آفست مرکز فاز آنتن و تغییرات آن

مطالعه این نوشته در 9 دقیقه

همان طور که می دانید، در بررسی مدل ها و الگوریتم های GNSS، فاصله اندازه گیری شده بین ماهواره و گیرنده به عنوان یکی از پارامترهای مشاهداتی GNSS شناخته می شود که به آن Range نیز گفته می شود. اگر دقیق تر بخواهیم بیان کنیم، این فاصله، بین مرکز فاز آنتن ماهواره و مرکز فاز آنتن گیرنده می باشد. برای تعیین موقعیت دقیق، معرفی یک نقطه به عنوان مرکز فاز الکتریکی آنتن امکان پذیر نمی باشد. زیرا این نقطه تحت تاثیر تغییرات حاصل از ارتفاع، آزیموت و سیگنال ارسالی از سمت ماهواره می باشد. این خطا برای هر دو مشاهده کد و فاز تاثیر گذار است، زیرا هردو مشاهده تحت تاثیر Range می باشند. در ادامه به معرفی نحوه بر خورد با این خطا در اندازه گیری های دقیق می پردازم.

آفست مرکز فاز آنتن-کالیبراسیون آنتن

آفست مرکز فاز آنتن چیست؟

همان طور که در شکل بالا مشاهده می کنید، نقطه مرجع آنتن یا  Antenna Reference Point-ARP به عنوان نقطه مشترک برای تمامی سیگنال ها در نظر گرفته می شود. یعنی گیرنده تمامی سیگنال های ارسالی از سمت ماهواره را در این نقطه دریافت می کند. ARP در واقع نقطه ای است که از برخورد محور قائم که از وسط آنتن می گذرد، با انتهای پایین آنتن به وجود می آید. مرکز فاز الکتریکی آنتن – یعنی جایی که هر سیگنال در لحظه دریافت به آنتن برخورد می کند- متفاوت از این نقطه مرجع آنتن است. به این تفاوت آفست مرکز فاز آنتن با Phase Center Offset می گویند و معمولا با PCO شناخته می شود.

پس از اعمال آفست مرکز فاز آنتن به مشاهدات، متوجه شدند که همچنان خطاهایی کوچک باقی می مانند در نتیجه این خطاها را توسط تصحیحات عددی برطرف می کنند. به این تصحیحات، تغییرات مرکز فاز آنتن یا Phase Center Variation می گویند و با PCV نمایش می دهند.

خطای آفست مرکز فاز آنتن و تغییرات آن معمولا توسط کالیبراسیون برطرف می شوند. از کالیبراسیون در تعیین موقعیت کینماتیک آنی – یا Real Time Kinematic که به اختصار  RTK نامیده می شود- که توسط آنتن هایی با مدل های مختلف انجام می شود، استفاده می گردد. زیرا در صورتی که آنتن ها یکسان باشند این خطا در مشاهدات تفاضلی از بین می روند. علاوه بر RTK، در حل شبکه های جهانی نیز باید این خطا در نظر گرفته شده و توسط کالیبراسیون بر طرف شود.

برای آنتن های گیرنده های استاتیک، این مقدار در طول انجام مشاهدات ثابت می باشد ولی برای گیرنده های پلتفرم های متحرک نظیر هواپیما، این مقدار متغیر بوده و به توجیه هواپیما وابسته است.

بنابراین تصحیح کامل برای این خطا شامل موارد زیر است:

  • آفست مرکز فاز آنتن گیرنده
  • تغییرات آفست مرکز فاز گیرنده
  • آفست مرکز فاز آنتن ماهواره
  • تغییرات آفست مرکز فاز ماهواره

تکنیک های کالیبراسیون آفست مرکز فاز آنتن و تغییرات آن

برای کالیبراسیون آفست مرکز فاز آنتن و معمولا از دو روش کالیبراسیون نسبی و مطلق استفاده می کنند.

در روش کالیبراسیون نسبی، آنتن مرجع و آنتن مدنظر برای تست، بر روی یک پیلار بتنی و در فاصله 5 متری از هم قرار داده می شوند. هر دو آنتن باید از یک مدل باشند و آنتن مرجع دارای آفست مرکز فاز صفر باشد. با استفاده از مشاهدات تفاضلی فاز موج حامل، میانگین نسبی مرکز فاز آنتن برای هر فرکانس تعیین می شود. تغییرات مرکز فاز آنتن نیز به صورت نسبی تصحیح می شوند. این روش معمولا توسط IGS مورد استفاده قرار می گیرد.از روش نسبی بیشتر در RTK و در طول مبناهای کوتاه انجام می شود. زیرا هر دو آنتن ماهواره های یکسانی را ردیابی می کنند. بدیهی است این روش برای شبکه های بزرگ امکان پذیر نیست. در شکل زیر نمایی از یک محیط کالیبراسیون نسبی را مشاهده می کنید.

آفست مرکز فاز آنتن-کالیبراسیون آنتن

آفست مرکز فاز آنتن-کالیبراسیون آنتن

در روش کالیبراسیون مطلق معمولا از اتاق های بدون انعکاس استفاده می کنند. در این روش آنتن مد نظر برای تست را در یک محیط که در آن خبری از انعکاس امواج بیرونی نظیر پدیده چند مسیری نیست قرار می دهند. در این صورت، آنتن تست فقط سیگنال های مستقیم را دریافت کند. محل قرار گیری آنتن تست به گونه ایست که بتواند حول دو محور دوران کند تا بتوانند تاثیرات آزیموت و زاویه ارتفاعی سیگنال دریافتی را مدل کنند. اندازه گیری های تاخیر فاز ارسالی و دریافتی مورد آنالیز قرار گرفته و میزان آفست مرکز فاز آنتن و تغییرات آن به دست می آیند.

آفست مرکز فاز آنتن-کالیبراسیون آنتن

با پیشرفت تکنولوژی امکان استفاده از ربات برای ارسال امواج فراهم شد. این ربات ها می توانند امواج را از تمامی مسیرهای ممکن به آنتن تست ارسال کنند. پس از دریافت و آنالیز سیگنال های ارسالی، میزان آفست مرکز فاز آنتن و خطای آن مشخص می شود. در ویدیوی زیر نحوه عملکرد این سیستم را مشاهده می کنید.

سرویس IGS نیز با ارائه فایل هایی تحت عنوان ANTEX، وضعیت آفست مرکز فاز آنتن های GNSS و تغییرات آن ها را مشخص می کند. این فایل ها، داده هایی با فرمت ASCII می باشند که در نوشته های آینده به معرفی ساختار و نحوه استفاده از آن ها خواهم پرداخت.


امیر اللهویردی زاده
دانشجوی دکترای GNSS دانشگاه Curtin، کارشناس ارشد ژئودزی از دانشگاه اصفهان، مدرس دانشگاه، علاقه مند به سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، مدیریت پروژه، برنامه نویسی
LinkedinTelegram

متوسط امتیاز / 5. تعداد رای

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *