GNSS天線相位中心
天線的相位中心是隨衛(wèi)星信號的方位角和入射角變化而變化的，相位中心穩(wěn)定技術(shù)就是從理論設(shè)計上實現(xiàn)電學(xué)相位中心與天線幾何中心接近重合。一般來講，天線的結(jié)構(gòu)對稱性越好，饋點越多，天線的穩(wěn)定度就越高，但饋點多，其饋電饋電網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜，效率低，所以存在一個折中。目前比較典型的是采用四點（多點）饋電的正方形或圓形微帶貼片天線，多臂縫隙螺線天線以及雙極化技術(shù)來保證天線的穩(wěn)定度。
此外，天線的相位中心性能與天線罩也緊密相關(guān)，不能隨便改變天線的天線罩，因為天線罩會改變天線的交叉極化分量和相位方向圖。若采用球形天線罩，并將天線的相位中心置于球心，對天線相位中心性能的影響較��；而尖錐形天線罩對相位方向圖和幅度方向圖有較大的影響，進(jìn)而影響天線相位中心的穩(wěn)定性。所以，必須根據(jù)具體的天線罩，優(yōu)化設(shè)計。
天線相位中心校準(zhǔn)技術(shù)
天線的天線相位中心隨方位角和入射角變化量，需要校準(zhǔn)標(biāo)定后，可載入GNSS接收機中進(jìn)行修正，解決相位中心不一致問題。
天線相位中心校準(zhǔn)技術(shù)包括室外相對校準(zhǔn)、室外絕對校準(zhǔn)和暗室內(nèi)校準(zhǔn)三種。
室外相對校準(zhǔn)方法是在超短基線上進(jìn)行，以便盡可能地消除衛(wèi)星軌道誤差、大氣折射誤差和多徑效應(yīng)等因素的影響。在室外空曠場地在超短基線上利用兩臺接收機進(jìn)行差分定位來校準(zhǔn)天線相位中心，兩臺接收機相距5米。相位中心水平偏差利用天線旋轉(zhuǎn)法校準(zhǔn):短基線兩端的兩個天線等高，天線標(biāo)志向指向正北，觀測一個時段后分別順時針旋轉(zhuǎn)待測天線90度，即天線指向標(biāo)志分別指向北、東、南、西各觀測一個時段，將四個時段的觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理即可檢測出天線的相位中心水平偏差。檢測天線垂直偏差的方法用天線交換法:觀測一個時段后，確保天線基座不動，把兩個天線交換，天線標(biāo)志向仍指向正北，再觀測一個時段，將兩個時段的觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理可以檢測出天線相位中心的垂直偏差。
美國NGS（National Geodetic Survey）提供的天線GPS相位中心修正值便是采用相對校準(zhǔn)模式測定的，如下。
圖1 NGS天線相對校準(zhǔn)模型
江蘇三和欣創(chuàng)測量型AT-705天線NGS認(rèn)證數(shù)據(jù)如下：
圖2 三和欣創(chuàng)AT-705 測量型天線NGS校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
室外絕對校準(zhǔn)方法是在室外相對校準(zhǔn)方法基礎(chǔ)上發(fā)展出的一種校準(zhǔn)方法，其基本原理是利用精密校準(zhǔn)過的機械裝置旋轉(zhuǎn)或傾斜天線，從而得到幾千組不同的天線仰角和方位角下的觀測數(shù)據(jù)，在消除多路徑誤差后求出相位中心偏移PCO和相位中心變化PCV。多路徑效應(yīng)和天線相位中心變化是影響GNSS測距精度的主要誤差源，在對天線進(jìn)行相位中心絕對校準(zhǔn)時，如何分離多徑誤差與PCV是首要解決的問題。消除多徑誤差的一種思路是利用衛(wèi)星星歷的關(guān)于恒星日的周期重復(fù)性，只要觀測站點周圍環(huán)境不變，其多徑效應(yīng)也具有周期重復(fù)性，只要把兩個恒星日的觀測數(shù)據(jù)求差，則多徑誤差連同PCV一起被消除。上述的室外絕對校準(zhǔn)需要連續(xù)觀測兩天的數(shù)據(jù)，在第一天的觀測中保持天線靜止，第二天的觀測過程中把天線旋轉(zhuǎn)和傾斜，使得可以觀測不同仰角、不同方位角下的數(shù)據(jù)。通過比較第二天的觀測數(shù)據(jù)和第一天數(shù)據(jù)的差異，求解PCV。
目前的絕對校準(zhǔn)方法還可以自動實時的對天線相位中心校準(zhǔn)，而不必觀測兩天后再對觀測數(shù)據(jù)做后處理。其關(guān)鍵技術(shù)在于利用窄偽距相關(guān)技術(shù)消除多路徑效應(yīng)，利用校準(zhǔn)過的精密機械裝置自動實時的轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)天線，通過優(yōu)化選擇合適的觀測時間、觀測角度來觀測采樣獲得天線上半球面的相位方向圖。采樣的點越多，PCV估計精度越高。下圖Geo+++絕對校準(zhǔn)設(shè)備。
室外絕對校準(zhǔn)法與室外相對校準(zhǔn)法相比，存在以下優(yōu)點：消除了應(yīng)對校準(zhǔn)結(jié)果的影響；仰角從0度到90度的PCV都可以校準(zhǔn)；可以得到角變化的PCV；可以得到PCV的絕對值；PCV與參考天線和校準(zhǔn)站點無關(guān)。
圖3 Geo+++的天線相位中心變化自動化絕對校準(zhǔn)
在微波暗室內(nèi)也可以校準(zhǔn)天線的相位中心，相關(guān)理論已經(jīng)得到了專家學(xué)者的論證，并且它任意工作頻點均可以校準(zhǔn)。一般的方法是首先要將測試轉(zhuǎn)臺進(jìn)行校準(zhǔn)，使待測天線與源發(fā)射天線平行并且均垂直參考面，然后用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出信號經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)射，在微波暗室空間傳輸后被待測天線接收，旋轉(zhuǎn)待測天線的在不同方位角或仰角獲得其相位圖，之后結(jié)合相位中心算法進(jìn)行軟件后處理便可得到天線相位中心變化值�；緶y試框圖如下圖。
圖4 微波暗室天線相位中心校準(zhǔn)方法
