天线相位中心改正模型对江西省GPS基准站基线解算的影响

张胜凯，左耀文，孔 建，鄂栋臣

（武汉大学中国南极测绘研究中心，湖北 武汉430079）

天线相位中心改正模型对江西省GPS基准站基线解算的影响

张胜凯，左耀文，孔 建，鄂栋臣

（武汉大学中国南极测绘研究中心，湖北 武汉430079）

江西是我国较早建成省级CORS的省份，江西省GPS基准站网监测系统（JXCORS）广泛运用在江西省测绘及其他行业。数据处理是JXCORS运行过程中非常关键的一步，在处理过程中选取合适的解算策略来得到高精度的解算结果有助于提高JXCORS产品精度。针对天线相位中心误差对JXCORS数据处理的影响进行了实验，采用TEQC及GAMIT软件对江西CORS站和周边IGS站进行数据处理，对比分析了相对和绝对天线相位中心改正模型对基线解算的影响。结果表明，在JXCORS数据处理中需要考虑天线相位中心误差，且建议使用绝对相位中心改正模型。

GPS；天线相位中心改正模型；基线解算；JXCORS；GAMIT

江西省GPS基准站网监测系统（JXCORS）是一个基于卫星导航定位技术、测绘学、气象学、地理信息系统、计算机技术与现代通讯技术等有机结合的综合系统［1］，它由62个GNSS连续运行参考站、数据处理与控制中心（测绘数据中心、气象数据中心）、数据通讯线路和流动站用户四部分组成［2］，是具有高精度、高时空分辨率、高效率和高覆盖率的全球导航定位综合服务系统［3］。

JXCORS可以根据用户需求和应用领域提供不同精度不同类别的数据产品，随着社会需求的不断发展，有些领域对精度的要求越来越高，如地面沉降监测、地壳运动监测、板块运动等，如何得到更高精度的数据产品具有重要的意义。数据处理是JXCORS运行的一个重要部分，处理结果的精度会直接影响影响数据产品的精度，因此合适的处理策略选取在JXCORS的数据处理过程中是十分重要的。

在高精度的GPS测量中，很多因素会影响GPS基线解算，包括卫星星历误差、钟误差、电离层延迟和对流程延迟等［4］，天线相位中心的误差也是GPS定位的一个重要误差源，对高程分量的影响尤为严重［5］。天线相位中心的误差包括天线相位中心偏差（phase center offset，PCO）和天线相位中心变化（phase center variation，PCV）。天线相位中心偏差指天线的平均相位中心（天线瞬时相位中心的平均值）与天线参考点（ARP）之间的偏差，对于某一天线而言，PCO可看作一个固定的偏差向量；天线相位中心变化指天线的瞬时相位中心与平均相位中心的差值，PCV会随着信号的方位角及天顶距的变化而变化［6］。在GPS定位中，通常采用模型对天线相位中心的偏差和变化进行修正，模型对相位中心的偏差和变化的修正结果会很大程度上影响GPS解算精度［7］。文章将通过GPS数据处理实验来研究天线相位中心改正模型对JXCORS数据处理的影响。

1 天线相位中心改正模型

1.1 相对天线相位中心改正模型

IGS从1998年开始使用相对天线相位中心改正模型——IGS_01，该模型假定参考天线AOAD/M-T无天线相位中心变化且已知其天线相位中心偏差，通过短基线测量得到其他天线类型的天线相位中心偏差。实际上参考天线的天线相位中心变化并不为0，且难以估计10°高度角以下的PCV，天线发生旋转或者倾斜时，模型的精度很难得到保证［8］。

1.2 绝对天线相位中心改正模型

IGS从2006年11月5日开始使用绝对相位中心模型——IGS_05，该模型在考虑天线相位中心偏差的同时也考虑了天线相位中心变化［9］。绝对天线相位中心模型充分考虑了卫星端与接收机端PCV随高度角和方位角的变化，且能计算出高度角小于10°时接收机天线的PCV。该模型给出了所有类型的接收机天线的PCV值，且消除了大部分多路径影响。

绝对天线相位中心改正模型的改正公式为

式中:α为卫星信号的方位角；z为GPS接收机的天顶角/卫星的天底角；△φ（α，z）为方向总的天线相位中心改正量；△r为平均天线相位中心至天线参考点的距离；e为接收机至卫星方向上的一个旋转矩阵；△φ′（α，z）为天线相位中心变化的改正值。

图1 JXCORS站及IGS站点分布Fig.1 The distributions of JXCORS and IGS sites

2 实验设计

JXCORS是集新的GPS技术、网络通讯技术，高集成的现代化空间数据为一体的基础设施，它的建成和使用使江西测绘踏入了新的时代，同时扩大测绘技术的使用面使其更好地为提升全省国民经济而服务。实验选取江西CORS站JXJA以及周边两个IGS站（HKSL，WUHN）2015年10月2日—5日4天连续观测的数据（见图1），利用TEQC软件和GAMIT软件进行数据处理。

先使用TEQC软件对3个站点4天的观测数据进行质量检核，结果如表1所示。

表1 3个站点质量检核结果Tab.1 Quality inspection results of three sites

数据利用率最低为85%，使用率高；多路径误差均值在0.30～0.40 m；信噪比在30～40间；周跳比均大于500，最小值563，说明所有数据均质量良好。然后将所有的观测文件按4个小时进行切割，如10月2号观测文件jxja2750.15o，使用软件TEQC对其进行切割得到6个观测文件，每个观测文件观测时长为4小时，依次命名为jxja2751.15o，jxja2752.15o…jxja2756.15o。同一观测时段的观测文件作为一组进行数据处理，共有24组数据，按时间先后顺序分别计为解算时段2751，2752…2756，2761，2762…2786。

实验采用高精度GPS数据处理软件GAMIT/GLOBK10.5，为了比较天线相位中心模型对JXCORS基线处理的影响，在使用GAMIT软件进行计算时设计了3种方案。方案一:选择绝对天线相位中心模型改正（AZEL）；方案二:选择相对天线相位中心模型改正（ELEV）；方案三:不选择相位中心模型改正（NONE）。处理策略中其他参数设置均相同，包括将两个IGS站设为固定站，站坐标约束为0.050，0.050，0.050 m，JXCORS站点JXJA设为非固定站，站坐标约束为100.0，100.0，100.0 m；采用ITRF2008参考框架；空间惯性参考系用J2000；截止高度角设为15°；采用SP3精密星历；对流层误差采用分段参数估计，初始值采用标准大气参数用Saastamonien模型改正；电离层模型用消除电离层的LC－AUTCLN观测量；卫星钟差的模型改正用广播星历中的钟差参数；接收机钟差的模型改正用根据伪距观测值计算出的钟差，并考虑了固体潮、海潮、和极移等影响。

3 实验结果及分析

每种实验方案都得到24组解算结果，每组解算结果包含着3条基线的结果，使用GAMIT解算的每一组结果RMS均满足要求。表2给出了每条基线解算得到的24组结果精度均值，包括N、E、U 3个方向。

3条基线计算结果随观测时间的变化见图2～图4。

表2 3条基线解算结果Tab.2 Solutions results of 3 baselines

从表2及下图2～图4可以看出，在N，E，U 3个方向上，方案三的误差明显高于方案一和方案二，可以达到5～6 mm，对于部分时段达到cm量级，说明使用JXCORS的数据进行高精度GPS数据处理时，必须考虑天线相位中心误差的影响；在N，E，U 3个方向上，方案一和方案二的结果很接近，从表2中可以看到方案一的精度略高于方案二，说明绝对相位中心改正模型对于天线相位中心误差的改正要优于相对相位中心改正模型；3条基线3种方案对应的N和E方向的精度明显高于U方向，说明天线相位中心误差对高程方向的影响较大。在JXCORS进行数据处理的过程中，建议使用绝对天线相位中心改正模型。

图2 基线HKSL_JXJA的解算结果Fig.2 Results of Baseline HKSL_JXJA

图3 基线HKSL_WUHN的解算结果Fig.3 Results of Baseline HKSL_WUHN

图4 基线JXJA_WUHN的解算结果Fig.4 Results of Baseline JXJA_WUHN

4 结论

考虑天线相位中心的影响，采用GAMIT软件对JXCORS进行了数据处理，从不同方案的处理结果可以看出天线相位中心误差对解算结果能造成mm量级的影响，对于某些时段甚至可以达到cm量级的影响，因此高精度数据处理时需要采用天线相位中心改正模型进行改正。两种改正模型之间的差异较小，绝对相位中心改正模型的改正效果略优于相对相位中心改正模型，建议使用绝对相位中心改正模型。

［1］陈福生，雷雨，饶君.江西省GPS基准站网监测系统的建设及应用［J］.江西测绘，2011:56-58.

［2］潘少群，付军，易婷.简述JXCORS网络RTK与传RTK技术的比较［J］.江西建材，2014，179（20）:211-215.

［3］钱闯，刘辉，杨宽军，等.JXCORS参考站坐标时间序列分析［C］//钱闯.第四届中国卫星导航学术年会电子文集.武汉:钱闯: 2013.

［4］卜长健，雷雨，赖建华.浅析提高JXCORS稳定性及定位精度的措施［J］.测绘与空间地理信息，2014，37（3）:160-163.

［5］王泽民，安家春，孙伟，赵莹.利用掩星和地基GPS研究日食电离层效应［J］.武汉大学学报:信息科学版，2011，36（1）:1-5.

［6］王爱生，李宝林，魏猛.天线相位中心变化及对基线解的影响［J］.测绘科学技术学报，2013，30（2）:109-113.

［7］郭际明，史俊波，汪伟.天线相位中心偏移和变化对高精度GPS数据处理的影响［J］.武汉大学学报:信息科学版，2007，32（12）:1432-1146.

［8］吴正，胡友建，敖敏思，等.GPS天线相位中心改正方法研究［J］.地理空间信息，2012，10（6）:56-58.

［9］周命端，郭际明，等.卫星天线相位中心偏移对GPS精密单点定位精度的影响研究［J］.测绘通报，2008（10）:8-13.

［10］刘立月.GNSS列车定位有效性及安全完整性研究［J］.华东交通大学学报，2014，31（1）:39-43.

［11］胡辉，方玲，雷明东，等.GPS接收机C/A码跟踪算法及环路控制策略［J］.华东交通大学学报，2013，30（1）:64-70.

Impact of Antenna Phase Center Correction Model on Baseline Solution in JXCORS

Zhang Shengkai，Zuo Yaowen，Kong Jian，E Dongchen
（Chinese Antarctic Center of Surveying and Mapping，Wuhan University，Wuhan 430079，China）

Jiangxi built up the provincial level CORS in the early time，where JXCORS has been widely used in surveying and mapping and other industries.Data processing is a very important step in the application of JXCORS，and choosing the appropriate solution strategy can help improve the precision of JXCORS.This study，aiming at the impact of antenna phase center error on the data processing in JXCORS，processes GPS data from JXCORS station and two IGS stations by use of soft TEQC and GAMIT，and then analyzes the influence of relative and absolute antenna phase center correction models on baseline solution.The results show the impact of antenna phase center is non-ignorable and absolute antenna phase center correction model is better than relative antenna phase center correction model.

GPS；antenna phase center correction model；baseline solution；JXCORS；GAMIT

P228.4

A

1005-0523（2016）05-0099-05

（责任编辑 王建华）

2016－06－30

国家自然科学基金项目（41176173）；南北极环境综合考察及资源潜力评估项目（CHINARE2016）

张胜凯（1977—），男，副教授，博士，研究方向为大地测量学。