一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置及方法，涉及天线测量与卫星导航定位领域，包括卫星系统、角度测试系统和多频点接收机；卫星系统包括卫星天线、摆杆和伸缩杆，卫星天线安装与摆杆上端，摆杆与伸缩杆活动连接，且伸缩杆设于摆杆下端；卫星系统和角度测试系统之间设有雷击浪涌保护器；多频点接收机与角度测试系统通信连接。本发明专利技术中的卫星模拟器与多频点接收机使用同一参考时钟模块，消除了接收机和卫星之间的钟差、多路径误差、对流层误差以及电离层等误差。对流层误差以及电离层等误差。对流层误差以及电离层等误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及天线测量与卫星导航定位领域，尤其是涉及一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置及方法。

技术介绍

[0002]天线相位中心是指天线电磁辐射的等效点源的位置。目前天线相位中心的标定主要采用近似于QJ1729A标准的旋转天线法，或者近似BD420003采用短基线测量法。这两类方法可以完成天线相位中心偏差的标定和校准，目前针对天线相位中心变化对定位的影响IGS CB将全面启用绝对相位中心改正模型来取代相对相位中心改正模型，例如“陈涛,胡志刚,李陶.GPS天线相位中心变化精确检测试验研究[J].地震地质,2013,35(2):8.”。这类方法对于定位场景基本完成补偿。在用于精密角度测量的天线传感的场景，天线自身姿态变化引起自身输入信号强度、高度角变化以及天空卫星分布位置、朝向的改变而造成的天线相位中心变化，在为了实现与激光测恣系统同级别测量精度的场景下，天线相位中心与姿态变化的关联数据难以用现有方法进行获得。
[0003]且目前仅采用单纯多天线系统在外场观测，接收机对相位观测数据进行差分处理：可能会存在几个问题：一、虽然可降低多径误差，但是需要在同一试验环境中采用多日的测量数据建立先验模型，而且需要精密测距设备如因瓦基线尺、激光测长仪进行相对长度标定，耗时长且人工操作复杂。二、开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值未知、起始历元的相位整数也是未知的，即整周模糊度，需要通过长周期循环的观测码型测量、或多日的测量数据建立先验模型来缩小数值范围。/>[0004]中国专利CN110658537A属于天线测量技术与卫星定位导航领域，涉及一种微波暗室GNSS接收机天线绝对相位中心高精度标定的方法。该方法针对室外GNSS观测易受到多路径等误差的影响、BDS卫星星座结构不够完整等因素的制约而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，通过微波暗室中的吸波材料消除多路径等误差的影响，用矢量网络分析仪模拟GNSS发射信号，借助高精度的旋转转台的运动和计算机控制系统来控制待测天线接收信号的入射方向，通过测量系统得到覆盖天线半球面的相位方向图，建立相位方向图的三维模型，实现天线相位中心偏差PCO和天线相位中心变化PCV的分离，最后通过最小二乘算法解算PCO并对观测值残差进行多项式拟合与球谐函数拟合来计算PCV。但是该专利适用于微波暗室内，使用场景受到限制，无法解决受到室外环境的影响导致出现相位偏差的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有中存在的仅采用单纯多天线系统在外场观测导致出现测量误差等问题，本专利技术提供了一种基于天线姿态的相位中心测量装置及方法。
[0006]为了实现本专利技术中基于天线姿态的相位中心测量装置的目的，本专利技术采用的技术
方案如下：
[0007]一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置，包括卫星系统、角度测试系统和多频点接收机；
[0008]所述卫星系统包括卫星天线、摆杆和伸缩杆，所述卫星天线安装与摆杆上端，所述摆杆与伸缩杆活动连接，且伸缩杆设于摆杆下端；
[0009]所述卫星系统和角度测试系统之间设有雷击浪涌保护器；所述多频点接收机与角度测试系统通信连接。
[0010]进一步地，所述卫星系统、雷击浪涌保护器和角度测试系统之间均通过传输线缆连接，且雷击浪涌保护器与卫星系统中摆杆与伸缩杆的活动连接处进行线缆连接。
[0011]进一步地，所述摆杆的垂直投影方向角范围为0
‑
2π，摆杆的水平投影俯仰角范围为0
‑
π/3。
[0012]进一步地，所述伸缩杆的伸缩长度范围为0.5m
‑
1.5m。
[0013]进一步地，所述卫星天线包括第一卫星天线和第二卫星天线，其中第一卫星天线为标准天线，第二卫星天线为待测天线，且标准天线和待测天线一端均连接有雷击浪涌保护器。
[0014]为了实现本专利技术中基于天线姿态的相位中心测量方法的目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0015]一种基于姿态数据的天线相位中心测量方法，步骤包括：
