天线文件(.atx)格式解析
在介绍天线(antenna)文件前,需要了解一下几个关键的概念:天线相位参考中心(Antenna Reference Point, APC)、瞬时相位中心(IPC)、平均相位中心(Mean Phase Center, MPC),以及质心(Center of Mass, CoM)。
表1 相位中心有关概念
| 天线相位参考中心(APC) | 定义在天线物理结构上(通常是天线底座底面中心、螺纹安装面中心点),属于机械几何基准,出厂即为固定点; |
| 瞬时相位中心 | 信号入射角度不同,相位接收点位置各不相同,相位中心时刻变化; |
| 平均相位中心(MPC) | 把所有高度角、所有方位角对应的瞬时相位中心做三维坐标算术平均,得到的唯一等效定点,就是 MPC。 |
其中,平均相位中心相对于天线相位中心的三维位置偏差称作相位中心偏移(Phase Center Offset, PCO),由于高度角和方位角的变化,瞬时相位中心相对平均相位中心的视线方向存在一定偏差,表示为沿卫星入射视线的一维距离改正,即天线相位中心变化(Phase Center Variation,PCV)。
由此可知,三者之间的转换关系如下:
一、ATX 文件概述与用途
天线文件,通常以.atx为扩展名,是一种用于描述天线性能参数和特性的数据文件格式。在导航定位中,它主要提供 卫星、接收机两端的PCO+PCV 参数,用于统一坐标基准,并且逐卫星补偿固定偏移与角度相关相位偏差,是毫米级精密定位(基线、PPP、地壳形变、CORS)不可或缺的核心改正数据源。
在我们对比精密星历和广播星历时,绕不开天线相位的改正。精密星历SP3文件所提供的卫星位置是以卫星质心作为参考点的,广播星历文件中提供的轨道参数计算出的卫星位置是以相位中心作为参考点的,两者之间的坐标比较分析,就需要统一基准,在这一过程中,天线文件就发挥了至关重要的作用。
二、ATX 文件命名规范
根据International GNSS Service(IGS)组织的格式文件说明,Antenna文件的命名格式如下所示:
mmmmm_wwww.atx示例与解析:
igs20_2425.atx
一般只需要关注后面的2425,它表示GPS周。
三、ATX 文件内容结构(头文件部分)
一个典型的 ATX 文件通常由文件头(Header)和数据体(Data Body)两部分组成。文件头包含了文件的元数据和全局定义,是理解整个文件的基础。
下面以一个简化的 ATX 文件头示例进行解析:
图1 ATX文件头部信息
文件开头是显示ATX文件的版本(1.4),以及GNSS系统类型(Mixed),还包括 'G': GPS | 'R': GLONASS | 'E': Galileo | 'C': Compass | 'J': QZSS | 'S': SBAS |。
第二行中分别表示PCV的类型:'A':绝对值,无外部参考天线,直接表示天线 ARP 到瞬时相位中心的真实绝对路径差;'R':把待测天线和一台标准参考天线(REFANT,默认 AOAD/M_T) 并排对比测量,得到两者 PCV 差值,即文件中的PC0/PCV表示为 待测天线 与 参考天线 的差值;
(注:头文件中其他部分不是经常用到,因此不再此处详细说明,当看到End of Header时,就说明即将进入数据块的读取)
四、ATX 文件内容结构(数据块部分)
天线数据部分可以分为接收机以及卫星两部分,每一部分均以Start of Antenna开篇,以End of Antenna结尾。以卫星天线部分为例,如下所示:
图2 卫星天线部分信息
表2 数据块主要内容
| TYPE / SERIAL NO | 卫星型号+载波频点代号 + PRN 序列号 |
| DAZI | Delta Azimuth,即方位角采样间隔(单位:°),0表示该卫星天线 PCV 仅随天顶角变化,不随方位角变化(全方位对称);一般取值为5°,方位角范围为0~360°,共73个数值 |
| ZEN1 / ZEN2 / DZEN | 天顶角采样网格范围(单位:度),ZEN1表示最小高度角,ZEN2表示最大高度角,DZEN表示采样间隔, eg. 0.0 17.0 1.0,说明区间[0 , 17],高度角以1°间隔采样,共18个数值 |
| OF FREQUENCIES | 频点数量,该卫星提供 2 个频点 |
| VALID FROM | 这组参数有效起始时间 |
| VALID UNTIL | 这组参数有效截止时间 |
| START OF FREQUENCY | 表示第一个频率数据块开始的标志,eg.G01 表示L1波段,END OF ANTENNA表示对应结束标志 |
| NORTH / EAST / UP | 天线相位中心偏移量(PCO) |
由图中可以看到,还有一行数据是以NOAZI开头的,表示天线方位对称,因为无方位相关改正,只输出一组天顶角序列,共18个数值,刚好对应所采样的高度角集合。当DAZI取值不为0时(以5°为例),NOAZI部分对应格网数量为73 x 18 = 1314 个。
TYPE / SERIAL NO中的第二个参数取值情况如下图所示,指代频率信号:
图3 频点信息
五、总结
.atx 文件作为天线数据交换的事实标准,在导航定位中起到至关重要的作用,了解其主要内容有助于我们实现基准转换、设计文件读取程序等实验,为后续学习与开发奠定基础。