相对定位双差模型中的天线相位缠绕误差分析

作     者：王嘉琛 刘根友 郭爱智 陈润静 WANG Jiachen;LIU Genyou;GUO Aizhi;CHEN Runjing

作者机构：中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 中国科学院大学北京100049 厦门理工学院计算机与信息工程学院福建厦门361024 

出 版 物：《武汉大学学报（信息科学版）》 (Geomatics and Information Science of Wuhan University)

年 卷 期：2020年第45卷第1期

页      面：38-45,104页

核心收录：

学科分类：081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFB0501900) 国家自然科学基金(41774017,41804019) 创新群体基金(41621091) 福建省中青年教师教育科研项目(JAT170419) 福建省自然科学基金项目(2018J01480) 

主　　题：相对定位 双差模型 天线相位缠绕 姿态 误差分析 

摘      要：在全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)定位中,相位缠绕是右极化信号因接收天线与发射天线发生相对旋转而产生的误差。当天线只绕其极化轴旋转时,短基线相对定位双差模型可以消除相位缠绕,因此静态短基线测量以及实时动态测量通常忽略此项误差改正。为了研究当天线旋转方向与极化轴方向不一致时(即发生倾斜摆动)双差模型中的相位缠绕影响,首先利用旋转机械臂设计了3种天线姿态变化方式。然后,从利用附加天线外部姿态信息计算的相位缠绕理论值和实测相位双差观测值残差两个方面进行验证分析,证明了当天线发生倾斜摆动时短基线相对定位双差模型不能完全消除相位缠绕误差。当天线倾斜幅度达到±50°时,相位双差残差达到峰值(0.03 m)。在使用姿态信息进行相位缠绕改正后,单颗卫星的双差残差均方根误差(root mean square error,RMSE)减小了21%~47%,动态短基线定位坐标偏差RMSE减小了27%~33%。最后验证了短基线相对定位中天线倾斜造成的相位缠绕影响与中长基线中地球曲率造成的相位缠绕影响具有近似等效性。