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1、第六章GPS載波相位測量主講人:張海濤內(nèi)容載波相位測量原理載波重建技術(shù)差分定位6.1載波相位觀測原理測量接收機接收到的具有多普勒頻移的載波信號，與接收機產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。由于載波的波長遠小于碼長，C/A碼碼元寬度293m，P碼碼元寬度29.3m，而L1載波波長為19.03cm，L2載波波長為24.42cm，在分辨率相同的情況下，L1載波的觀測誤差約為2.0mm，L2載波的觀測誤差約為2.5mm。而C/A碼觀測精度為2.9m，P碼為0.29m。載波相位觀測是目前最精確的觀測方法。通過碼相位觀測或載波相位觀測所確定
2、的站星距離都不可避免地含有衛(wèi)星鐘與接收機鐘非同步誤差的影響，含鐘差影響的距離通常稱為偽距。由碼相位觀測所確定的偽距簡稱測碼偽距，由載波相位觀測所確定的偽距簡稱為測相偽距。載波測距GPS載波相位測量的基本原理理想情況實際情況載波相位觀測值觀測值整周計數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）載波相位觀測值載波相位觀測的主要問題：無法直接測定衛(wèi)星載波信號在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問題。此外，在接收機跟蹤GPS衛(wèi)星進行觀測過程中，常常由于接收機天線被遮擋、外界噪聲信號干擾等原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。有關(guān)整周不確定性問題，通
3、?？赏ㄟ^適當數(shù)據(jù)處理而解決，但將使數(shù)據(jù)處理復(fù)雜化。1)載波相位測量的觀測方程假設(shè)以理想的GPS時為準，衛(wèi)星sj在歷元tj(GPS)發(fā)射的載波信號相位為?j[tj(GPS)]，而接收機在歷元ti(GPS)的參考載波相位為?i[ti(GPS)]，則其相位差為?ij[t(GPS)]=?i[ti(GPS)]-?j[tj(GPS)]。對于穩(wěn)定度良好的震蕩器，相位與頻率的關(guān)系可表示為?(t+?t)=?(t)+f?t。設(shè)fi、fj分別為接收機震蕩器的固定參考頻率和衛(wèi)星載波信號頻率，且fi=fj=f，則?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)是衛(wèi)星鐘與接收機鐘同步的情況下，衛(wèi)星信號的傳播時間，與衛(wèi)星信號的發(fā)射歷元及該信號的接收歷元有關(guān)。由于衛(wèi)星信號的發(fā)射歷元一般是未知的，為了實際應(yīng)用，需根據(jù)已知的觀測歷元來分析信號的傳播時間。假設(shè)?ij[ti(GPS),tj(GPS)]為站星之間的幾何距離，在忽略大氣折射影響后有??ij=?ij[ti(GPS),tj(GPS)]/c由于tj(GPS)=ti(GPS
5、)-??ij，將上式按級數(shù)展開得上式中二次項影響很小可忽略，并考慮接收機的鐘差，可得以觀測歷元ti為根據(jù)的表達式：上式的計算可采用迭代法，并略去二次項如果顧及大氣折射影響，則衛(wèi)星信號的傳播時間最終表達為2)鐘差改正不同衛(wèi)星鐘和接收機鐘都不可避免地含有鐘差影響，且大小各異。在處理多測站多歷元對不同衛(wèi)星的同步觀測結(jié)果時，必須采取統(tǒng)一的時間標準。根據(jù)前述分析，可得衛(wèi)星發(fā)射信號相位為?j(tj)與接收機參考信號相位為?i(ti)之間的相位差?ij[ti]=?ij[t(GPS)]+f[?ti(ti)-?tj(ti)]，進而有?ij[t
6、i]=f??ij+f[?ti(ti)-?tj(ti)]，將??ij代入，略去下標，得觀測歷元t為根據(jù)的載波信號相位差：由于載波相位測量只能測定不足一整周的小數(shù)部分，如果假定??ij(t0)為相應(yīng)某一起始觀測歷元t0相位差的小數(shù)部分，Nij(t0)為相應(yīng)起始觀測歷元t0載波相位差的整周數(shù)，于觀測歷元t0時的總相位差為ij(t0)=??ij(t0)+Nij(t0)。當衛(wèi)星于歷元t0時被跟蹤鎖定后，載波相位變化的整周數(shù)便被自動計數(shù)，對其后任一觀測歷元t的總相位差為?ij(t)=??ij(t)+Nij(t－t0)+Nij(t0)Ni
7、j(t－t0)表示從某一起始觀測歷元t0至歷元t之間的載波相位整周數(shù)（已知量）3)整周計數(shù)如果取?ij(t)＝??ij(t)+Nij(t－t0)，則?ij(t)=?ij(t)+Nij(t0)或?ij(t)=?ij(t)-Nij(t0)。?ij(t)是載波相位的實際觀測量。如圖t1地球Tit0t2?ij(t0)?ij(t1)?ij(t2)Nij(t0)Nij(t0)Nij(t0)Nij(t0)一般是未知的，通常稱為整周未知數(shù)（整周待定值或整周模糊度）。一個整周的誤差會引起19cm－24cm的距離誤差。如何準確確定整周未知數(shù)，是
8、利用載波相位觀測量進行精密定位的關(guān)鍵。對于同一觀測站和同一衛(wèi)星，Nij(t0)只與起始觀測歷元t0有關(guān)，在歷元t0到t的觀測過程中，只要跟蹤的衛(wèi)星不中斷（失鎖），Nij(t0)就保持為一個常量。載波相位的觀測方程如下：考慮關(guān)系式?=c/f，可得測相偽距觀測方程：上式中上標?項對偽距的影響為
