基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法及系统，包括根据PCO和PCV的耦合性，确定相位模型的等价转换关系；确定最优约束条件，按照最优约束条件对原始模型进行等效相位模型转换；构造虚拟观测值进行仿真定位测试，包括在一个虚拟的坐标系中，以第一个模型构建虚拟观测值，用另一个模型进行改正，然后使用最小二乘方法进行单点定位解算，计算北东高方向的定位误差；验证仿真定位测试的坐标估值与转换后附有约束条件的相位模型PCO差异，输出天线相位中心标定结果。本发明专利技术的优点是考虑PCO/PCV耦合性的基础上，增加额外的约束条件对进行比较的相位模型进行等效转换，减少了相位模型比较工作量，更加直观地反映了相位模型差异对定位的影响。映了相位模型差异对定位的影响。映了相位模型差异对定位的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法及系统


[0001]本专利技术属于天线测量技术与卫星导航定位领域，具体涉及一种通过基于最小PCV偏差约束的天线相位模型一致性评估，实现地面接收机天线绝对相位中心标定的方法。

技术介绍

[0002]在地面接收机天线绝对相位中心标定中，需要对不同方法或者不同机构的标定进行互相比较，由于相位模型中PCO(天线相位中心偏差)和PCV(天线相位中心变化)的相关性，比较时必须要将标定结果合并到相同的PCO，然后比较PCV差异。在实际数据处理中，不同方法或者机构的标定结果存在差异，每次比较均需进行转换，而且这种方法只能评估模型在观测值域上的差异，不直观。因此需要尝试不同的评估方法，用于快速便捷和准确的评估模型差异和一致性。本专利技术基于天线相位模型中PCO/PCV相关性，提出了一种附加最小PCV约束的等价相位模型转换方法，以实现更精确高效的地面接收机天线绝对相位中心标定。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是，常见的地面接收机天线绝对相位中心标定方法中，天线相位比较过程由于相关性需要进行PCO对齐，并且只能在观测值域进行比较，数据处理繁复，比较结果不直观，难以评估模型差异对定位的影响。
[0004]本专利技术采用的技术方案是一种基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1，根据PCO和PCV的耦合性，确定相位模型的等价转换关系；
[0006]步骤2，确定最优约束条件，按照最优约束条件对原始模型进行等效相位模型转换；
[0007]步骤3，构造虚拟观测值进行仿真定位测试，包括在一个虚拟的坐标系中，以第一个模型构建虚拟观测值，用另一个模型进行改正，然后使用最小二乘方法进行单点定位解算，计算北东高方向的定位误差；
[0008]步骤4，验证仿真定位测试的坐标估值与转换后附有约束条件的相位模型PCO差异，输出天线相位中心标定结果。
[0009]而且，步骤1中，根据当已知模型A1时，要将A1等价转换到模型A2，A1和A2按照天线相位误差定义计算的PCC必须相等或者各个方向的PCC相差一个常量，确定相位模型的等价转换关系。
[0010]而且，步骤2的实现方式包括以下子步骤，
[0011]步骤2.1，基于PCV最小的目标，确立天线相位约束条件如下，
[0012][0013]其中，PCO0/PCV0是原始天线模型PCO1/PCV1约束之后的模型值，α表示方位角，z表示天底角，表示所有格网点PCV0组成的行向量，PCV0为相
应列向量，n表示格网点数量，(α1,z1)表示第1个格网点对应的方位角α1和天顶距z1，
…
(α
n
,z
n
)表示第n个格网点对应的方位角α
n
和天顶距z
n
，PCV0(α,z)表示格网点对应的值；表示所有格网点上的PCV0平方和，min表示等式左端取得最小值；
[0014]步骤2.2，设d
pco
＝(d
N
,d
E
,d
U
)，表示两模型的PCO之差，d
N
、d
E
、d
U
是d
pco
在天线坐标系N、E、U方向的投影，d
D
表示模型基准差；根据约束条件，求解参数X＝(d
pco
,d
D
)，使得等价转换后的模型满足约束条件，求解方式如下，
[0015]对X求导并令导数为0得：
[0016][0017]即
[0018][0019]其中，N和V分别表示法方程和误差向量，H＝(e,
‑
1)表示所有格网点所对应的系数矩阵，e表示测站指向卫星的方向向量，PCV1表示原始模型所有格网点PCV值组成的向量，N
‑1表示法方程的逆矩阵，H
T
表示系数矩阵的转置；
[0020]计算得到X后，按照步骤1所确定相位模型的等价转换关系，对给定相位进行满足最小PCV约束条件的转换。
[0021]而且，步骤3的实现方式包括以下子步骤，
[0022]步骤3.1，利用天线相位模型构建虚拟定位仿真观测值，设放置一款天线在NEU坐标系中，该天线的相位模型为PCC1(PCO1/PCV1)，然后对虚拟卫星进行观测，观测值为PCC0(PCO0/PCV0)，将天线上半球划分为格网点，格网点与PCV的格网划分保持一致，虚拟卫星位于这些格网点上，对于则虚拟测距观测方程如下，
[0023][0024]其中，d
