臂采集大 量不同方位角和高度角的实测GNSS观测值，在室外就可W实现GNSS接收机绝对天线相位 中也的标定，标定精度高，操作简单，测试成本低，室外测试环境更接近使用环境，能够实现 GPS/抓S/化0NASS和Galileo卫星系统的接收机天线相位中也标定。 【专利附图】【附图说明】 图1为一种基于精密机械臂的室外GNSS接收机绝对天线相位中也校正方法的流 程图； 图2为用于计算化'0在水平面内的化'0 (A0和化'0 (巧分量的GNSS观测与机械臂转 动方法示意图； 图3为用于计算化讳E竖直面内的化'0 ( 0分量的GNSS观测与机械臂转动方法示意 图。 【具体实施方式】 下面结合实施例，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细描述。W下实施例用于 说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 本专利技术要解决的技术问题是；针对常规室外GNSS观测无法获得高精度的接收 机绝对天线相位中也校正模型的问题，通过超短基线观测消除大部分公共误差，借助高精 度的机械臂的快速旋转和倾斜实现接收机天线绝对相位中也补偿（化口）和相位中也变化 (化'。的分离，最后通过最小二乘算法解算化巧巧才观测残差进行拟合计算化y。本专利技术 能在室外操作，且能达到1mm的化'巧日化胸校正精度，适用于能跟踪GPS/抓S/化0NASS/ Galileo等卫星导航系统信号的接收机化巧日化饰勺精确标定，从而可W消除由于接收机 化巧日化饰勺不精确引入的系统性测量误差，进一步提高用户定位精度。该校正方法的实施 流程如图1所示。 本专利技术的具体实施方案如下： 步骤1 ;在GNSS超短基线观测模式下，其中一个天线固定在参考站，另一个接收机天线 安装在机械臂末端(移动站)。通过调整机械臂移动天线，观测得到不同时段的多条基线，通 过基线解算可得到机械臂末端的GNSS坐标值，通过计算机可同时读取对应时段的机械臂 末端的机械臂本体坐标值。通过解算该些坐标对，得到GNSS坐标系与机械臂本体坐标系之 间的转换关系，实现坐标系的统一，具体转换关系如下： 【权利要求】1. 一种基于精密机械臂的室外GNSS接收机绝对天线相位中心校正方法，其特征在于， 该方法包括以下几个步骤： 步骤1 :选用两个配备天线的GNSS接收机组成超短基线（< 10m)，其中一个天线固定在 参考站，另一个接收机天线安装在机械臂末端(移动站）；调整机械臂移动天线，可观测得到 不同时段的多条基线，通过基线解算可得到机械臂末端的GNSS坐标值，通过计算机可同时 读取对应时段的机械臂末端的机械臂本体坐标值；通过解算这些坐标对，得到GNSS坐标系 与机械臂本体坐标系之间的转换参数，实现坐标系的统一； 步骤2 :固定配备任意接收机天线的参考站，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于精密机械臂的室外GNSS接收机绝对天线相位中心校正方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：步骤1：选用两个配备天线的GNSS接收机组成超短基线（＜10m），其中一个天线固定在参考站，另一个接收机天线安装在机械臂末端（移动站）；调整机械臂移动天线，可观测得到不同时段的多条基线，通过基线解算可得到机械臂末端的GNSS坐标值，通过计算机可同时读取对应时段的机械臂末端的机械臂本体坐标值；通过解算这些坐标对，得到GNSS坐标系与机械臂本体坐标系之间的转换参数，实现坐标系的统一；步骤2：固定配备任意接收机天线的参考站，通过机械臂控制待测接收机天线在水平面内指定的方向（测试时指定的起算方向，即“天线指北方向”）做0°（记为位置1）和任意非0°角度（位置2）快速往返转动，同时记录高采样GNSS观测值；步骤3：根据步骤2，将GNSS观测值按位置1和位置2分解成两部分，对步骤1的参考站和步骤2中移动站组成的双差观测值进行多项式拟合，获得（参考站至位置1）和（参考站至位置2）两条基线的同步双差观测值；步骤4：利用步骤3得到的同步双差观测值，以步骤2指定的天线北为起算方向，以待测天线参考点为原点，建立天线本体站心坐标系（北/东/高坐标系），在此坐标系进行绝对天线相位偏差（Phase Center Offset 简称PCO）参数建模，通过双差观测可解算出PCO分量中的北和东方向分量PCO（N）和PCO（E）；步骤5：固定配备任意接收机天线的参考站，通过机械臂控制待测接收机天线在竖直面内作0°（位置3）和任意非0°角度（位置4）的快速倾斜往返转动，同时记录高采样率GNSS观测值；步骤6：根据步骤5，将GNSS观测值按位置3和位置4分解成两部分；对步骤1的参考站和步骤5中移动站组成的双差观测值进行多项式拟合，得到参考站至位置3和参考站至位置4两条基线的同步双差观测值；步骤7：利用步骤6得到的同步双差观测值，通过同步双差观测可解算得到PCO分量中的高方向分量PCO（U）；步骤8：将步骤4和步骤7得到的三个分量的PCO值带入根据步骤3和步骤6的位置1与位置2的双差观测值和位置3与位置4的双差观测观测方程中进而得到观测残差，依据步骤4建立的坐标系计算高度角和方位角，对观测值残差进行分段线性拟合或者球冠谐函数拟合计算得到关于高度角和方位角的相对天线相位中心变化（Phase Center Variation 简称PCV）值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志刚，赵齐乐，李陶，郭强，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42