卫星载波相位定位原理
卫星载波相位定位原理
卫星载波相位定位原理GPS系统是由一组在地球轨道上运行的卫星和地面控制站组成的。
这些卫星发射无线信号，接收器通过测量这些信号的到达时间来计算自身与卫星的距离，进而确定其位置。
在卫星载波相位定位中，接收器不仅测量信号的到达时间，还通过测量信号的相位差来获取更加精确的位置信息。
相位差是指两个信号到达接收器的时间差，或者说是两个信号的相位差。
这种相位差是由于信号在传播过程中经历的多径传播、大气延时等因素引起的。
具体来说，卫星载波相位定位原理基于以下几个关键步骤：1.接收器接收到来自多个卫星的信号。
每个卫星都发射由其精确时钟产生的载波信号，该信号包含卫星的位置和时间信息。
2.接收器测量每个卫星信号的到达时间。
通过测量信号的到达时间，并与卫星发射信号的发送时间相减，可以计算出接收器与每个卫星之间的距离。
3.接收器测量每个卫星信号的相位差。
接收器通过测量信号的相位差，来获取不同卫星之间的相对距离差。
这个相对距离差可以用来计算接收器相对于每个卫星的精确位置。
4.使用三角测量方法计算接收器的位置。
根据接收器与至少四个卫星的距离差和相对位置关系，可以使用三角测量方法计算出接收器的精确位置。
这个计算过程使用了卫星的位置和时间信息。
然而，卫星载波相位定位原理也存在一些挑战和限制。
首先，由于信号的相位差非常小，测量过程更加复杂且需要更高的精确度。
其次，大气延时和多径传播等影响因素会引起信号的相位差变化，需要进行相关的校正和误差修正。
最后，要求接收器具备较高的性能和计算能力，以处理复杂的信号处理和数据计算。
总体来说，卫星载波相位定位原理是一种精确度更高的定位技术，可以满足对位置精度要求较高的应用需求。
随着技术的不断发展，相信其在未来会有更广泛的应用。
gnss载波相位差分原理
gnss载波相位差分原理GNSS（全球导航卫星系统）载波相位差分是一种高精度的定位技术，它利用卫星信号的载波相位信息来计算接收机的位置。
下面将详细介绍GNSS载波相位差分的原理。
一、GNSS信号的载波相位GNSS信号是由卫星发射的电磁波组成的，其中包含了载波信号和调制信号。
载波信号是一种高频振荡信号，它的频率非常稳定，一般在1.2GHz左右。
载波信号的相位是一个连续变化的值，它的变化速度与载波频率成正比。
二、载波相位差分的原理GNSS载波相位差分的原理是利用两个接收机接收同一颗卫星发射的信号，并测量它们之间的载波相位差。
由于两个接收机之间的距离非常近，所以它们接收到的信号的相位差几乎只受到大气延迟和接收机硬件误差的影响，而与卫星位置无关。
因此，通过测量两个接收机之间的载波相位差，可以消除大气延迟和接收机硬件误差的影响，从而得到非常高精度的定位结果。
三、载波相位差分的实现为了实现载波相位差分，需要满足以下几个条件：1. 两个接收机必须同时接收同一颗卫星发射的信号。
2. 两个接收机之间的距离必须足够近，一般在几十米到几千米之间。
3. 两个接收机必须能够相互通信，以便将测量结果传输到主控制中心进行计算。
在实际应用中，通常采用基站和移动站的方式来实现载波相位差分。
基站是一个固定的接收机，它的位置已知，并且能够与移动站进行通信。
移动站是一个移动的接收机，它的位置需要测量。
基站和移动站同时接收同一颗卫星发射的信号，并测量它们之间的载波相位差，然后将测量结果传输到主控制中心进行计算，最终得到移动站的位置。
总之，GNSS载波相位差分是一种高精度的定位技术，它利用卫星信号的载波相位信息来计算接收机的位置。
通过消除大气延迟和接收机硬件误差的影响，可以得到非常高精度的定位结果。
载波相位定位的基本原理
载波相位定位的基本原理一、基本原理载波相位定位是一种利用无线信号的相位差来计算位置的定位技术。
在定位系统中，至少需要三个以上的基站或卫星来发送信号，接收器通过测量不同信号之间的相位差来计算自身的位置。
具体来说，载波相位定位利用的是信号传播速度不同导致的相位差。
当信号从基站或卫星发射后，经过一段距离后被接收器接收到。
由于传播速度的差异，接收到的信号相位会有所不同。
通过测量这些相位差，可以计算出接收器与基站或卫星之间的距离差，从而确定接收器的位置。
二、应用载波相位定位在许多领域都有广泛的应用。
1.全球定位系统（GPS）：GPS是最常见的载波相位定位应用之一。
GPS系统中的卫星作为基站，向接收器发送信号，接收器通过测量不同卫星信号的相位差来计算自身的位置。
