[实用新型]连续旋转法GPS天线相位中心检测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于GPS天线检测方法与装置领域，具体涉及一种由旋转台和控制系统组成的连续旋转系统以及通过该装置实现的GPS天线相位中心检测方法。

背景技术

GPS观测作为一种大地测量手段，在地球动力学研究和高精度地壳形变监测中发挥着重要作用。GPS观测设备由接收机和天线组成，天线负责接收卫星电磁信号，接收机负责设置观测模式与处理观测信号。在野外观测中，利用由两台或两台以上GPS设备所采集的同步观测数据形成的差分观测值可以解算出观测天线间的基线向量。

由于天线本身的机械与电气特性，天线几何中心(参考点)和电气中心(相位中心)间会存在偏差，因此需要对天线相位中心进行检测以在高精度大地测量中通过相位中心改正提高观测精度。

GPS天线的相位中心改正值可以分别由天线相位中心偏移(Phase Center Offset,PCO)和相位中心变化(Phase center Variation,PCV)来描述。其中PCO是天线平均相位中心(Mean phase center,MPC)与天线参考点(Antenna reference point，ARP)的间距；PCV是单个观测值的瞬时相位中心与平均相位中心的偏差，其随卫星信号高度角、方位角而变化。

目前，相位中心检测的方法主要有旋转天线法、微波暗室法和自动机器人检测法。

旋转天线法是目前国内普遍使用的方法，在室外超短基线中将被测天线旋转2至4个方向，每个方向观测一个时段，通过各个时段的基线解算向量差异计算天线相位中心偏移。旋转天线法本身存在机械旋转误差，测量周期长，由于各方向观测时段不相同会引入多路径效应等观测误差，且因方法限制不能得到相位中心变化。

微波暗室法是在暗室内通过发射模拟GPS信号检测天线的相位中心偏移和变化，由德国波恩大学于1994年提出并逐步开展。由于该方法不能反应出真实的野外GPS观测环境，检测结果存在较大争议。

自动机器人检测法在室外利用多自由度机器人以一定的步长旋转、倾斜被校准天线，利用大量的观测值解算用于拟合天线相位中心模型的球谐函数的系数。该方法由德国汉诺威大学于1997年提出，目前被认为是最精确的检测方法，但该技术研究成本和难度极高，目前国内尚无成熟产品，不利于北斗系统等自主天线的检测。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种连续旋转法GPS天线相位中心检测系统。使用连续旋转系统精确改变天线的指向方向，避免了旋转天线法引入的操作误差；利用该装置在GPS时间下高频率的周期转动被测天线以改变各观测历元的天线指向方向，从而使天线各指向方向的观测数据均匀分布于整个观测时段中，利用观测数据拟合计算出天线的相位中心偏移和变化。由于各天线指向方向的观测环境条件具有极强的相关性，可以有效减小多路径效应等观测误差的影响。此方法具有结果准确、自动化程度高、数据真实、应用性强的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种连续旋转法GPS天线相位中心检测系统，包括基座、旋转台和控制单元，所述基座为测绘仪器标准基座；所述旋转台包括支撑杆，所述支撑杆的上部设有中心孔，所述支撑杆的顶部自下而上依次设有悬臂支撑板、回转支撑轴承、从动齿轮和GPS天线连接杆；所述悬臂支撑板的一端为与所述支撑杆顶部形状相同的圆环，所述回转支撑轴承的外圈、所述圆环和所述支撑杆同轴连接；所述从动齿轮套在所述GPS天线连接杆上，所述GPS天线连接杆的下部穿过所述从动齿轮及所述回转支撑轴承的内圈后插入到所述支撑杆上部的中心孔中，所述GPS天线连接杆、所述从动齿轮和所述回转支撑轴承的内圈同轴连接；所述GPS天线连接杆的顶部是用于与被测GPS天线连接的螺纹柱；所述悬臂支撑板的悬臂端固定有步进电机，所述步进电机的输出轴上设有与所述从动齿轮啮合的主动齿轮，所述步进电机与一编码器相连，所述编码器用于反馈所述步进电机的旋转角度；所述控制单元包括均与单片机控制器相连的人机交互模块、GPS授时模块和电机驱动器；所述GPS授时模块实现系统与GPS时间的时间同步；所述电机驱动器与所述步进电机相连，所述电机驱动器根据单片机控制器的指令输出信号驱使所述步进电机转动；所述单片机控制器与所述编码器相连，用于接收所述编码器反馈的电机旋转角度信息，从而实现对所述GPS天线连接杆的闭环控制。

进一步讲，本实用新型的连续旋转法GPS天线相位中心检测系统中，所述主动齿轮与所述从动齿轮的传动比为8:1，所述主动齿轮采用锻钢材质，所述从动齿轮采用尼龙材质。

所述回转支撑轴承的精度为P5等级。