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1、GPS載波相位測量2.1綜述GPS測姿定向技術就是利用GPS接收機對載體（GPS天線的負載平臺）的姿態(tài)進行測量。其原理是通過GPS天線接收機GPS衛(wèi)星信號，測量不同天線的相對位置在當?shù)厮阶鴺讼抵械谋硎?，并結(jié)合天線在載體坐標系中的已知安裝關系，確定出載體坐標系相對當?shù)厮阶鴺讼档淖藨B(tài)。GPS測量技術一般來講包括以下三類：偽距測量技術、載波相位測量技術和多普勒測量技術。由于GPS載波頻率高（其兩種載波頻率分別為、）、波長短（、），相對于偽距測量而言，載波相位測量具有很高的距離測量精度（毫米級），并且具有很高的相對定位精度，因而GPS測姿通常采用載波
2、相位測量技術。載波相位觀測量是測定GPS接收機所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機振蕩器產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。載波相位觀測量理論上是GPS信號在接收時刻的瞬時載波相位值。但實際上是無法直接測量出任何信號的瞬時載波相位值，測量接收到的是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。GPS信號被接收機接收后，首先進行偽隨機碼的延時鎖定，即實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤。一旦跟蹤成功，接收機的本地偽隨機碼就與衛(wèi)星的偽隨機碼嚴格對齊，給出偽距觀測量。之后利用鎖相環(huán)實現(xiàn)相位的鎖定，鎖相后接收機本地信號相位與GPS載波信號相位相同，此時接收機本地信
3、號相位與初始相位的差即為載波相位觀測量。2.2載波相位測量定位圖2-1載波相位測量示意圖Figure2-1sketchmapofcarrierphasemeasuring如圖2-1所示，某一衛(wèi)星在時刻發(fā)出相位為的載波信號，經(jīng)過一段傳輸距離被接收機接收，此時載波相位為，在由衛(wèi)星至接收機傳輸距離上的相位變化為。包括載波相位的整周數(shù)和不足一周的小數(shù)部分。測定之后，則衛(wèi)星到接收機的距離可以表示為：其中：為GPS載波信號的波長；為載波相位的整周數(shù)；為載波相位中不足一周的小數(shù)部分。實際測量中，衛(wèi)星發(fā)出的載波相位是無法測量的，因此接收機振蕩器便產(chǎn)生一個與衛(wèi)星載
4、波信號完全相同的參考信號，該參考信號相位等于載波信號的相位。GPS接收機得到的載波相位實際上就是接收機接收到的載波信號與本振參考信號的相位差（如圖2-2所示）。這一段改一下？圖2-2載波相位測量原理示意圖Figure2-1sketchmapoftheprincipleofcarrierphasemeasuring在初始觀測時刻，測量的相位差為：式中，為在時刻接收機的本振參考信號的載波相位值；為接收機在時刻所接收到的衛(wèi)星的載波信號相位值；為初始觀測時刻的載波整周數(shù)，它是一個待定的未知數(shù)，成為初始整周模糊度，以為單位。這一段改一下？初始測量之后，接收
5、機對衛(wèi)星信號的整周相位變化可以連續(xù)進行測量，如圖2-3所示。在以后的，，各個時刻，可以測得不足一周的小數(shù)部分，也可以測定的至任一時刻時刻的整周數(shù)。圖2-3信號的相位測量Figure2-3phasemeasurementofthesignal則接收機在時刻觀測衛(wèi)星，其相位觀測量為：在GPS時間系統(tǒng)時刻，接收機接收到衛(wèi)星于某一時刻發(fā)出的相位事件，該信號的傳播延遲時間。也就是說，接收機在時刻所接收到的相位，是衛(wèi)星在時刻的相位（或接收機參考信號在時刻的相位），即：考慮接收機時鐘和衛(wèi)星時鐘相對GPS系統(tǒng)時之間的鐘差，有：式中，和分別為衛(wèi)星時鐘和接收機時鐘的
6、鐘面時刻，根據(jù)上面兩個式（），可以得到時刻載波相位觀測量：式中，為觀測時刻整周數(shù)。對于衛(wèi)星和接收機的時鐘，其振蕩頻率穩(wěn)定良好，所以信號的相位變化與時間的關系可以表示為：式中，表示頻率，以周為單位。根據(jù)上兩式（），式（）可以改寫為：考慮傳播延遲時間中包含有電離層和對流層的影響和，則：式中，為電磁波傳播速度，為接收機到衛(wèi)星之間的幾何距離，帶入式（）可以得到接收機對衛(wèi)星的載波相位測量方程：
