[发明专利]基于信息融合的GNSS接收机天线相位中心校正方法及装置

说明书

本发明一种基于信息融合的GNSS接收机天线相位中心校正方法及装置，解决现有技术中针对室外绝对校正方法需要高精度机械臂，存在成本高、精度标定、维护不易的问题。方法包括：布置参考天线、被测天线，测量被测天线初始状态估计值；转动被测天线，获取转动后数据；计算所有时刻的状态估计值；计算状态估计值与观测值之间的差异值，根据差异值计算最优状态估计值；根据GNSS差分模型和最优状态估计值计算观测值残差估计值；用观测值残差估计值对被测天线的相位中心变化进行建模和校正。本发明无需高精度机械臂，通过在被测天线端增加传感器，使用传感器信息融合和最优化算法实现基线的最优估计和天线相位中心变化(PCV)的建模和校正。

技术领域

本发明涉及卫星导航和天线测量技术领域，尤其是涉及一种基于信息融合的GNSS接收机天线相位中心校正方法及装置。

背景技术

全球卫星导航(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收机通过天线接收卫星信号，天线的接收空间是个半球形(或球形)，卫星信号通过不同的入射角度(高度角、方位角)进入时，会有不同的时间延迟。使用一个虚拟球面拟合所有方向的延迟(标准是拟合误差最小)，则该球面称为等相位面，该球心称为等相位中心或平均相位中心。这样，天线参考点和平均相位中心的偏差称为天线相位中心偏差(Phase Center Offset，PCO)；某个具体角度的入射信号的瞬时相位中心和平均相位中心的偏差称为天线相位中心变化(Phase Center Variation，PCV)。对于高精度GNSS定位，接收机天线的PCO、PCV是重要的误差来源，因此需要进行建模和校正。

GNSS天线相位中心变化(PCV)校正主要有两类方法：

1.微波暗室法。微波暗室法是在暗室中发射模拟信号，同时对天线各个入射角度的延迟进行测量，最终得到整个半球面(或球面)的PCV模型。

2.室外校正法。室外校正法是指在开阔的室外环境中，利用天空中真实GNSS卫星信号对被测天线的相位中心进行测量和校正的方法。室外校正又包括两种方法：

(1)室外相对校正。事先标定基线，参考天线和被测天线固定不动，连续观测较长时间(如24小时)，利用天空卫星的运动遍历被测天线所有入射角度。该方法缺点很多：时间长、模型参数少、结果是相对参考天线的。

(2)室外绝对校正。事先标定基线，参考天线固定不动、被测天线安装在精密机械臂上，利用机械臂的三维转动，快速遍历被测天线的入射角度。该方法测试时间短、模型参数完整、结果是绝对的。由于引入了被测天线的运动，所以基线是时变的，需要知道每个时刻的真实基线，然后，才能使用卫星信号观测值残差拟合PCV模型。

中国专利CN104502926B、CN107290762B都公开了一种室外绝对校正方法。这些方法都有一个共同点就是对机械臂的精度要求很高，机械臂每次运动后输出其末端的精确位置(机械臂坐标系)，这样才能得到精确的基线估计值，最后才能对被测天线相位中心建模和校正。这种高精度机械臂造价很高，且精度的标定和维护不易。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中针对室外绝对校正方法需要高精度机械臂，存在成本高、精度标定、维护不易的问题，提供了一种基于信息融合的GNSS接收机天线相位中心校正方法及装置。无需高精度机械臂，通过在被测天线端增加传感器，使用传感器信息融合和最优化算法实现基线的最优估计和天线相位中心变化(PCV)的建模和校正。无需高精度机械臂，使用一般的机械臂、转台、可活动支架等转动装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于信息融合的GNSS接收机天线相位中心校正方法，包括以下步骤：

S1.布置参考天线、被测天线，测量被测天线初始状态估计值；

S2.多次转动被测天线，使天线整个半球面都能够多次被卫星信号覆盖到，获取转动后数据；