不同天线类型对GAMIT基线解算的影响

王丽丽 ，杨志敏，段艳霞，刘峻宁

(1.广东省冶金建筑设计研究院，广东 广州 510080; 2.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 43022;3．成都市勘察测绘研究院，四川 成都 610081; 4.武汉大学测绘学院，湖北 武汉 430079)

GPS 天线相位中心是指GPS 天线的电器中心。天线相位中心在实际意义中看不到，是无线电信号接收的瞬时位置，它随着卫星信号输入的强度和角度而改变。不同的天线类型，其相位中心的差值较大，对定位的结果具有较大的影响。在GPS 外业测量中测到的位置，通常是测到GPS 接收机天线相位中心的位置。例如，在通过联测IGS 跟踪站传递高精度GPS 网的基准坐标时，天线相位中心改化正确与否会对高程方向产生厘米级的影响［1］。本文针对不同的GPS 天线，通过实际观测到的数据，用高精度数据处理软件GAMIT 软件进行处理，分析了不同的GPS 天线对解算坐标及解算精度的影响。

1 天线相位中心

天线相位中心随着卫星信号输入的强度和角度而改变，如图1所示，天线相位中心总改正值的公式如式(1)所示。

图1 天线相位中心

式中，△φ 为天线相位中心总改正值;a 为卫星方位角;e 为天顶距;△φ'为天线相位中心改正值，该值随着信号方向的变化而变化是接收机天线至卫星方向的单位矢量是表示平均天线相位中心至天线参考点的距离。不同的GPS 天线，其相位中心也不同，在GPS 测量中，很难通过差分的方式进行消除，一般采用模型进行改正。国际IGS 从1998年开始公布IGS01 天线相位中心模型参数，2006年后用IGS05 天线相位中心模型参数代替了原来的IGS01 模型。目前，国际IGS 以5°的间隔给出IGS05 天线相位中心模型参数的改正值，非格网点可以采用内插的方式获得。

2 GAMIT 软件

GAMIT 软件是高精度GPS 数据处理软件，由美国麻省理工学院和斯克里普斯海洋研究所(SIO)一起开发的，该软件主要用于处理整体解的双差GPS 观测数据。GAMIT 软件采用开源设计，其中主要的解算程序有6 个程序:ARC(计算卫星位置)、MODEL(组成观测方程)、SINCLN(单差自动修复周跳)、DBCLN (双差自动修复周跳)、CFMRG(生成平差处理需要的文件)和SOLVE(最小二乘法求解参数)。

在GAMIT 软件数据处理中，该软件提供了很多误差改正模型用于改正各种GPS 观测误差，提高基线解算的精度。其中关于天线相位中心改正的函数主要有hisub 函数和get －antpcv 函数，分别用于改正天线相位中心偏移和天线相位中心改正，模型参数采用IGS发布的天线相位中心改正文件:antmod．dat 文件，具体如图2所示。

图2 antmod．dat 文件

3 不同天线类型的结果分析

为了分析不同类型的GPS 天线对定位精度的影响，本文选取了不同的Trimble 天线类型进行测试。控制点分布如图3所示，图中共有8 个控制点，全部控制点的坐标已知，观测时间为24 h，使用的解算软件为GAMIT 10.40。为了测试天线高对最终结果的影响，本文在实验过程中，A02，A04 和A06 三个控制点的天线类型分别为不同的天线类型，主要信息如表1所示。

表1 各种天线的改正量

图3 控制点分布图

3.1 不同天线对坐标的影响

以TRM39105.00 天线解算的坐标为基准，其他天线解算的笛卡儿坐标与其差值绘制于图4，图4中横坐标为A02，A04 和A06 三个控制点不同的天线类型解，纵坐标为差值，单位为m。从图4中可以看出，X方向和Z 方向上的差值成对称图形，Y 方向上的差值比较大，即在高程方向上差异较大。为了更好地说明平差结果在平面和高程方向的差值，将坐标转换到平面方向与高程方向，结果绘制于图5。从图5可以看出，不同类型的GPS 天线解算的坐标结果，平面坐标的差异很小，基本在0.5 cm内，高程方向的差异较大，最大达到4 cm。

图4 笛卡儿坐标差值图

图5 NEU 方向差值图

3.2 不同天线对平差后坐标精度的影响

图6绘制了8 种天线类型平差后坐标的精度，分别为X 方向、Y 方向、Z 方向和总体精度，单位为cm。从图中可以看出，XYZ 三个方向中，Y 方向的平差精度最低。虽然天线不同，但是四条曲线变化比较缓和，也就是说天线类型对坐标精度的影响比较小。

图6 坐标精度图

4 结 论

在GPS 外业测量中，往往使用不同的GPS 天线进行观测，本文利用实际观测的数据，通过GAMIT 软件对数据进行解算分析，分析了不同的GPS 天线类型对最终坐标解算结果的影响。从本文可以得出结论，使用不同的GPS 天线进行观测，由于天线相位中心的不同，平面坐标的差异很小，但是高程方向的差异比较大。不同的GPS 天线类型观测，对最终解算的坐标精度影响不明显。

［1］郭际明，史俊波，汪伟．天线相位中心偏移和变化对高精度GPS 数据处理的影响［J］．武汉大学学报·信息科学版，2007(12):1143 ～1146．

［2］何德平，郭彩立，王艳茹．GAMIT 基线解算中天线高处理方法的探讨［J］．重庆建筑，2012(7)．

［3］周命端，郭际明，郑勇波等．卫星天线相位中心偏差对GPS 精密单点定位精度的影响研究［J］．测绘通报，2008(10):8 ～10．

［4］涂锐，黄观文，邹顺．天线相位中心偏差变化及改正模型对精密单点定位精度的影响［J］．大地测量与地球动力学，2010(3):114 ～117．

［5］郭际明，史俊波，汪伟．天线相位中心偏移和变化对高精度GPS 数据处理的影响［J］．武汉大学学报·信息科学版，2007，32(12):1143 ～1146．