GNSS天线相位中心检定方法与成果应用

李桂荣 李杰 程瑞忠 李瑞

摘 要：结合呼图壁GNSS检定场检定7台GNSS观测仪器实例详细介绍天线相位中心检定外业操作及内业计算的全过程，实践证明，该方法具有较强的实用价值，可以为广大GNSS观测工作者进行天线相位中心检定提供参考。

关键词：相位中心；检定；应用

1 引言

GNSS观测技术在形变测量领域中应用广泛，特别是近年来以GNSS观测为手段之一的地球物理场观测可以获得区域高分辨率的地壳水平运动速度场图像和水平应变速率场图像，为区域强震危险地点判定、大陆动力学研究提供重要基础[1]。

但GNSS观测获取的数据中存在误差是不可避免的。影响测量成果的误差来源很多，如与接收机有关的误差包括接收机的钟误差、接收机的测量噪声、接收机天线相位中心偏差等，其中接收机天线相位中心偏差（PCO）是由于制造过程中电气化中心与几何中心不一致产生的，对平面测量成果的影响值可达毫米级甚至厘米级[2]。因此利用GNSS进行高精度测量定位前，必须对接收机天线相位中心进行检验，以确认观测仪器工作状态，选用合格的观测仪器确保观测数据的可靠性。

本文结合实例主要针对GNSS天线相位中心检定过程进行详细阐述，为广大GNSS观测工作者进行天线相位中心检定外业操作及内业计算提供参考。

2 野外观测

本文选取2015年5月20日至21日在呼图壁GNSS检定场对7台GNSS观测仪器进行检定为例，详细介绍检定过程。

呼图壁GNSS检定场是个以10米为半径的圆形场地，周边无大于10度的遮蔽物与多路径反射物。共埋设9个观测墩。观测墩均匀的分布于圆形场地内，分别位于圆心和北东、正东、南东、正南、南西、正西、北西、正北8个方向上。观测墩埋深基本在1.5米，性能稳定。

天线相位中心稳定性检验是测定天线电气中心与天线几何中心之差及其稳定程度，采用下列方法进行检验。

将7台GNSS接收机天线分别安置在10m的超短基线观测墩上，强制归心、整平、天线定向标志指向正北。截止高度角设置为10°，采样间隔30秒。观测1个完整的全天时段（24小时，UTC 00：00-UTC 24：00）后，固定中间的天线不动，其它天线旋转180°，再观测1个完整的全天时段（24小时，UTC 00：00-UTC 24：00）。

将观测数据下载并转换为标准格式，再利用TEQC软件和预报星历进行检测，分析其观测数据的有效性。仪器必须在3分钟内完全锁定所有可见卫星并能正常记录所有必须观测的数据；高度角在10°以上的观测率（实际观测量/预期观测量）应大于95%；伪距多路径效应MP1和MP2小于0.55米[3]。可采用天线相位中心偏差及一致性检验过程中第一天的观测数据来分析完成，即对年积日为140的数据进行分析。

3 内业数据处理

应用GAMIT软件对观测数据进行处理。处理前，需更新tables表；下载星历文件，包括事后精密星历和广播星历；制作lfile.文件，station.info文件，sestbl.文件等控制文件；由于是进行天线相位中心检定计算，需将antmod.dat文件内与检定天线类型一致的偏差值改为0，本例中一个是TRM59800.00 NONE天线类型，另一个是TPSCR.G5天线类型，以确保它在数据计算过程中不被改正[3]。

通过处理两个全天时段L1和L2的载波相位观测值，分别求出旋转180°前、后固定天线和旋转天线间基线矢量。选择结果文件中以o为开头，以a为结尾，以年积日为后缀的结果文件，从其中提取出NEU方向的计算结果。由此可根据基线矢量的E-W分量和S-N分量之差除2，确定旋转天线相位中心水平 “偏差”（以E-W分量和S-N分量表示）。

设：待检天线旋转180度前测得的与参考天线之间的短基线E-W分量为BE-W前，待检天线旋转180度后测得的与参考天线之间的短基线E-W分量为BE-W后，则待测天线的相位中心偏差的东西分量为：

DE-W=（BE-W前-BE-W后）/2

同样：待检天线旋转180度前测得的与参考天线之间的短基线S-N分量为BS-N前，待检天线旋转180度后测得的与参考天线之间的短基線S-N分量为BS-N后，则待测天线的相位中心偏差的东西分量为：

DS-N=（BS-N前-BS-N后）/2

对于一个合格的天线，要求DE-W、DS-N与制造商给出的天线相位中心偏差模型改正值之差的径向长度（即（（DS-N-Dsn）2+（DE-W-Dew）2）1/2 ，式中Dsn为制造商给出的天线相位中心偏差的南北分量、Dew为制造商给出的天线相位中心偏差的东西分量）不得超过1mm。同时要求各被检天线相位中心水平分量构成的径向长度（即（（DS-N）2+（DE-W）2）1/2）不超过2mm。

同样的方法分别处理L1和L2。其结果均要满足要求。如果发现超限，允许重新检验一次，两次超限则视该天线为不合格天线。处理结果见表1。

4 检验结论和注意事项

经检测和计算分析，序列号为6354923的TRM59800.00天线及序列号为762-11533的TRM55971.00天线相位中心与标称相位中心水平偏差超出限值1.00mm，按照《中国地壳运动观测技术规程》要求，这两个GNSS接收机天线为不合格天线，不能用于GNSS高精度地壳形变监测。

计算中需注意，分别计算L1和L2时，需将sestbl.文件中的参数修改为L1_ONLY和L2_ONLY，antmod.dat文件中的改正值必须设置为零，否则解算结果将有较大差异。

参考文献：

[1]赵凡.中国综合地球物理场观测——青藏高原东缘地区——地震行业科研重大专项成果简介[J].科技成果管理与研究，2013，（3）：80-82.

[2]王铁生，缑慧娟，赵东保.GPS天线相位中心水平方向偏差的检测与校正[J].华北水利水电学院学报，2013，34（6）：73-76.

[3]地壳运动监测工程研究中心.中国地壳运动观测技术规程[S].北京：中国环境科学出版社，2006