[发明专利]一种基线长度约束的天线相位中心校正方法及装置

说明书

本发明提出一种基线长度约束的天线相位中心校正方法，包括以下步骤：针对基线约束的GNSS应用，将GNSS的天线A和天线B的综合天线相位中心变化作为一个整体进行建模和校正；在静止状态下计算天线A和天线B的初始的状态估计值；保持天线A和天线B的基线长度不变，并以一定转动方向转动天线A和天线B，所述转动方向包括水平方向和倾斜方向；获取转动时天线A和天线B的实时的状态估计值，利用信息融合和最优化算法计算基线长度约束条件下的基线最优估计值；使用GNSS差分模型和基线最优估计值计算观测值残差，并对天线A和天线B综合的天线相位中心变化进行建模和校正。本发明具备成本低、效率高和精度高的优点。

技术领域

本发明涉及天线测量技术领域，尤其是一种基线长度约束的天线相位中心校正方法及装置。

背景技术

全球卫星导航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，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；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。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。

对于某些固定基线长度的应用，例如GNSS定向、定姿应用，两个或多个天线安装在载体上面随着载体一起运动，天线间的基线长度存在约束，约束为固定不变，基线方向随载体运动而改变。对于这类应用无需分别估计两个天线的相位中心参数，而将两个天线相位中心作为一个整体进行建模和校正。

参考中国专利公开号为中国专利CN104502926A以及中国专利公开号为CN107290762B公开的一种室外绝对校正方法，这些方法的共同点是：参考天线固定不动，被测天线转动，从而实现对一个被测天线相位中心的校正。需要高精度的机械臂，机械臂每次运动后输出其末端的精确位置或机械臂坐标系，这样才能得到精确的基线估计值。由于需要高精度的机械臂，使得校正成本高，操作难度也增大。

发明内容

本发明解决了现有技术校正成本高和操作难度大的问题，提出一种基线长度约束的天线相位中心校正方法及装置，本发明针对基线长度固定的应用，将A、B两个天线一起固定在转动装置上运动，并且将两个天线相位中心作为一个整体建模和校正，另外，使用传感器和信息融合优化算法实现精确的基线最优估计值，因此无需高精度机械臂。

为实现上述目的，提出以下技术方案：

一种基线长度约束的天线相位中心校正方法，包括以下步骤：

S1，针对基线约束的GNSS应用，将GNSS的天线A和天线B的综合天线相位中心变化作为一个整体进行建模和校正；

S2，在静止状态下计算天线A和天线B的初始的状态估计值；

S3，保持天线A和天线B的基线长度不变，并以一定转动方向转动天线A和天线B，所述转动方向包括水平方向和倾斜方向；

S4，获取转动时天线A和天线B的实时的状态估计值，利用信息融合和最优化算法计算基线长度约束条件下的基线最优估计值；

S5，使用GNSS差分模型和基线最优估计值计算观测值残差，并对天线A和天线B综合的天线相位中心变化进行建模和校正。

本发明在基线约束的GNSS应用情况下，将两个GNSS天线都安装在转动装置上运动，天线A和天线B的转动依赖于转动装置，本发明增加传感器模块采集状态数据，然后由转动装置控制天线A和天线B转动并采集数据，转动过程中保持天线A和天线B的基线长度不变。使用传感器数据构建动力学方程计算被测设备的状态估计值。本发明将两个天线的相位变化作为一个整体进行建模和校正，整个过程中无需高精度机械臂，使用一般的机械臂、转台、可活动支架等转动装置，甚至也可以由人手工操作，具备成本低、效率高和精度高的优点。