不同天線類型對GAMIT基線解算的影響

王麗麗 ，楊志敏，段艷霞，劉峻寧

(1.廣東省冶金建筑設計研究院，廣東 廣州 510080; 2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 43022;3．成都市勘察測繪研究院，四川 成都 610081; 4.武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079)

GPS 天線相位中心是指GPS 天線的電器中心。天線相位中心在實際意義中看不到，是無線電信號接收的瞬時位置，它隨著衛星信號輸入的強度和角度而改變。不同的天線類型，其相位中心的差值較大，對定位的結果具有較大的影響。在GPS 外業測量中測到的位置，通常是測到GPS 接收機天線相位中心的位置。例如，在通過聯測IGS 跟蹤站傳遞高精度GPS 網的基準坐標時，天線相位中心改化正確與否會對高程方向產生厘米級的影響［1］。本文針對不同的GPS 天線，通過實際觀測到的數據，用高精度數據處理軟件GAMIT 軟件進行處理，分析了不同的GPS 天線對解算坐標及解算精度的影響。

1 天線相位中心

天線相位中心隨著衛星信號輸入的強度和角度而改變，如圖1所示，天線相位中心總改正值的公式如式(1)所示。

圖1 天線相位中心

式中，△φ 為天線相位中心總改正值;a 為衛星方位角;e 為天頂距;△φ'為天線相位中心改正值，該值隨著信號方向的變化而變化是接收機天線至衛星方向的單位矢量是表示平均天線相位中心至天線參考點的距離。不同的GPS 天線，其相位中心也不同，在GPS 測量中，很難通過差分的方式進行消除，一般采用模型進行改正。國際IGS 從1998年開始公布IGS01 天線相位中心模型參數，2006年后用IGS05 天線相位中心模型參數代替了原來的IGS01 模型。目前，國際IGS 以5°的間隔給出IGS05 天線相位中心模型參數的改正值，非格網點可以采用內插的方式獲得。

2 GAMIT 軟件

GAMIT 軟件是高精度GPS 數據處理軟件，由美國麻省理工學院和斯克里普斯海洋研究所(SIO)一起開發的，該軟件主要用于處理整體解的雙差GPS 觀測數據。GAMIT 軟件采用開源設計，其中主要的解算程序有6 個程序:ARC(計算衛星位置)、MODEL(組成觀測方程)、SINCLN(單差自動修復周跳)、DBCLN (雙差自動修復周跳)、CFMRG(生成平差處理需要的文件)和SOLVE(最小二乘法求解參數)。

在GAMIT 軟件數據處理中，該軟件提供了很多誤差改正模型用于改正各種GPS 觀測誤差，提高基線解算的精度。其中關于天線相位中心改正的函數主要有hisub 函數和get －antpcv 函數，分別用于改正天線相位中心偏移和天線相位中心改正，模型參數采用IGS發布的天線相位中心改正文件:antmod．dat 文件，具體如圖2所示。

圖2 antmod．dat 文件

3 不同天線類型的結果分析

為了分析不同類型的GPS 天線對定位精度的影響，本文選取了不同的Trimble 天線類型進行測試。控制點分布如圖3所示，圖中共有8 個控制點，全部控制點的坐標已知，觀測時間為24 h，使用的解算軟件為GAMIT 10.40。為了測試天線高對最終結果的影響，本文在實驗過程中，A02，A04 和A06 三個控制點的天線類型分別為不同的天線類型，主要信息如表1所示。

表1 各種天線的改正量

圖3 控制點分布圖

3.1 不同天線對坐標的影響

以TRM39105.00 天線解算的坐標為基準，其他天線解算的笛卡兒坐標與其差值繪制于圖4，圖4中橫坐標為A02，A04 和A06 三個控制點不同的天線類型解，縱坐標為差值，單位為m。從圖4中可以看出，X方向和Z 方向上的差值成對稱圖形，Y 方向上的差值比較大，即在高程方向上差異較大。為了更好地說明平差結果在平面和高程方向的差值，將坐標轉換到平面方向與高程方向，結果繪制于圖5。從圖5可以看出，不同類型的GPS 天線解算的坐標結果，平面坐標的差異很小，基本在0.5 cm內，高程方向的差異較大，最大達到4 cm。

圖4 笛卡兒坐標差值圖

圖5 NEU 方向差值圖

3.2 不同天線對平差后坐標精度的影響

圖6繪制了8 種天線類型平差后坐標的精度，分別為X 方向、Y 方向、Z 方向和總體精度，單位為cm。從圖中可以看出，XYZ 三個方向中，Y 方向的平差精度最低。雖然天線不同，但是四條曲線變化比較緩和，也就是說天線類型對坐標精度的影響比較小。

圖6 坐標精度圖

4 結 論

在GPS 外業測量中，往往使用不同的GPS 天線進行觀測，本文利用實際觀測的數據，通過GAMIT 軟件對數據進行解算分析，分析了不同的GPS 天線類型對最終坐標解算結果的影響。從本文可以得出結論，使用不同的GPS 天線進行觀測，由于天線相位中心的不同，平面坐標的差異很小，但是高程方向的差異比較大。不同的GPS 天線類型觀測，對最終解算的坐標精度影響不明顯。

［1］郭際明，史俊波，汪偉．天線相位中心偏移和變化對高精度GPS 數據處理的影響［J］．武漢大學學報·信息科學版，2007(12):1143 ～1146．

［2］何德平，郭彩立，王艷茹．GAMIT 基線解算中天線高處理方法的探討［J］．重慶建筑，2012(7)．

［3］周命端，郭際明，鄭勇波等．衛星天線相位中心偏差對GPS 精密單點定位精度的影響研究［J］．測繪通報，2008(10):8 ～10．

［4］涂銳，黃觀文，鄒順．天線相位中心偏差變化及改正模型對精密單點定位精度的影響［J］．大地測量與地球動力學，2010(3):114 ～117．

［5］郭際明，史俊波，汪偉．天線相位中心偏移和變化對高精度GPS 數據處理的影響［J］．武漢大學學報·信息科學版，2007，32(12):1143 ～1146．