2.无线通信定位：在无线通信系统中，可以利用载波相位定位来实现移动设备的定位。
通过测量与多个基站之间的相位差，可以计算出移动设备的位置，从而实现无线定位服务。
3.室内定位：在室内环境中，卫星信号可能受到遮挡和多径效应的影响，导致定位精度下降。
此时可以利用载波相位定位来弥补这些不足，提高室内定位的精度和可靠性。
三、局限性尽管载波相位定位在许多应用中表现出色，但仍存在一些局限性。
1.复杂性：载波相位定位的实现较为复杂，需要高精度的时钟同步和信号处理算法。
这增加了系统的复杂性和成本。
2.多径效应：在复杂的环境中，信号可能经历多条路径传播到达接收器，导致信号相位受到干扰和失真。
这会降低定位的精度和可靠性。
3.信号强度：载波相位定位对信号强度要求较高，当信号强度较弱时，定位的精度会受到影响。
4.可见性：载波相位定位需要接收器能够同时接收到多个基站或卫星的信号。
在一些地理环境复杂的区域，如高楼、山区等，可能会导致基站或卫星信号的可见性受到限制。
载波相位定位利用信号的相位差来计算位置，具有广泛的应用前景。
然而，由于其复杂性和局限性，仍需进一步研究和技术改进，以提高定位的精度和可靠性，满足各种应用场景的需求。
定位rtk原理
定位rtk原理今天咱们来唠唠定位RTK这个超酷的东西。
你可能在一些工程啊，测绘之类的场景里听到过它的大名。
RTK呢，全称是实时动态载波相位差分技术。
这名字听起来是不是有点绕口？没关系，咱把它拆开了看就没那么复杂啦。
先说说定位这事儿。
咱们平常导航的时候，手机也能给咱定位，但是那个精度和RTK比起来呀，就差远喽。
RTK的定位就像是一个超级精确的小侦探，它能准确地知道自己在地球上的位置。
这背后的原理呢，和卫星有很大的关系。
天上的卫星就像是挂在天上的灯塔，不停地向地球发送信号。
这些信号就包含了卫星自己的位置信息还有时间信息呢。
咱们的RTK设备就像一个超级灵敏的耳朵，在接收这些卫星信号。
那载波相位又是啥呢？你可以把它想象成是卫星信号的一种特殊的节奏。
就像音乐有节拍一样，卫星信号也有自己的“节拍”，这个节拍就是载波相位。
RTK设备接收到卫星信号的载波相位之后，就开始进行它的魔法啦。
差分技术就是RTK的另一个神奇之处。
你想啊，卫星信号在从太空传到地球的过程中，会受到好多东西的干扰，比如说大气层啊，周围的建筑物啊之类的。
这就会让信号有点偏差。
差分技术就像是一个纠错小能手。
它会在一个已知精确位置的基准站也接收卫星信号，这个基准站就像是定位的标准参照。
基准站发现卫星信号因为干扰产生的偏差之后呢，就会把这个偏差信息发送给流动站（也就是我们要进行精确定位的设备）。
流动站收到这个偏差信息之后，就可以把自己接收到的卫星信号进行修正啦，这样一来，定位的精度就超级高啦。
你知道RTK能精确到什么程度吗？在一些好的情况下，能精确到厘米级呢！这对于那些需要高精度定位的工作来说，简直就是神器。
比如说建大桥的时候，工程师们要知道桥墩的准确位置，差一点都不行，这时候RTK就闪亮登场啦。
还有那些测绘员，在绘制地图的时候，用RTK就能把地形地貌精确地测量出来。
而且呀，RTK在农业方面也开始大展身手了呢。
现在有那种智能农业设备，用RTK 定位，可以准确地知道每一块农田的位置，播种的时候能精确到每一行每一列，施肥、浇水也能做到精准投放，就像给每一株农作物都安排了一个专属的小管家。
卫星载波相位定位原理
卫星载波相位定位原理卫星载波相位定位原理在全球定位系统（GPS）中扮演着重要的角色。
当使用GPS接收器定位时，它通常会同时接收来自多颗卫星的信号。
通过测量这些信号的相位差异，可以计算出接收器的位置。
以下是卫星载波相位定位原理的详细解释。
多颗卫星接收意味着GPS接收器同时接收来自多颗卫星的信号。
GPS系统中有多颗工作卫星，它们沿着不同的轨道绕地球运行。
这些卫星不断地发射射频信号，其中包含有关卫星位置和时间的信息。
当GPS接收器接收到来自至少四颗卫星的信号时，它可以使用三角测量原理来计算出接收器的位置。
通过测量信号从卫星到接收器的时间差，可以计算出接收器与每个卫星之间的距离。
因为每个卫星的位置已知，通过使用至少三颗卫星的信号，可以将接收器的位置定位在三维空间中。
然而，这种方法有一个困难之处，即要测量到信号的时间差异十分困难。
这是因为信号的传输速度非常快，约为光速的299,792,458米/秒。
