本發(fā)明屬于gps天線檢測(cè)方法與裝置領(lǐng)域，具體涉及一種由旋轉(zhuǎn)臺(tái)和控制系統(tǒng)組成的連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及通過該裝置實(shí)現(xiàn)的gps天線相位中心檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

gps觀測(cè)作為一種大地測(cè)量手段，在地球動(dòng)力學(xué)研究和高精度地殼形變監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。gps觀測(cè)設(shè)備由接收機(jī)和天線組成，天線負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星電磁信號(hào)，接收機(jī)負(fù)責(zé)設(shè)置觀測(cè)模式與處理觀測(cè)信號(hào)。在野外觀測(cè)中，利用由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上gps設(shè)備所采集的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)形成的差分觀測(cè)值可以解算出觀測(cè)天線間的基線向量。

由于天線本身的機(jī)械與電氣特性，天線幾何中心(參考點(diǎn))和電氣中心(相位中心)間會(huì)存在偏差，因此需要對(duì)天線相位中心進(jìn)行檢測(cè)以在高精度大地測(cè)量中通過相位中心改正提高觀測(cè)精度。

gps天線的相位中心改正值可以分別由天線相位中心偏移(phasecenteroffset,pco)和相位中心變化(phasecentervariation,pcv)來描述。其中pco是天線平均相位中心(meanphasecenter,mpc)與天線參考點(diǎn)(antennareferencepoint，arp)的間距；pcv是單個(gè)觀測(cè)值的瞬時(shí)相位中心與平均相位中心的偏差，其隨衛(wèi)星信號(hào)高度角、方位角而變化。

目前，相位中心檢測(cè)的方法主要有旋轉(zhuǎn)天線法、微波暗室法和自動(dòng)機(jī)器人檢測(cè)法。

旋轉(zhuǎn)天線法是目前國內(nèi)普遍使用的方法，在室外超短基線中將被測(cè)天線旋轉(zhuǎn)2至4個(gè)方向，每個(gè)方向觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，通過各個(gè)時(shí)段的基線解算向量差異計(jì)算天線相位中心偏移。旋轉(zhuǎn)天線法本身存在機(jī)械旋轉(zhuǎn)誤差，測(cè)量周期長(zhǎng)，由于各方向觀測(cè)時(shí)段不相同會(huì)引入多路徑效應(yīng)等觀測(cè)誤差，且因方法限制不能得到相位中心變化。

微波暗室法是在暗室內(nèi)通過發(fā)射模擬gps信號(hào)檢測(cè)天線的相位中心偏移和變化，由德國波恩大學(xué)于1994年提出并逐步開展。由于該方法不能反應(yīng)出真實(shí)的野外gps觀測(cè)環(huán)境，檢測(cè)結(jié)果存在較大爭(zhēng)議。