[0016]步骤S1:初始状态时，各天线阵列的天线高程相同，摆杆角度调节至垂直于地面，且设定初始时天线坐标为(xi，yi，zi)；
[0017]步骤S2：调节标准天线的伸缩杆和摆杆，使得各天线之间处于平行状态；
[0018]步骤S3：通过标准天线和待测天线进行记录现场信号，且设定标准天线的中心偏差；
[0019]步骤S4：根据记录的现场信号，按照固定卫星序列号的顺序设置卫星模拟器输出信号的星座图；
[0020]步骤S5：多频点接收机通过通信方式接收卫星模拟器传递各频点天线相位中心偏差，并对接收的信号进行记录；
[0021]步骤S6：结合各天线相位中心偏差的数据记录，获得待测天线相位中心随着角度变化的数据集。
[0022]进一步地，调整步骤S2中的伸缩杆，在标准天线的相位中心偏差对应角度处于待测天线进行对比，大地直角坐标(X，Y，Z)与天线直角坐标(x，y，z)的转换式为：其中，B为大地纬度，L为大地经度，H为卫星轨道高度，N为卯酉圈曲率半径，e为椭球偏心率。
[0023]进一步地，所述步骤S3和步骤S4中记录的现场信号至少包括卫星序列号、卫星角度、卫星时间和信号频点。
[0024]进一步地，多频点接收机标准天线相位观测方程：
[0025][0026]其中，P1为标准天线相位中心偏移量，t1为接收机和卫星之间的钟差，Q1为多路径误差，ρ
T
为流层误差，ρ
I
为电离层误差，N1为整周模糊度，t
r
为接收机硬件延迟误差，f为载波频率，c为光速，l1为卫星信号经过标准天线至接收机的伪距值。
[0027]进一步地，待测天线相位观测方程：
[0028][0029]其中，P2为待测天线相位中心偏移量，t2为接收机和卫星之间的钟差，Q2为多路径误差，ρ
T
为流层误差，ρ
I
为电离层误差，N3为整周模糊度，t
r
为接收机硬件延迟误差，f为载波频率，c为光速，l2为卫星信号经过待测天线至接收机的伪距值。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0031]本专利技术中的卫星模拟器与多频点接收机使用同一参考时钟模块，消除了接收机和卫星之间的钟差、多路径误差、对流层误差以及电离层等误差。且本专职采用直传自环测量后将信息输出至标准接收机从而实现了消除接收机硬件延迟误差的效果。且本专利技术通过测试装置记录现场信号；根据固定卫星号序列设置星座图，测试系统采用直传自环测量后输出到标准接收机；测试系统通过无线传输获得各频点天线相位中心偏差；采用转台结合各天线相位中心偏差进行数据比对，获得天线相位中心随着角度变化的数据集等步骤，实现了不仅更加接近待测设备日常工作环境，兼容性更强、适用性更广泛且测量精度高的效果。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置，其特征在于，包括卫星系统、角度测试系统和多频点接收机；所述卫星系统包括卫星天线、摆杆和伸缩杆，所述卫星天线安装与摆杆上端，所述摆杆与伸缩杆活动连接，且伸缩杆设于摆杆下端；所述卫星系统和角度测试系统之间设有雷击浪涌保护器；所述多频点接收机与角度测试系统通信连接。2.根据权利要求1所述的一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置，其特征在于，所述卫星系统、雷击浪涌保护器和角度测试系统之间均通过传输线缆连接，且雷击浪涌保护器与卫星系统中摆杆与伸缩杆的活动连接处进行线缆连接。3.根据权利要求1所述的一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置，其特征在于，所述摆杆的垂直投影方向角范围为0
‑
2π，摆杆的水平投影俯仰角范围为0
‑
π/3。4.根据权利要求1所述的一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置，其特征在于，所述伸缩杆的伸缩长度范围为0.5m
‑
1.5m。5.根据权利要求1所述的一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置，其特征在于，所述卫星天线包括第一卫星天线和第二卫星天线，其中第一卫星天线为标准天线，第二卫星天线为待测天线，且标准天线和待测天线一端均连接有雷击浪涌保护器。6.一种基于姿态数据的天线相位中心测量方法，其特征在于，包括权利要求1
‑
权利要求5任一所述的一种基于姿态数据的天线相位中心测量装置，步骤包括：步骤S1:初始状态时，各天线阵列的天线高程相同，摆杆角度调节至垂直于地面，且设定初始时天线坐标为(xi，yi，zi)；步骤S2:调节标准天线的伸缩杆和摆杆，使得各天线之间处于平行状态；步骤S3:通过标准天线和待测天线进行记录现场信号，且设定标准天线的中心偏差；步骤S4:根据记录的现场信号，按照固定卫星序...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓念，张雷刚，钟玉莲，张辉，
申请(专利权)人：广电计量检测天津有限公司广电计量检测成都有限公司广电计量检测北京有限公司广电计量检测重庆有限公司广电计量检测青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：