T
表示钟差参数，i用于标识第i颗虚拟卫星，V
i
表示对应的虚拟观测方程残差，表示虚拟观测值，表示该天线的相位中心改正值，e表示方向向量，dn,de,du分别表示该观测值在NEU坐标系中的N、E、U偏差；
[0025]步骤3.2，利用最小二乘求解仿真单点定位的坐标偏差，包括对于上述所有格网点的虚拟测距观测值，按照最小二乘原则，平差计算坐标偏差，待估参数为X＝(dn,de,du,dt)，dt表示所有虚拟观测值不同方位的公共测距偏差，第i个虚拟观测值对应的系数向量为H
i
＝(
‑
i
,1)，e
i
表示卫星i的方向向量，所有观测值对应的设计矩阵记为误差向量记为V＝(V1,
…
,
n
)
T
，最小二乘估计待估参数的公式如下：
[0026]X＝(H
T
×
H)
‑1×
(G
T
×
V)
[0027]其中，分别表示第1～n颗虚拟卫星系数向量的转置，V1,
…
,
n
分别表示式(11)所表示的第1～n颗卫星的虚拟观测方程残差。
[0028]而且，步骤4的实现包括以下子步骤，
[0029]步骤4.1，对于给定的两个天线相位模型A1和A2，分别进行附有约束的相位模型等价转换，得到B1和B2，然后计算B1和B2转换后的PCO差异，记为d
pco
；
[0030]步骤4.2，分别对转换前相位模型A1和A2按照步骤3进行虚拟定位，解算得到定位误差，记为d
a
，然后同样对转换后的相位模型B1和B2进行虚拟定位，定位误差记为d
b
，比较步骤4.1所得d
pco
与d
a
、d
b
；
[0031]步骤4.3，在实际的天线相位标定中，将数据分为多个时段，对不同时段的标定结果按照上述最小PCV进行转换，如果转换之后不同时段的PCO差异小于标定精度要求，则认为相位中心标定结果收敛，重复性精度满足要求。
[0032]另一方面，本专利技术还提供一种基于最小PCV偏差约束的天线相位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据PCO和PCV的耦合性，确定相位模型的等价转换关系；步骤2，确定最优约束条件，按照最优约束条件对原始模型进行等效相位模型转换；步骤3，构造虚拟观测值进行仿真定位测试，包括在一个虚拟的坐标系中，以第一个模型构建虚拟观测值，用另一个模型进行改正，然后使用最小二乘方法进行单点定位解算，计算北东高方向的定位误差；步骤4，验证仿真定位测试的坐标估值与转换后附有约束条件的相位模型PCO差异，输出天线相位中心标定结果。2.根据权利要求1所述的一种基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法，其特征在于：步骤1中，根据当已知模型A1时，要将A1等价转换到模型A2，A1和A2按照天线相位误差定义计算的PCC必须相等或者各个方向的PCC相差一个常量，确定相位模型的等价转换关系。3.根据权利要求1所述的一种基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法，其特征在于：步骤2的实现方式包括以下子步骤，步骤2.1，基于PCV最小的目标，确立天线相位约束条件如下，其中，PCO0/PCV0是原始天线模型PCO1/PCV1约束之后的模型值，α表示方位角，z表示天底角，表示所有格网点PCV0组成的行向量，PCV0为相应列向量，n表示格网点数量，(α1,z1)表示第1个格网点对应的方位角α1和天顶距z1，
…
(α
n
,z
n
)表示第n个格网点对应的方位角α
n
和天顶距z
n
，PCV0(α,z)表示格网点对应的值；表示所有格网点上的PCV0平方和，表示等式左端取得最小值；步骤2.2，设d
pco
＝(d
N
,d
E
,d
U
)，表示两模型的PCO之差，d
N
、d
E
、d
U
是d
pco
在天线坐标系N、E、U方向的投影，d
D
表示模型基准差；根据约束条件，求解参数X＝(d
pco
,d
D
)，使得等价转换后的模型满足约束条件，求解方式如下，对X求导并令导数为0得：即其中，N和V分别表示法方程和误差向量，H＝(e,
‑
1)表示所有格网点所对应的系数矩阵，e表示测站指向卫星的方向向量，PCV1表示原始模型所有格网点PCV值组成的向量，N
‑1表示法方程的逆矩阵，H
T
表示系数矩阵的转置；计算得到X后，按照步骤1所确定相位模型的等价转换关系，对给定相位进行满足最小PCV约束条件的转换。4.根据权利要求1所述的一种基于最小PCV偏差约束的天线相位中心标定方法，其特征在于：步骤3的实现方式包括以下子步骤，步骤3.1，利用天线相位模型构建虚拟定位仿真观测值，设放置一款天线在NEU坐标系
中，该天线的相位模型为PCC1(PCO1/PCV1)，然后对虚拟卫星进行观测，观测值为PCC0(PCO0/PCV0)，将天线上半球划分为格网点，格网点与PCV的格网划分保持一致，虚拟卫星位于这些格网点上，对于则虚拟测距观测方程如下，其中，d
T
表示钟差参数，i用于标识第i颗虚拟卫星，V
i
表示对应的虚拟观测方程残差，表示虚拟观测值，表示该天线的相位中心改正值，e表示方向向量，dn,de...

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