006 gps载波相位测量

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1、第六章GPS载波相位测量主讲人:张海涛内容载波相位测量原理载波重建技术差分定位6.1载波相位观测原理测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。由于载波的波长远小于码长，C/A码码元宽度293m，P码码元宽度29.3m，而L1载波波长为19.03cm，L2载波波长为24.42cm，在分辨率相同的情况下，L1载波的观测误差约为2.0mm，L2载波的观测误差约为2.5mm。而C/A码观测精度为2.9m，P码为0.29m。载波相位观测是目前最精确的观测方法。通过码相位观测或载波相位观测所确定

2、的站星距离都不可避免地含有卫星钟与接收机钟非同步误差的影响，含钟差影响的距离通常称为伪距。由码相位观测所确定的伪距简称测码伪距，由载波相位观测所确定的伪距简称为测相伪距。载波测距GPS载波相位测量的基本原理理想情况实际情况载波相位观测值观测值整周计数整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，存在整周不确定性问题。此外，在接收机跟踪GPS卫星进行观测过程中，常常由于接收机天线被遮挡、外界噪声信号干扰等原因，还可能产生整周跳变现象。有关整周不确定性问题，通

3、常可通过适当数据处理而解决，但将使数据处理复杂化。1)载波相位测量的观测方程假设以理想的GPS时为准，卫星sj在历元tj(GPS)发射的载波信号相位为j[tj(GPS)]，而接收机在历元ti(GPS)的参考载波相位为i[ti(GPS)]，则其相位差为ij[t(GPS)]=i[ti(GPS)]-j[tj(GPS)]。对于稳定度良好的震荡器，相位与频率的关系可表示为(t+t)=(t)+ft。设fi、fj分别为接收机震荡器的固定参考频率和卫星载波信号频率，且fi=fj=f，则i[ti(GPS)]=j[tj(G

4、PS)]+f[ti(GPS)-tj(GPS)]ij[t(GPS)]=i[ti(GPS)]-j[tj(GPS)]=fijij=ti(GPS)-tj(GPS)是卫星钟与接收机钟同步的情况下，卫星信号的传播时间，与卫星信号的发射历元及该信号的接收历元有关。由于卫星信号的发射历元一般是未知的，为了实际应用，需根据已知的观测历元来分析信号的传播时间。假设ij[ti(GPS),tj(GPS)]为站星之间的几何距离，在忽略大气折射影响后有ij=ij[ti(GPS),tj(GPS)]/c由于tj(GPS)=ti(GPS

5、)-ij，将上式按级数展开得上式中二次项影响很小可忽略，并考虑接收机的钟差，可得以观测历元ti为根据的表达式：上式的计算可采用迭代法，并略去二次项如果顾及大气折射影响，则卫星信号的传播时间最终表达为2)钟差改正不同卫星钟和接收机钟都不可避免地含有钟差影响，且大小各异。在处理多测站多历元对不同卫星的同步观测结果时，必须采取统一的时间标准。根据前述分析，可得卫星发射信号相位为j(tj)与接收机参考信号相位为i(ti)之间的相位差ij[ti]=ij[t(GPS)]+f[ti(ti)-tj(ti)]，进而有ij[t

6、i]=fij+f[ti(ti)-tj(ti)]，将ij代入，略去下标，得观测历元t为根据的载波信号相位差：由于载波相位测量只能测定不足一整周的小数部分，如果假定ij(t0)为相应某一起始观测历元t0相位差的小数部分，Nij(t0)为相应起始观测历元t0载波相位差的整周数，于观测历元t0时的总相位差为ij(t0)=ij(t0)+Nij(t0)。当卫星于历元t0时被跟踪锁定后，载波相位变化的整周数便被自动计数，对其后任一观测历元t的总相位差为ij(t)=ij(t)+Nij(t－t0)+Nij(t0)Ni

7、j(t－t0)表示从某一起始观测历元t0至历元t之间的载波相位整周数（已知量）3)整周计数如果取ij(t)＝ij(t)+Nij(t－t0)，则ij(t)=ij(t)+Nij(t0)或ij(t)=ij(t)-Nij(t0)。ij(t)是载波相位的实际观测量。如图t1地球Tit0t2ij(t0)ij(t1)ij(t2)Nij(t0)Nij(t0)Nij(t0)Nij(t0)一般是未知的，通常称为整周未知数（整周待定值或整周模糊度）。一个整周的误差会引起19cm－24cm的距离误差。如何准确确定整周未知数，是

8、利用载波相位观测量进行精密定位的关键。对于同一观测站和同一卫星，Nij(t0)只与起始观测历元t0有关，在历元t0到t的观测过程中，只要跟踪的卫星不中断（失锁），Nij(t0)就保持为一个常量。载波相位的观测方程如下：考虑关系式=c/f，可得测相伪距观测方程：上式中上标•项对伪距的影响为