基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法及系统，包括基于机械臂建立室外绝对天线相位模型标定场，采集天线相位观测数据；构建双差观测值，建立观测模型和随机模型，所述随机模型针对非差以及双差相位观测值进行函数建模；法方程叠加，最小二乘估计PCO，包括首先忽略天线相位变化PCV，对天线相位中心偏差PCO进行估计，在进行整体最小二乘法方程叠加时，对钟差参数进行参数消去；导入PCO，从方程残差中提取PCV，包括在得到PCO参数之后，带入原来的相位双差观测方程，计算方程残差，使用球谐函数对PCV进行建模，从观测值残差中提取PCV改正数，得到室外天线绝对标定结果。本发明专利技术能够利用GNSS数据对天线相位模型进行高精度估计。行高精度估计。行高精度估计。

【技术实现步骤摘要】
基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法及系统


[0001]本专利技术属于天线测量技术与卫星导航定位领域，具体涉及一种基于双差相位观测值的地面接收机天线相位中心室外绝对标定方案。

技术介绍

[0002]天线相位中心即天线接收信号的电气中心，其空间位置在出厂时往往不在天线的几何中心上。一般选取天线底部与天线中轴的交点作为参考点(称天线参考点，英文antenna reference point：ARP)给出其电气中心，这个几何偏差值称为天线相位中心偏差(antenna phase center offset：PCO)。从电气中心出发的信号在理想情况下是一个球形的等相面。然而实际制造的天线不是一个球形等相面，而是一个被扭曲的不规则曲面。在这种情况下，从不同高度角和方位角测得的距离产生系统性的测量偏差，叫天线相位中心变化(antenna phase center variation：PCV)。实践证明，由天线产生的PCO和PCV误差是影响用户定位精度的关键系统误差源。高精度定位需要高精度的天线相位中心改正模型进行精确修正。因此，天线需要做天线的相位中心标校，并将标校值提供给用户使用。
[0003]在地面接收机天线绝对相位中心标定过程中，需要使用建立短基线采集全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)数据，然后在站间和历元间进行差分，形成双差观测值，用于消除大部分公共误差，但是无法消除地面接收机钟差，所以需要使用共时钟接收机或者外部时间基准来同步两个站点的接收机钟差。但是在实际应用中，共时钟接收机较为少见，而使用高精度的外部时间基准(外接原子钟)也会增加标定系统的复杂程度和成本。因此需要尝试和探索新的数据处理方法，用于降低天线相位中心标定系统的复杂度，提高接收机选择的范围。本专利技术基于站间
‑
历元间相位观测值，提出了一种新的天线相位室外绝对标定方法。