因此，只有精确测量信号到达接收器的时间差，才能获得准确的定位信息。
这就引出了卫星载波相位测量。
在卫星导航系统中，信号可以分为码片和载波两个部分。
码片信号用于测量时间差异，但精度有限。
而载波信号的波长非常短，可以达到厘米级的精度。
如果能够测量到载波信号的相位差异，就可以获得非常高精度的定位信息。
卫星载波相位测量需要GPS接收器和卫星之间的高精度时间同步。
接收器通过比较接收到的载波信号和本地产生的参考信号的相位差异来测量。
为了实现这个目标，GPS接收器会使用精密的时钟来产生参考信号，并使用接收到的码片信号来同步这个本地时钟。
在进行相位差测量时，一个基本的原则是，在一个波长内要有足够的相位差异。
为了实现这一点，信号需要经过连续的信号积累过程，即将多个信号周期的观测结果平均。
通过这种方式，可以达到测量相位差异的目的。
通过测量载波信号的相位差异，GPS接收器可以计算出接收器与每个卫星之间的距离差异，并进一步计算出接收器的位置。
卫星载波相位定位原理
卫星载波相位定位原理GPS系统由至少四颗卫星组成，这些卫星在地球轨道上分布，提供信号用于接收器进行定位。
当接收器接收到卫星的信号时，它会提取载波信号并将其与本地参考信号进行比较。
这种比较产生一个相位差，表示了卫星信号在传送过程中所经历的相位变化。
卫星载波相位定位的原理是基于光速恒定的性质。
电磁波在真空中以光速传播，而GPS信号是电磁波的一种形式。
因此，通过测量载波信号的相位差，我们可以计算出信号在传播过程中所经历的时差。
由于光速是已知的，我们可以将时差转换为距离。
实际上，卫星载波相位定位是一种非常精确的定位技术。
相位差的测量可以精确到纳秒级别，从而使得距离计算的精度非常高。
然而，由于信号在传播过程中可能会受到大气和其他影响因素的影响，因此我们需要进行一些校正以获得更准确的距离测量结果。
为了进行校正，GPS系统引入了一个概念称为“伪距”。
伪距是指从接收器到卫星的实际距离，但未考虑大气和其他因素的影响。
通过比较伪距和载波相位差，我们可以估计出这些影响因素，并将其纳入距离计算中，从而提高测量精度。
卫星载波相位定位的精度还取决于接收器的性能。
现代GPS接收器使用高精度的时钟和复杂的信号处理算法来减小误差，并提供更准确的定位结果。
此外，多颗卫星的使用可以进一步提高定位的精度和可靠性，因为多个信号可以提供更多的信息用于校正。
总的来说，卫星载波相位定位是一种基于测量载波信号的相位差来计算距离的定位技术。
它通过测量相位差和比较伪距来提供高精度的定位结果。
随着接收器和系统的不断改进，卫星载波相位定位在许多领域中得到了广泛应用，包括导航、地质勘探、农业和测绘等。
rtk定位原理
rtk定位原理
RTK定位原理。
RTK（Real Time Kinematic）是一种高精度的实时动态定位技术，它利用卫星
信号和测量基站的数据，可以实现厘米级甚至毫米级的精准定位。
RTK定位原理
主要包括卫星信号接收、数据处理和误差校正三个方面。
首先，RTK定位的基础是卫星信号接收。
GPS、GLONASS、北斗等卫星系统
发射的信号被接收设备接收后，通过解算和处理，可以得到接收器与卫星之间的距离。
这些距离信息将被用于后续的定位计算。
其次，数据处理是RTK定位原理中的关键环节。
接收到的卫星信号和基站数
据将被送入RTK定位算法进行处理，通过多频观测数据的模糊度解算，可以得到
非常高精度的位置信息。
RTK定位算法的核心是基于载波相位的测距原理，通过
解算卫星信号的载波相位，可以实现厘米级的精准定位。
最后，误差校正是保证RTK定位精度的重要环节。
由于大气延迟、多路径效应、钟差等因素的影响，卫星信号的传播会引入一定的误差。
为了消除这些误差，RTK系统需要借助基站数据进行差分校正，将基站的精确位置信息和接收器测得
的距离信息进行比对和校正，从而实现高精度的动态定位。
总的来说，RTK定位原理是基于卫星信号接收、数据处理和误差校正三个方面的技术。
通过这些环节的协同作用，RTK技术可以实现高精度、实时的动态定位，广泛应用于测绘、地理信息、航空航天、农业等领域，为各行业的精准定位需求提供了重要的技术支持。
通俗易懂的载波相位测量方法讲解
通俗易懂的载波相位测量方法讲解
载波相位测量是一种利用GPS信号来确定两个同步观测站之间位置差的技术。
以下是对其通俗易懂的解释：
