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GPS接收机天线相位中心稳定性测试

时间：2015-10-29 点击：加载中【打印此页】【关闭】

　　接收机天线的相位中心，是指天线接收GPS卫星发送的载波信号(L1和L2)时的“电气”中心，它们与厂家在天线的几何对称轴上指定的某一位置(作为量测天线高的参考点)往往是不重合的，这个偏差量就是天线相位中心偏差，但此偏差量非恒定值，它会随着仪器电子器件的老化和观测时外界条件的改变而变化(即不稳定性)，所以，在GPS精密定位中，必须对天线相位中心的稳定性进行测定，并对测量结果加以改正。只要我们定期(如一年)对天线相位中心偏差进行检测，则同一天线不同时间测得的相位中心偏差之变化，便反映了天线相位中心的稳定性。

　　天线相位中心偏差测定的方法，可根据具体条件，分别采用相对定位法和微波暗室测定法。

　　(1)相对定位法

　　这是测绘界常用的一种野外测定方法。该方法只须在天空视野开阔、无强电磁干扰的野外，在相距几米的距离上，安置两台(或多台)GPS接收机(注意天线安置稳定，并严格置平)，按相对定位方法，便可测定，无须其它设备，只要观测方法得当，测定精度也可达到毫米量级。

　　以往，使用相对定位法，只能测定天线相位中心的水平(二维)偏差分量，而高程偏差分量未能测定。在这里，我们提出在野外同时测定天线相位中心三维(水平和垂直分量)位置偏差的新方法。该方法的基本思想是：用旋转天线法测定天线相位中心偏差的二维水平分量;用交换天线法测定天线相位中心偏差的相对垂直分量。而且，只要被测试的诸天线中，有一个是已知其垂直偏差分量的(可通过微波暗室法测定)，则可求得其它天线的(绝对)垂直偏差分量。实验结果表明，该法能够以优于2mm的精度，在野外测定天线相位中心的三维偏差分量。

　　(2)微波暗室测定法

　　这是一种较为严格测定天线相位中心三维位置的方法。但该方法需要在设备复杂、价格昂贵的微波暗室中进行。图8-2是用微波暗室测定GPS天线相位中心的原理图。将GPS天线安置在转台上，使GPS天线的几何对称轴与微波暗室的纵轴线一致，并使其测量天线高的参考面(点)位于转台的旋转轴上。该位置即为“零位”。GPS天线可以绕转台的纵轴旋转，也可在平行或垂直于暗室的纵轴线方向上平移。

　　测量的基本原理是，让发射天线发射一定功率的与GPS载波(L1或L2)频率一样的微波信号，该信号被GPS天线接收并放大，然后由高频电缆线送至微波接收机(如1783幅相接收机)，与信号源送来的提供给发射天线相同的参考信号进行相位比较。比较后得到的相对相位值送给相位记录仪。如果转台带动GPS天线旋转，则相位记录仪将绘出对应于不同旋转方位角的相对相位方向图。如果绘出的波形不是一条与方位轴(横坐标轴)平行的波纹线，则可先左右再前后仔细调整GPS天线位置，直至绘出的相对相位方向图平行于方位轴(即GPS天线输出的信号相位与基准信号相位之差不随天线的旋转而改变)为止。此时，GPS天线相位中心便位于转台的转轴上。然后，用游标卡尺测量天线相对于其“零位”的左右(X或Y)和前后(Z)移动量，即可测得天线相位中心的水平和垂直偏差分量。如果此时测得的是水平分量X，则改变GPS天线方位指向90°，可测得水平分量Y。

　　用微波暗室测定天线相位中心位置的精度主要取决于转台上的“零位”确定误差，该项误差可达1mm左右。

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