技术实现思路

[0004]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：(1)双差相位观测值估计天线绝对相位中心(2)基于站间
‑
历元间相位双差观测值的室外绝对天线相位中心标定系统需要使用共时钟接收机或者采用外部时频信号同步不同接收机时间基准，因此会受到选用的接收机类型以及外部频率基准的影响。本专利技术能够高效快速处理双差相位观测值，达到1mm的PCO和PCV的标定精度，适用于能跟踪GPS/BDS/GLONASS/Galileo等卫星导航系统信号的接收机天线PCO和PCV的精确标定，对于GNSS高精度应用有重要作用。
[0005]本专利技术提供的技术方案包括一种基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，基于机械臂建立室外绝对天线相位模型标定场，采集天线相位观测数据；
[0007]步骤2，构建双差观测值，建立观测模型和随机模型，所述随机模型针对非差以及双差相位观测值进行函数建模；
[0008]步骤3，法方程叠加，最小二乘估计PCO，包括首先忽略天线相位变化PCV，对天线相位中心偏差PCO进行估计，在进行整体最小二乘法方程叠加时，对钟差参数进行参数消去；
[0009]步骤4，导入PCO，从方程残差中提取PCV，包括在得到PCO参数之后，带入原来的相位双差观测方程，计算方程残差，使用球谐函数对PCV进行建模，从观测值残差中提取PCV改正数，得到室外天线绝对标定结果。
[0010]而且，步骤1的实现方式包括以下子步骤，
[0011]第一步，基于机械臂，建立室外天线相位中心绝对标定场，由静态的基准站和动态的流动站组成短基线，基准站处基墩放置任一测量型天线，流动站处机械臂末端安装待测天线；
[0012]第二步，规划机械臂的动作，使得卫星在天线盘面均匀分布，获取完整的与高度角以及方位角相关的天线相位模型；
[0013]第三步，在机械臂按照规划位置和姿态进行动作时，同时采集静态基墩和机械臂末端的GNSS数据，无需采用共时钟接收机采集上述数据，采用多个接收机接收不同天线数据时亦无需对接收机进行外部时间同步。
[0014]而且，步骤2的实现方式包括以下子步骤，
[0015]第一步，根据标定系统设置和GNSS观测原理，建立天线相位中心标定的观测模型；
[0016]第二步，建立观测值随机模型；
[0017]第三步，根据PCC和PCO、PCV的关系，确定PCC估计实现过程。
[0018]而且，步骤3的实现方式包括以下子步骤，
[0019]第一步，构建单次双差观测值法方程，在最小二乘的准则下，根据观测值函数模型和随机模型计算法方程和误差向量，然后对钟差参数进行参数消去，只保留PCO参数；
[0020]第二步，法方程叠加，整体最小二乘求解PCO参数，包括对于站间
‑
历元间双差观测值，对多组法方程进行叠加，得到最终法方程和误差向量，然后进行整体最小二乘，计算得到PCO的最优估值。
[0021]而且，步骤4的实现方式包括以下子步骤，
[0022]第一步，根据卫星在天线盘面内的高度角和方位角信息，计算正则化的勒让德多项式，对PCV参数使用球谐函数进行建模；
[0023]第二步，在双差相位观测方程中，带入估计得到的PCO参数，计算观测方程残差，从残差中对球谐系数进行整体最小二乘估计；
[0024]第三步，根据得到的球谐系数，计算相应的天线相位改正模型。
[0025]本专利技术还提供一种基于双差相位观测值的室外天线绝对标定系统，用于实现如上所述的一种基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法。
[0026]而且，包括以下模块，
[0027]第一模块，用于基于机械臂建立室外绝对天线相位模型标定场，采集天线相位观测数据；
[0028]第二模块，用于构建双差观测值，建立观测模型和随机模型，所述随机模型针对非差以及双差相位观测值进行函数建模；
[0029]第三模块，用于法方程叠加，最小二乘估计PCO，包括首先忽略天线相位变化PCV，对天线相位中心偏差PCO进行估计，在进行整体最小二乘法方程叠加时，对钟差参数进行参
数消去；
[0030]第四模块，用于导入PCO，从方程残差中提取PCV，包括在得到PCO参数之后，带入原来的相位双差观测方程，计算方程残差，使用球谐函数对PCV进行建模，从观测值残差中提取PCV改正数，得到室外天线绝对标定结果。
[0031]或者，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法。
[0032]或者，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法。
[0033]本专利技术具有如下的有益效果：
[0034]本专利技术提供一种基于双差相位观测值的地面接收机天线相位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于机械臂建立室外绝对天线相位模型标定场，采集天线相位观测数据；步骤2，构建双差观测值，建立观测模型和随机模型，所述随机模型针对非差以及双差相位观测值进行函数建模；步骤3，法方程叠加，最小二乘估计PCO，包括首先忽略天线相位变化PCV，对天线相位中心偏差PCO进行估计，在进行整体最小二乘法方程叠加时，对钟差参数进行参数消去；步骤4，导入PCO，从方程残差中提取PCV，包括在得到PCO参数之后，带入原来的相位双差观测方程，计算方程残差，使用球谐函数对PCV进行建模，从观测值残差中提取PCV改正数，得到室外天线绝对标定结果。2.根据权利要求1所述的基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法，其特征在于：步骤1的实现方式包括以下子步骤，第一步，基于机械臂，建立室外天线相位中心绝对标定场，由静态的基准站和动态的流动站组成短基线，基准站处基墩放置任一测量型天线，流动站处机械臂末端安装待测天线；第二步，规划机械臂的动作，使得卫星在天线盘面均匀分布，获取完整的与高度角以及方位角相关的天线相位模型；第三步，在机械臂按照规划位置和姿态进行动作时，同时采集静态基墩和机械臂末端的GNSS数据，无需采用共时钟接收机采集上述数据，采用多个接收机接收不同天线数据时亦无需对接收机进行外部时间同步。3.根据权利要求1所述的基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法，其特征在于：步骤2的实现方式包括以下子步骤，第一步，根据标定系统设置和GNSS观测原理，建立天线相位中心标定的观测模型；第二步，建立观测值随机模型；第三步，根据PCC和PCO、PCV的关系，确定PCC估计实现过程。4.根据权利要求1所述的基于双差相位观测值的室外天线绝对标定方法，其特征在于：步骤3的实现方式包括以下子步骤，第一步，构建单次双差观测值法方程，在最小二乘的准则下，根据观测值函数模型和随机模型计算法方程和误差向量，然后对钟差参数进行参数消去，只保留PCO参数；第二步，法方程叠加，整体最小二乘求解PCO参数，包括对于站间
‑
历元间双差观测值，对多组法方程进行叠加，得...

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