چرخش فاز Phase Wind-Up

مطالعه این نوشته در 8 دقیقه

یکی از تاثیراتی که در تعیین موقعیت مطلق دقیق PPP مورد نظر قرار می گیرد. تاثیر چرخش فاز و یا Phase Wind-Up می باشد. همان طور که از نام آن مشخص است، این تاثیر فقط بر روی مشاهدات فاز تاثیر می گذارد و در صورت استفاده از مشاهده کد نیاز به درنظر گرفتن آن نیست. در این نوشته به بررسی این خطا در مشاهدات فاز می پردازم.

Phase Wind-Up

تاثیر چرخش فاز یا Phase Wind-Up در مشاهدات فاز به وضعیت نسبی ماهواره و آنتن گیرنده و خط دید یا Line of Sight وابسته است. برای یک گیرنده با مختصات ثابت، تاثیر Phase Wind-Up وابسته به حرکت مداری ماهواره ها می باشد. در بعضی از نوشته ها از این تاثیر با نام phase wrap-up نیز نام برده می شود.

ماهواره ها در حین حرکت در مدار خود باید به گونه ای قرار بگیرند که در پنل های خورشیدی آن ها همواره عمود بر جهت تابش نور خورشید باشد. این قضیه اساس مدل توجیه ماهواره های GNSS می باشد. دلیل این عمود بودن، دریافت بیشترین انرژی خورشیدی می باشد. علاوه بر عمود بودن، آنتن ماهواره نیز باید به سمت مرکز زمین باشد. در شکل زیر این توجیه را مشاهده می کنید.

Phase Wind-Up
توجیه ماهواره های GNSS

واضح است که برای برقراری دائمی این توجیه، ماهواره ها باید با مقدار زاویه ای بچرخند. این چرخش توسط قسمت کترل توجیه ماهواره تعیین می شود. در اثر این چرخش، مشاهده فاز نیز دچار تغییراتی شده و در نتیجه فاصله یا Range بین ماهواره و گیرنده نیز دستخوش تغییراتی می شود. به این تغییرات، چرخش فاز و یا Phase Wind-Up می گویند. اگر هر کدام از آنتن های ماهواره و یا گیرنده یک دور کامل بچرخند خطایی برابر با یک سیکل کامل فاز ایجاد می کنند. این خطا برای سیگنال L1 برابر با 19 سانتی متر و برای سیگنال L5 برابر با 25 سانتی متر می باشد.

محاسبه مقدار Phase Wind-Up

برای محاسبه مقدار این تاثیر نیاز به تشکیل دو سیستم مختصات در گیرنده و ماهواره داریم. در شکل زیر این سیستم های مختصات را مشاهده می کنید.

Phase Wind-Up
برگرفته از Handbook of GNSS

سیستم مختصات در آنتن های گیرنده و ماهواره در نقطه مرکز فاز آنتن تشکیل می شود. مقدار Phase Wind-Up که با علامت ω مشحص شده است، از طریق روابط زیر به دست می آید:

Phase Wind-Up

در بررسی Phase Wind-Up باید به نکات زیر توجه داشت:

  • مقدار Phase Wind-Up حاصل از چرخش آنتن گیرنده ها (در کاربردهای کینماتیک) برای تمامی سیگنال های دریافتی یکسان است. اگر این مقدار تصحیح نشود در فرآیند پردازش پارامترهای مختلف نظیر برآورد ساعت گیرنده تاثیرگذار است.
  • مقدار Phase Wind-Up حاصل از چرخش آنتن ماهواره ها برای هر ماهواره مقدار متفاوتی است و در تعیین موقعیت به روش های غیر تفاضلی دقیق مانند روش PPP، باید در مدل های مشاهدات در نظر گرفته شود.
  • در تعیین موقعیت به روش های تفاضلی، مقدار باقیمانده این خطا در حد چند میلی متر برای بیس لاین هایی با طول چندصد کیلومتر می باشد. اگر طول این بیس لاین ها به چند هزار کیلومتر برسد، مقدار خطا تا یک چهارم طول موج مورد نظر نیز خواهد رسید. یعنی برای سیگنال L1 به 5 سانتی متر و برای سیگنال L5 به بیش از 6 سانتی متر می رسد.
  • تمامی روابط بالا برای حالت امواج پلاریزه شده دست راستی یا right-hand circularly polarized – RHCP نوشته شده است. باید به این نکته توجه کرد که تمامی امواج موجود در GNSS از نوع دست راستی نیستند. تعدادی از آن ها نیز از نوع دست چپی LHCP می باشند. این تفاوت برای کاربران روی سطح زمین و یا نزدیک سطح زمین ( ماهواره های LEO) در نظر گرفته نمی شود.
Phase Wind-Up
امواج پلاریزه شده دست راستی – RHCP

در تصویر زیر تاثیر اعمال خطای Phase Wind-Up بر روی یک ایستگاه که به صورت کینماتیک برداشت شده است را مشاهده می کنید. تصویر اول مربوط به تاصیر در پارامترهای مسطحاتی و تصویر دوم مربوط به پارامتر ازتفاعی می باشد. اطلاعاتی که با رنگ آبی مشخص شده اند مربوط به مختصات ایستگاه بعد از اعمال تصحیحات مربوط به Phase Wind-Up می باشد و اطلاعات قرمز رنگ مختصات ایستگاه بدون در نظر گرفتن تصحیح Phase Wind-Up است.

Phase Wind-Up
تاثیر اعمال تاثیرات مربوط به Phase Wind-Up بر روی مولفه های مسطحاتی
Phase Wind-Up
تاثیر اعمال تاثیرات مربوط به Phase Wind-Up بر روی مولفه ارتفاعی

همان طور که در روابط بالا مشاهده می کنید، برای محاسبه خطای Phase Wind-Up، نیاز به داشتن اطلاعاتی درباره مدل های توجیه ماهواره های داریم. برای آشنایی با مدل های مورد استفاده در سیستم های کنترل توجیه ماهواره ای GNSS می توانید به تز کازشناسی ارشد من در صفحه ResearchGate مراجعه کنید.


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 *