1. 了解GPS信号：GPS卫星发射的信号包含有特定的载波频率，当这些信号被地面接收机捕获后，接收机可以测量出信号的相位。
2. 测量载波相位：载波相位指的是信号波峰或波谷在特定时间点的位置。
接收机通过精确测定这些波峰或波谷到达的时间，可以计算出信号传播的距离。
3. 确定观测站间距离：通过比较两个观测站接收到同一GPS信号的相位差异，可以精确计算出这两个站点之间的距离差，这个过程通常称为基线向量解算。
4. 使用差分观测值：为了提高测量精度，实际应用中常采用差分GPS技术，即比较两个不同接收机对同一个卫星信号的相位测量值。
这种方法可以有效消除或减小误差，得到更精确的测量结果。
5. 获得坐标差：最终，通过一系列的计算和数据处理，可以获得两个观测站之间的三维坐标差，这就是载波相位测量的直接成果。
总之，载波相位测量方法因其高精度的特点，广泛应用于地质调查、地震监测、精密农业等领域。
通过这种技术，科学家们能够以厘米级甚至毫米级的精度来测量地表的微小变化。
5.3 载波相位测量
《GPS 定位原理及应用》授课教案第五章 GPS 卫星定位基本原理5.3 载波相位测量定义：载波相位观测值：载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。
整周模糊度：可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度。
5.3.1 载波相位测量原理载波信号量测精度优于波长的1/100，载波波长（L1=19cm, L2=24cm ）比C/A 码波长 (C/A=293m)短得多，所以GPS 测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A 码或P 码）定位高得多的成果精度。
5.3.2 载波相位测量的观测方程载波相位基本观测方程： 时刻相位观测值）（（初始相位观测值）it Int JN i t j k i t j k i t j k J N t j k )(0)()()(00)0(ϕϕϕϕ++-=Φ+∆=Φ考虑电离层、对流层、钟差影响有：12()() (5-18)jjjk i k i tj tk k f f f t t f f N cccρδδδρδρΦ=+---+5.3.3 整周跳变修复整周跳变：卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁，计数器无法连续计数，当信号重新被跟踪后，使整周计数不正确，但不到一整周的相位观测值仍是正确的。
这种现象称为周跳。
整周跳变的探测与修复常用的方法有下列几种： 1. 屏幕扫描法此种方法是由作业人员在计算机屏幕前依次对每个站、每个时段、每个卫星的相位观测值变化率的图像进行逐段检查，观测其变化率是否连续。
如果出现不规则的突然变化时，就说明在相应的相位观测中出现了整周跳变现象。
然后用手工编辑的方法逐点、逐段修复。
2. 用高次差或多项式拟合法此种方法是根据有周跳现象的发生将会破坏载波相位测量的观测值Int(ψ)+Δψ随时间而有规律变化的特性来探测的。
载波相位测量原理
GPS 精密定位载波相位测量原理由于载波的波长远小于码的波长，所以在分辨率相同的情况下，载波相位的观测精度远较码相位的观测精度为高。
例如，对载波L1而言，其波长为19cm ，所以相应的距离观测误差约为2mm ；而对载波L2的相应误差约为2．5mm 。
载波相位观测是目前最精确最高的观测方法，它对精密定位上作具有极为重要的意义。
但载波信号是一种周期性的正弦信号，而相位测量又只能测定其不足一个波长的部分，因而存在着整周不确定性问题，使解算过程比较复杂。
由于GPS 信号已用相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文，所以收到的载波的相位已不再连续(凡是调制信号从0变1或从1变0时，载波的相位均要变化1800)。
所以在进行载波相位测量以前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取或波。
这一工作称为重建载波。
一、 重建载波恢复载波一般可采用两种方法：码相关法和平方法。
采用码相关法恢复载波信号时用户还可同时提取测距信号和卫星电文。
但采用这种方法时用户必须知道测距码的结构(即接收机必须能产生结构完全相同的测距码)。
