北斗天线相位中心高精度建模理论与方法研究

The location coordinates are often required to achieve millimeter level for the high-precision geodetic and geophysical applications. To achieve such a high accuracy, the measurement error and the instrumental bias must be understood to centimeter or millimeter. The receiver and satellite antenna phase center variation is one of the main factors affecting the accuracy of the position coordinates, which must be considered in high precision GNSS applications. This project firstly introduces a set of high precision robot moving system, intends to realize high precision absolute antenna phase center calibration model for the target, to eliminate the influence of all kinds of error sources on antenna phase center calibration, to separate absolute phase center to the relative phase center model, to establish proper mathematic model for estimating the phase center, and to achieve the BeiDou receiver field 1mm precision absolute antenna phase center calibration; After the ground receivers are fixed to the their estimated PCO and PCV values, Then BeiDou precise orbit determination are carried out, together with estimating BeiDou satellite antenna phase center correction model. The research content of this project is closely in demand for BeiDou system application. The expected research results will bring forth a possible way to establish BeiDou system receiver phase center calibration and on orbit satellite antenna phase center calibration. And these achievements will help to promote BeiDou System high precision applications.

GNSS天线相位中心误差是高精度应用必须考虑的误差源。IGS已发布GPS绝对天线相位中心改正模型，但我国北斗系统尚无IGS定义一致的高精度天线相位中心改正模型。针对北斗高精度应用亟待解决的难题，本课题拟建立一套北斗高精度绝对天线相位中心模型的理论与方法，深入研究影响相位中心校正的各种误差源及其消除方法，紧密结合精密机器人快速旋转和倾斜的优势，建立天线相位中心模型参数与机器人大角度变化的关系模型，从相对观测模式中剥离出绝对相位中心信息，以此为基础进一步建立估计相位中心的函数模型和随机模型，实现1mm精度的北斗接收机室外绝对天线相位中心模型校正方法。然后固定经本课题建立的北斗接收机天线相位中心模型改正后的站坐标，通过精密定轨建立高精度北斗卫星天线相位中心在轨校正方法和模型。预期研究成果将为我国北斗系统接收机相位中心和在轨卫星天线相位中心高精度标定提供理论、方法和实践方面的参考。

GNSS天线相位中心误差是高精度应用必须考虑的误差源。IGS已发布GPS绝对天线相位中心改正模型，但我国北斗系统尚无IGS定义一致的高精度天线相位中心改正模型。本文在总结国内外GPS天线相位中心校正理论方法的基础上，紧密结合北斗卫星导航系统高精度应用迫切需求，重点研究了实现GNSS高精度相位中心建模方法的相关关键技术。本文首先入研究了影响GPS/北斗相位中心校正的误差源消除方法。本文采用超短基线观测策略消除公共误差诸如轨道误差、电离层误差、对流层误差等，剩下的主要误差源为由于天线的快速旋转和倾斜引起的相位缠绕和多路径效应。本文提出采用极短时间内的历元间差分法来消除多路径效应，实践证明效果明显。其次，本文提出了一种室外绝对天线相位中心校正方法。为克服传统的旋转天线法、交换天线法等手动校正方法的缺陷，本文引入了多自由度的高精度机器人，结合北斗广播星历，研究了根据GPS/北斗星座特点优化机器人的空间运动路径提高了观测效率；研究了基于相对观测模式的绝对相位中心求解方法，详细推导了从双差相对定位再从历元间作差获取仅与待测天线有关的PCO和PCV计算公式。最后本文自主研发了一整套室外天线相位中心检校软件。经过大量实测GPS数据的分析验证，本文研制的GNSS室外绝对天线校正软件的GPS PCO和PCV检校精度基本达到1mm精度要求，验证了本文提出的室外天线校正方法的正确性，对北斗高精度高精度应用和北斗卫星天线相位中心的标定具有重要的实用价值。