自動(dòng)機(jī)器人檢測(cè)法在室外利用多自由度機(jī)器人以一定的步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)、傾斜被校準(zhǔn)天線，利用大量的觀測(cè)值解算用于擬合天線相位中心模型的球諧函數(shù)的系數(shù)。該方法由德國漢諾威大學(xué)于1997年提出，目前被認(rèn)為是最精確的檢測(cè)方法，但該技術(shù)研究成本和難度極高，目前國內(nèi)尚無成熟產(chǎn)品，不利于北斗系統(tǒng)等自主天線的檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)法gps天線相位中心檢測(cè)系統(tǒng)。使用連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)精確改變天線的指向方向，避免了旋轉(zhuǎn)天線法引入的操作誤差；利用該裝置在gps時(shí)間下高頻率的周期轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)天線以改變各觀測(cè)歷元的天線指向方向，從而使天線各指向方向的觀測(cè)數(shù)據(jù)均勻分布于整個(gè)觀測(cè)時(shí)段中，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合計(jì)算出天線的相位中心偏移和變化。由于各天線指向方向的觀測(cè)環(huán)境條件具有極強(qiáng)的相關(guān)性，可以有效減小多路徑效應(yīng)等觀測(cè)誤差的影響。此方法具有結(jié)果準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)真實(shí)、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)法gps天線相位中心檢測(cè)系統(tǒng)，包括基座、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和控制單元，所述基座為測(cè)繪儀器標(biāo)準(zhǔn)基座；所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括支撐桿，所述支撐桿的上部設(shè)有中心孔，所述支撐桿的頂部自下而上依次設(shè)有懸臂支撐板、回轉(zhuǎn)支撐軸承、從動(dòng)齒輪和gps天線連接桿；所述懸臂支撐板的一端為與所述支撐桿頂部形狀相同的圓環(huán)，所述回轉(zhuǎn)支撐軸承的外圈、所述圓環(huán)和所述支撐桿同軸連接；所述從動(dòng)齒輪套在所述gps天線連接桿上，所述gps天線連接桿的下部穿過所述從動(dòng)齒輪及所述回轉(zhuǎn)支撐軸承的內(nèi)圈后插入到所述支撐桿上部的中心孔中，所述gps天線連接桿、所述從動(dòng)齒輪和所述回轉(zhuǎn)支撐軸承的內(nèi)圈同軸連接；所述gps天線連接桿的頂部是用于與被測(cè)gps天線連接的螺紋柱；所述懸臂支撐板的懸臂端固定有步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上設(shè)有與所述從動(dòng)齒輪嚙合的主動(dòng)齒輪，所述步進(jìn)電機(jī)與一編碼器相連，所述編碼器用于反饋所述步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度；所述控制單元包括均與單片機(jī)控制器相連的人機(jī)交互模塊、gps授時(shí)模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；所述gps授時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與gps時(shí)間的時(shí)間同步；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與所述步進(jìn)電機(jī)相連，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)單片機(jī)控制器的指令輸出信號(hào)驅(qū)使所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述單片機(jī)控制器與所述編碼器相連，用于接收所述編碼器反饋的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述gps天線連接桿的閉環(huán)控制。

進(jìn)一步講，本發(fā)明的連續(xù)旋轉(zhuǎn)法gps天線相位中心檢測(cè)系統(tǒng)中，所述主動(dòng)齒輪與所述從動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比為8:1，所述主動(dòng)齒輪采用鍛鋼材質(zhì)，所述從動(dòng)齒輪采用尼龍材質(zhì)。

所述回轉(zhuǎn)支撐軸承的精度為p5等級(jí)。

所述gps天線連接桿與所述回轉(zhuǎn)支撐軸承的配合間隙最大為0.04mm，使得被測(cè)gps天線旋轉(zhuǎn)的歸心誤差最大為0.06mm，以滿足gps天線相位中心檢測(cè)。

所述步進(jìn)電機(jī)采用60型步進(jìn)電機(jī)，靜扭矩為3.0nm，步進(jìn)角為1.8°。

所述編碼器采用增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器，分辨率為1000脈沖/轉(zhuǎn)。

所述單片機(jī)控制器采用以c8051f020為cpu的單片機(jī)控制器；

通過所述單片機(jī)控制器的脈沖、方向和使能三個(gè)io端口發(fā)送信號(hào)至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；通過所述單片機(jī)控制器的spi通信接口與具有按鍵組和顯示功能的人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使用者通過人機(jī)交互模塊設(shè)定所述gps天線連接桿的運(yùn)行參數(shù)、觀察運(yùn)行狀態(tài)，所述運(yùn)行參數(shù)至少包括所述gps天線連接桿旋轉(zhuǎn)的時(shí)間序列和角度序列；通過所述單片機(jī)控制器的串行通信接口與所述gps授時(shí)模塊通信實(shí)時(shí)接收gps衛(wèi)星數(shù)據(jù)，從中提取出所需的utc時(shí)間，并轉(zhuǎn)化為gps時(shí)間，檢測(cè)過程中g(shù)ps天線的旋轉(zhuǎn)以此時(shí)間為基準(zhǔn)；通過所述單片機(jī)控制器的計(jì)數(shù)器接口接收所述編碼器發(fā)送的脈沖信息，反饋所述gps天線連接桿的旋轉(zhuǎn)角度信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的閉環(huán)控制。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為2細(xì)分模式，由所述單片機(jī)控制器io端口發(fā)出的每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的電機(jī)步進(jìn)角為0.9°，通過主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪傳動(dòng)至所述gps天線連接桿的步進(jìn)角為0.1125°，以達(dá)到相位中心檢測(cè)所需的旋轉(zhuǎn)角度精度。