采用平方法，用户无需掌握测距码的码结构，但在自乘的过程中只能获得载波信号(严格地说是载波的二次谐波，其频率比原载波频率增加了一倍)，而无法获得测距码和卫星电文。
码相关法和平方法的具体做法及其原理在接收机工作原理中曾介绍过。
二、 相位测量原理若卫星S 发出一载波信号，该信号向各处传播。
设某一瞬间，该信号在接收机R 处的相位为φR ，在卫星S 处的相位为φS ，φR 、φS 为从某一起点开始计算的包括整周数在内的载波相位，为方便计算，均以周数为单位。
若载波的波长为λ，则卫星S 至接收机R 间的距离为ρ=λ（φS —φR ），但我们无法测量出卫星上的相位φS 。
如果接收机的振荡器能产生一个频率与初相和卫星载波信号完全相同的基准信号，问题便迎刃而解，因为任何一个瞬间在接收机处的基准信号的相位就等于卫星处载波信号的相位。
4-1卫星载波相位定位原理(精)
特点：可以消除掉许多误差，适用范围广泛。
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3.整周未知数N0的确定
4.快速确定整周未知数法（FARA）
基本思想： 置信区间 整数解 的组合
初始平差
重复平差
验后方差 最佳估值 最小
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3.整周未知数N0的确定
特点：在短基线情况下，根据数分钟的双 频观测成果，便可精确的确定整周模糊度的最
卫 星 信 号 的 生 成 接 收 机 重 建 载 波
(c )2002, 黄 劲 松
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1.GPS载波相位定位原理
载波相位测量的关键技术－重建载波③ •平方法 --将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。
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2.载波相位观测量的测量
设在GPS标准时刻Ta卫星Sj发射的载波信 号相为 ta 经传播延迟 后，在GPS标准
佳估值，使相对定位的精度达到厘米级。这一
方法在快速静态定位中得到了广泛应用。
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3.整周未知数N0的确定
5.动态确定整周未知数的方法（AROF）
特点:在载体运动过程中所观测的卫星一旦失锁， 为重新确定整周未知数，运动载体不需要停下来重
新进行初始化工作，它可在载体运动过程中实现。
增加跟踪卫星数，增加观测历元数，以增加解 的可靠性和精确性
卫星载波相位定位原理
主讲人 申 浩
授课提纲
1. GPS载波相位定位原理
2. 载波相位观测量的测量
3. 整周未知数N0的确定
4. 载波相位定位测量与伪距定位测量的比较
5. 本次课小结
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载波相位差分原理
载波相位差分原理由于自身结构及测量中随机噪声误差的限制测距码差分GPS 仅可满足m 级动态定位需要；载波相位测量噪声误差远低于测距码，在静态相对定位中已实现10-6~10-8的精度，但整周未知数求解需进行长时间的静止观测，数据需事后处理，限制了该方法在动态定位中的应用。
然而快速逼近整周模糊度技术的出现使利用载波相位差分技术实时求解载体位置成为可能。
具有快速高精度定位功能的载波相位差分测量技术，简称RTK （real time Kinematic ）技术。
载波相位差分定位技术是在基准站上安置一台GPS 接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电传输设备实时地将观测数据及测站坐标信息传送给用户站；用户站在接收卫星信号的同时通过无线接收设备接收基准站信息，根据相对定位原理实时处理数据并以cm 级精度给出用户站的三维坐标。
载波相位差分定位技术可分为修正法和求差法：前者将载波相位的修正量发送给用户站，对用户站的载波相位进行改正实现定位；后者将基准站的载波相位发送给用户，由用户站将观测值求差进行坐标解算。