所述gps授時(shí)模塊是以mt3329衛(wèi)星定位接收芯片為核心的gps終端設(shè)備，通電后自動(dòng)鎖定衛(wèi)星并接收gps信號(hào)，所述gps授時(shí)模塊通過串行接口連續(xù)向外發(fā)送數(shù)據(jù)，波特率為200bps，數(shù)據(jù)更新頻率為10hz；數(shù)據(jù)指令遵循nmea-0183標(biāo)準(zhǔn)格式，包括全球定位數(shù)據(jù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息、大地坐標(biāo)信息、utc時(shí)間和日期信息。

利用上述所述連續(xù)旋轉(zhuǎn)法gps天線相位中心檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法是，首先，將被測(cè)gps天線安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的gps天線連接桿頂端螺紋柱上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)安裝于基座上并通過基座進(jìn)行整平，被測(cè)gps天線、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、基座均安裝于符合gps觀測(cè)環(huán)境條件的觀測(cè)墩上；在距離被測(cè)gps天線不大于20m處的觀測(cè)墩上架設(shè)一臺(tái)參考gps設(shè)備，與被測(cè)gps天線構(gòu)成超短基線；然后進(jìn)行檢測(cè)，步驟如下：

步驟一、檢測(cè)開始時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)初始化，即使用者通過人機(jī)交互模塊設(shè)定被測(cè)gps天線旋轉(zhuǎn)的時(shí)間和角度序列至單片機(jī)控制器的寄存器中；

步驟二、單片機(jī)控制器通過gps授時(shí)模塊實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)時(shí)間，并從寄存器讀取旋轉(zhuǎn)時(shí)間序列；

步驟三、單片機(jī)控制器從gps授時(shí)模塊讀取當(dāng)前時(shí)刻，判斷當(dāng)前時(shí)刻是否到達(dá)旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)刻，當(dāng)?shù)竭_(dá)被測(cè)gps天線需要旋轉(zhuǎn)的時(shí)刻時(shí)，則執(zhí)行步驟四進(jìn)行一次天線旋轉(zhuǎn)操作，否則，重復(fù)步驟三，從gps授時(shí)模塊讀取當(dāng)前時(shí)刻，直至到達(dá)旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)刻；

步驟四、天線旋轉(zhuǎn)操作包括：

4-1)單片機(jī)控制器從寄存器讀取旋轉(zhuǎn)角度序列；

4-2)計(jì)算所需旋轉(zhuǎn)角度和方向，輸出指令信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從編碼器讀取已旋轉(zhuǎn)角度；

4-3)判斷是否到達(dá)角度序列的要求，若達(dá)到要求，則輸出停止指令至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，然后返回步驟二，否則返回步驟4-2)，直至到達(dá)角度序列的要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)結(jié)果準(zhǔn)確。與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)天線法相比，從多個(gè)方面提高檢測(cè)精度：

在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用測(cè)繪儀器標(biāo)準(zhǔn)基座實(shí)現(xiàn)了測(cè)量過程中天線的整平，保證了天線的安平精度；通過控制旋轉(zhuǎn)軸套間的配合間隙，提高了天線旋轉(zhuǎn)的歸心精度；使用編碼器進(jìn)行閉環(huán)反饋，提高了天線旋轉(zhuǎn)的角度精度；采用大傳動(dòng)比的減速齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提高旋轉(zhuǎn)臺(tái)的載重，可以適應(yīng)更多種類的天線檢測(cè)需求；被動(dòng)齒輪采用尼龍材質(zhì)，主動(dòng)齒輪采用金屬材質(zhì)，可以有效降低或防止齒面磨損、輪齒嚙合過緊、齒輪熱變形等現(xiàn)象的發(fā)生，有效改善裝置使用壽命和穩(wěn)定性。

在檢測(cè)方法方面，使用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的方法，在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)對(duì)各天線指向方向進(jìn)行周期性重復(fù)觀測(cè)，使得各天線方向的gps觀測(cè)結(jié)果均處于同一時(shí)段內(nèi)，各方向間的觀測(cè)環(huán)境條件具有極強(qiáng)的相關(guān)性，從而有效消除多路徑效應(yīng)等大部分觀測(cè)誤差的影響；利用連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與gps時(shí)間的嚴(yán)格同步，保證了檢測(cè)過程中天線旋轉(zhuǎn)和gps信號(hào)采集的時(shí)間分離，可以有效增加旋轉(zhuǎn)頻率、減小旋轉(zhuǎn)角度間隔，從而使采樣點(diǎn)更加密集，有效提高檢測(cè)結(jié)果的擬合精度。

(2)自動(dòng)化程度高。與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)天線法相比，本發(fā)明使用單片機(jī)控制器控制整套系統(tǒng)的工作，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)過程的自動(dòng)化。

(3)數(shù)據(jù)真實(shí)。與微波暗室法相比，本發(fā)明連續(xù)旋轉(zhuǎn)法通過采集gps衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算得到天線相位中心，其更能反應(yīng)gps的實(shí)際工作情況，檢測(cè)結(jié)果更加真實(shí)有效。

(4)應(yīng)用性強(qiáng)。與機(jī)器人法相比，本發(fā)明中的連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)更加易于移動(dòng)、便于維護(hù)、成本更低，具有更強(qiáng)的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明連續(xù)旋轉(zhuǎn)法gps天線相位中心檢測(cè)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明連續(xù)旋轉(zhuǎn)法gps天線相位中心檢測(cè)系統(tǒng)控制框圖；

圖3是本發(fā)明檢測(cè)過程的主控制流程；

圖4是本發(fā)明檢測(cè)過程中旋轉(zhuǎn)控制流程。

圖中：

10-基座，20-旋轉(zhuǎn)臺(tái)，21-支撐桿，22-中心孔，23-懸臂支撐板，24-回轉(zhuǎn)支撐軸承，25-從動(dòng)齒輪，26-gps天線連接桿，27-螺紋柱，28-步進(jìn)電機(jī)，29-主動(dòng)齒輪，30-編碼器，31-單片機(jī)控制器，32-人機(jī)交互模塊，33-gps授時(shí)模塊，34-電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)法gps天線相位中心檢測(cè)系統(tǒng)，包括基座10、旋轉(zhuǎn)臺(tái)20和控制單元。

為了提高檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程中天線的整平，所述基座10采用測(cè)繪儀器標(biāo)準(zhǔn)基座。

所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)20包括支撐桿21，所述支撐桿21的上部設(shè)有中心孔22，所述支撐桿21的頂部自下而上依次設(shè)有懸臂支撐板23、回轉(zhuǎn)支撐軸承24、從動(dòng)齒輪25和gps天線連接桿26；所述懸臂支撐板23的一端為與所述支撐桿21頂部形狀相同的圓環(huán)，所述回轉(zhuǎn)支撐軸承24的外圈、所述圓環(huán)和所述支撐桿21同軸連接；所述從動(dòng)齒輪25套在所述gps天線連接桿26上，所述gps天線連接桿26的下部穿過所述從動(dòng)齒輪25及所述回轉(zhuǎn)支撐軸承24的內(nèi)圈后插入到所述支撐桿21上部的中心孔22中，所述gps天線連接桿26、所述從動(dòng)齒輪25和所述回轉(zhuǎn)支撐軸承24的內(nèi)圈同軸連接；所述gps天線連接桿26的頂部是用于與被測(cè)gps天線連接的螺紋柱27；所述懸臂支撐板23的懸臂端固定有步進(jìn)電機(jī)28，所述步進(jìn)電機(jī)28的輸出軸上設(shè)有與所述從動(dòng)齒輪25嚙合的主動(dòng)齒輪29，步進(jìn)電機(jī)28的安裝位置要保證使主動(dòng)齒輪29和從動(dòng)齒輪25的正常嚙合，所述步進(jìn)電機(jī)28采用60型步進(jìn)電機(jī)，靜扭矩為3.0nm，步進(jìn)角為1.8°。所述步進(jìn)電機(jī)28與一編碼器30相連，所述編碼器30用于反饋所述步進(jìn)電機(jī)28的旋轉(zhuǎn)角度；所述編碼器30采用增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器，分辨率為1000脈沖/轉(zhuǎn)(即0.36°)。

為了提高旋轉(zhuǎn)臺(tái)的載重以適應(yīng)更多種類的天線需求，本發(fā)明中的減速齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪采用單模直齒圓柱齒輪，使用8：1的大傳動(dòng)比，如：主動(dòng)輪為15齒，從動(dòng)輪為120齒，而且主動(dòng)齒輪采用鍛鋼材質(zhì)，被動(dòng)齒輪采用尼龍材質(zhì)，從而有效降低或防止齒面磨損、輪齒嚙合過緊、齒輪熱變形等現(xiàn)象的發(fā)生，提高裝置使用壽命和穩(wěn)定性。

為了提高使用壽命，并方便維護(hù)，本發(fā)明中的回轉(zhuǎn)支承軸承24采用p5精度等級(jí)，其回轉(zhuǎn)精度優(yōu)于0.02mm。

本發(fā)明中，gps天線連接桿26頂端的螺紋柱采用美制5/8-11螺紋柱，用于固定被測(cè)gps天線。為了保證gps天線的回轉(zhuǎn)精度，所述gps天線連接桿26與所述回轉(zhuǎn)支撐軸承24的配合間隙最大為0.04mm，因此，被測(cè)gps天線旋轉(zhuǎn)的歸心誤差最大為0.06mm，從而滿足gps天線相位中心檢測(cè)的需要。

如圖2所示，所述控制單元包括均與單片機(jī)控制器31相連的人機(jī)交互模塊32、gps授時(shí)模塊33和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34；所述gps授時(shí)模塊33實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與gps時(shí)間的時(shí)間同步；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34與所述步進(jìn)電機(jī)28相連，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34根據(jù)單片機(jī)控制器31的指令輸出信號(hào)驅(qū)使所述步進(jìn)電機(jī)28轉(zhuǎn)動(dòng)；所述單片機(jī)控制器31與所述編碼器30相連，用于接收所述編碼器30反饋的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述gps天線連接桿21的閉環(huán)控制。

本發(fā)明的控制單元中，單片機(jī)控制器31是控制的核心器件，負(fù)責(zé)分析輸入信號(hào)、執(zhí)行操作指令、輸出控制信號(hào)等功能。

所述單片機(jī)控制器31采用以c8051f020為cpu的單片機(jī)控制器。

所述人機(jī)交互模塊32具有按鍵組和顯示功能。

所述gps授時(shí)模塊33采用以mt3329衛(wèi)星定位接收芯片為核心的gps終端設(shè)備，通電后自動(dòng)鎖定衛(wèi)星并接收gps信號(hào)，所述gps授時(shí)模塊通過串行接口連續(xù)向外發(fā)送數(shù)據(jù)，波特率為200bps，數(shù)據(jù)更新頻率為10hz；數(shù)據(jù)指令遵循nmea-0183標(biāo)準(zhǔn)格式，數(shù)據(jù)指令至少包括全球定位數(shù)據(jù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息、大地坐標(biāo)信息、utc時(shí)間和日期信息，其中，utc時(shí)間精度為0.1μs。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34設(shè)置為2細(xì)分模式，所述單片機(jī)控制器31io端口發(fā)送至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34的每個(gè)脈沖信號(hào)所對(duì)應(yīng)的步進(jìn)角為0.9°，通過主動(dòng)齒輪29和從動(dòng)齒輪25傳動(dòng)至所述gps天線連接桿26的步進(jìn)角為0.1125°，以達(dá)到相位中心檢測(cè)所需的旋轉(zhuǎn)角度精度。

本發(fā)明控制過程中，通過所述單片機(jī)控制器31的脈沖、方向和使能三個(gè)io端口發(fā)送信號(hào)至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)28轉(zhuǎn)動(dòng)；通過所述單片機(jī)控制器31的spi通信接口與具有按鍵組和顯示功能的人機(jī)交互模塊32實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使用者通過人機(jī)交互模塊32設(shè)定所述gps天線連接桿26的運(yùn)行參數(shù)、觀察運(yùn)行狀態(tài)，所述運(yùn)行參數(shù)至少包括所述gps天線連接桿26旋轉(zhuǎn)的時(shí)間序列和角度序列。通過所述單片機(jī)控制器31的串行通信接口與所述gps授時(shí)模塊33通信實(shí)時(shí)接收gps衛(wèi)星數(shù)據(jù)，從中提取出所需的utc時(shí)間，并轉(zhuǎn)化為gps時(shí)間，檢測(cè)過程中g(shù)ps天線的旋轉(zhuǎn)以此時(shí)間為基準(zhǔn)。通過所述單片機(jī)控制器31的計(jì)數(shù)器接口接收所述編碼器30發(fā)送的脈沖信息，反饋所述gps天線連接桿26的旋轉(zhuǎn)角度信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的閉環(huán)控制。

具體檢測(cè)過程為：

被測(cè)gps天線安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)20的gps天線連接桿26頂端螺紋柱27上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)20安裝于基座10上并通過基座10進(jìn)行整平，被測(cè)gps天線、旋轉(zhuǎn)臺(tái)20、基座10均安裝于符合gps觀測(cè)環(huán)境條件的觀測(cè)墩上。在距離被測(cè)gps天線不大于20m處的觀測(cè)墩上架設(shè)一臺(tái)參考gps設(shè)備，與被測(cè)gps天線構(gòu)成超短基線。

如圖3所示，檢測(cè)開始時(shí)，使用者通過人機(jī)交互模塊32設(shè)定被測(cè)gps天線旋轉(zhuǎn)的時(shí)間和角度序列至單片機(jī)控制器31的寄存器中，初始化后，從寄存器讀取旋轉(zhuǎn)時(shí)間序列，單片機(jī)控制器31通過gps授時(shí)模塊33實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)時(shí)間，從gps授時(shí)模塊33讀取當(dāng)前時(shí)刻，判斷當(dāng)前時(shí)刻是否到達(dá)旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)刻，當(dāng)?shù)竭_(dá)被測(cè)gps天線需要旋轉(zhuǎn)的時(shí)刻時(shí)，啟動(dòng)執(zhí)行一次天線旋轉(zhuǎn)操作，否則，繼續(xù)從gps授時(shí)模塊33讀取當(dāng)前時(shí)刻，直至到達(dá)旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)刻。如圖4所示，天線旋轉(zhuǎn)操作的流程是：(1)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)操作，從寄存器讀取旋轉(zhuǎn)角度序列；(2)計(jì)算所需旋轉(zhuǎn)角度和方向，輸出指令信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34，從編碼器30讀取已旋轉(zhuǎn)角度，(3)判斷是否到達(dá)角度序列的要求，若達(dá)到要求，則輸出停止指令至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34，并返回主流程，否則返回至步驟(2)。即：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制器31通過io端口發(fā)送指令信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)28，步進(jìn)電機(jī)28的輸出軸帶動(dòng)主動(dòng)齒輪29旋轉(zhuǎn)并經(jīng)從動(dòng)齒輪25傳動(dòng)至gps連接桿26，再通過gps連接桿26帶動(dòng)被測(cè)天線旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)過程中，單片機(jī)控制器31通過編碼器30接收步進(jìn)電機(jī)28輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度信息，以實(shí)時(shí)反饋被測(cè)gps天線的旋轉(zhuǎn)角度；當(dāng)被測(cè)gps天線的旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到角度序列的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度要求后，單片機(jī)控制器31發(fā)送指令信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34，停止對(duì)步進(jìn)電機(jī)28的驅(qū)動(dòng)，被測(cè)gps天線即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)單片機(jī)控制器31繼續(xù)通過gps授時(shí)模塊33更新系統(tǒng)時(shí)間，等待下一次啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)操作。

在整個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，被測(cè)gps天線在連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下以一定的角度和時(shí)間間隔持續(xù)進(jìn)行周期性旋轉(zhuǎn)，利用連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)與gps時(shí)間的時(shí)間同步功能，設(shè)置gps接收機(jī)于天線靜止時(shí)刻采集衛(wèi)星信號(hào)，使被測(cè)gps天線在每個(gè)周期內(nèi)等時(shí)間間隔的指向不同方向。當(dāng)觀測(cè)時(shí)段充足時(shí)，可分別利用觀測(cè)時(shí)段內(nèi)不同天線指向和不同衛(wèi)星信號(hào)入射方向下的超短基線測(cè)量值分析計(jì)算天線的相位中心偏移和變化。

數(shù)據(jù)處理過程為：

(1)使用teqc軟件對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查驗(yàn)和預(yù)處理，提取所需歷元重構(gòu)觀測(cè)數(shù)據(jù)文件；

(2)利用gps解算軟件分別解算各重構(gòu)文件的超短基線向量；

(3)通過觀測(cè)時(shí)段內(nèi)各天線指向方向下基線結(jié)果的變化，計(jì)算被測(cè)gps天線的相位中心偏移向量，該向量由北、東、高三個(gè)分量表示；

(4)結(jié)合衛(wèi)星軌跡，利用相位中心偏移之外的觀測(cè)殘差擬合天線相位中心模型的球諧函數(shù)的系數(shù)，計(jì)算天線相位中心變化值，該值由衛(wèi)星信號(hào)不同天頂角、不同方位角入射條件下的偏移量表示。

實(shí)施例：

將檢測(cè)場(chǎng)地建在地質(zhì)構(gòu)造堅(jiān)固穩(wěn)定的區(qū)域，具有至少一組距離不大于20m的強(qiáng)制歸心觀測(cè)墩，觀測(cè)墩周圍無強(qiáng)電磁信號(hào)干擾，點(diǎn)位環(huán)視高度角15°以上無障礙物。

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)臺(tái)20安裝在測(cè)繪儀器標(biāo)準(zhǔn)基座上，通過基座10固定在gps觀測(cè)墩上并整平。被測(cè)gps天線架設(shè)在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)臺(tái)20的螺紋柱27上，與參考gps設(shè)備組成超短基線。將被測(cè)gps設(shè)備與參考gps設(shè)備的采樣周期設(shè)置為15s，衛(wèi)星高度截止角設(shè)置為0°。

檢測(cè)過程：參考gps設(shè)備連續(xù)觀測(cè)，天線始終指向北方向；被測(cè)gps設(shè)備從任意時(shí)刻開始記錄數(shù)據(jù)，由旋轉(zhuǎn)臺(tái)20帶動(dòng)天線在旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)分別指向四個(gè)方向，旋轉(zhuǎn)周期為1分鐘，連續(xù)觀測(cè)24h。每周期內(nèi)運(yùn)行情況如下：

利用gps解算軟件進(jìn)行基線解算并處理數(shù)據(jù)：

(1)提取四個(gè)天線方向的數(shù)據(jù)組成四個(gè)觀測(cè)文件，即得到相同觀測(cè)時(shí)段中不同天線指向的采樣間隔為1min的四個(gè)采樣文件，用這四個(gè)觀測(cè)文件與參考儀器的觀測(cè)文件解算出四組超段基線觀測(cè)值，計(jì)算出gps天線的相位中心偏移向量。

(2)結(jié)合gps星歷和星軌，使用所有歷元中相位中心偏移量之外的觀測(cè)殘差擬合出與衛(wèi)星信號(hào)入射角和衛(wèi)星信號(hào)方位角相關(guān)的天線相位中心變化值。

檢測(cè)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn).atx格式，包括了各gps信號(hào)頻率下的天線相位中心偏移和變化。相位中心偏移由北、東、高三個(gè)分量表示，相位中心變化用衛(wèi)星信號(hào)不同天頂角、不同方位角入射條件下的偏移量表示(角度步長(zhǎng)5°)，單位為mm。結(jié)果文件示例見表1。

表1：檢測(cè)結(jié)果示例

通過實(shí)施例可以得出的本發(fā)明所具有的特點(diǎn)：

(1)結(jié)果準(zhǔn)確。使用本發(fā)明的連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)gps天線以gps時(shí)間為基準(zhǔn)高精度自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而利用連續(xù)旋轉(zhuǎn)被測(cè)天線的方法精確計(jì)算gps天線的相位中心偏移和變化，有效消除多路徑效應(yīng)等大部分觀測(cè)誤差的影響，得到更加密集的采樣點(diǎn)，使gps天線相位中心檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

(2)自動(dòng)化程度高。檢測(cè)過程中被測(cè)gps天線的旋轉(zhuǎn)由本發(fā)明的連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)過程無需人工干預(yù)。

(3)數(shù)據(jù)真實(shí)。檢測(cè)過程全部在室外完成，所使用的數(shù)據(jù)均為gps衛(wèi)星信號(hào)數(shù)據(jù)，能夠反應(yīng)gps的實(shí)際工作情況，檢測(cè)結(jié)果更加真實(shí)有效。

(4)應(yīng)用性強(qiáng)。在gps超短基線場(chǎng)地中使用本發(fā)明的連續(xù)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，利用本發(fā)明的連續(xù)旋轉(zhuǎn)被測(cè)天線的方法即可完成天線相位中心檢測(cè)工作，該裝置方法操作簡(jiǎn)便，具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。