星站间的相位差值由三部分组成()()ji j i j i j i t t N t N δϕ+-+=Φ00 （1）式中()0t N j i 为起始整周模糊度，()0t t N j i -为从起始时刻至观测时刻的整周变化值，ji δϕ为观测相位的小数部分。
则星站间距离为载波波长与星站相位差的乘积，即()()()j ij i j i j i t t N t N δϕλρ+-+=00~ （2）若在基准站利用已知坐标和卫星星历可求得星站间的真实距离ji ρ，星站间伪距观测值则可表示为()i i j i j i j i j i j i V M T I t t c ++++-⋅+=δδδδδρρ~ （3）公式中i M δ为多路径效应，i V 为GPS 接收机噪声。
在基准站可求出伪距改正数()i i j i j i j i j i j i j i V M T I t t c ++++-⋅=-=δδδδδρρδρ~ （4）用此改正数对用户站伪距观测值进行修正，有()()()()()i k i k j ij k j i j k i k j k j i j k V V M M T T I I t t c -+-+-+-+-⋅+=-δδδδδδδδρδρρ~ （5）当基准站和用户站之间的距离小于30km ，可认为j i j k I I δδ=，ji j k T T δδ=，则 ()()()()()()δρδδδδρδρρ∆+-+-+-=-+-+-⋅+=-222~kjkjkjik i k i k j k j i j k Z ZY YX XV V M M t t c （6）式中()()()i k i k i k V V M M t t c -+-+-⋅=∆δδδδδρ。
载波相位测量原理
载波相位测量原理
载波相位测量原理是一种无源技术，它可以在不引入额外噪声的情况下检测信号或信号特征，从而获得准确的测量结果。
它可以使用抽样来控制和传输信息，也可以用于定位和导航。
这种技术通常被用于发射天线之间的距离测量，以及在无线电信道中的相位检测和测量。
载波相位测量原理是一种无源技术，它可以通过检测接收到的信号的相位来估算距离，也可以用于有源定位，如GPS，卫星定位和空中定位。
在载波相位测量中，通常采用空间多重发射和接收方式，并使用多台发射机和接收机，通过多台发射机和接收机的距离差来检测和估算距离。
载波相位测量的实现一般包括两个步骤：信号检测和相位测量。
信号检测是指检测接收到的信号，检测信号的强度、相位等，以及信号的质量。
相位测量则是指检测发射机和接收机之间的相位差，从而估算出发射机和接收机之间的距离。
载波相位测量原理在无线通信领域有着广泛的应用，是一种重要的技术。
它可以实现无线信号的传输和定位，同时也可以用于室内空间的定位和导航。
此外，它还可以
用于监控和安全设施，以及航空航天、水下监测和测距等领域。
总之，载波相位测量原理是一种无源技术，可以通过检测信号的相位来控制和传输信息，并用于定位和导航，是当前无线通信技术领域中重要的一种技术。
第四章GPS卫星定位的基本原理 第三节载波相位测量
GPS测量定位技术
一、载波相位测量原理
如右图，ti 时刻载波相位测量的量测 值为
ni F r () Inti () F ir ()
上式表明，载波相位测量的实际观 测值 由两部分组成：其一是差频信 号的整周数变化部分 Int，() 其二是差频 信号的不足一整周部分 。Fr其() 中在初 Int() 始观测时为零，而后由多普勒计数 器 从 时 刻t0 连 续 计 数 累 积 得 出 。 而 则是Fr(根) 据 时的基ti 准信号相位和接收 i(R) 的载波信号相位 直接量测i(S。)
dX
Y
0
dY
Z
0
dZ
0
X0 0
x
dX
Y0 0
y
dY
Z0 0
z
dZ
（4-23） （4-24）
GPS测量定位技术
二、载波相位测量观测方程
将上式代入式（4-20），可以得到线性化的载波相位测量
基本观测方程：
f c
x X 0 dX 0
f c
y Y0 dY 0
f c
z
Z0 0
GPS测量定位技术
三、载波相位测量差分法
在载波相位测量基本方程中，包含着两类不同的未知数：一 类是必要参数，如测站的坐标；另一类是多余参数，如卫星钟 和接收机的钟差、电离层和对流层延迟等。并且多余参数在观 测期间随时间变化，给平差计算带来麻烦。
解决这个问题有两种办法：一种是找出多余参数与时空关系 的数学模型，给载波相位测量方程一个约束条件，使多余参数 大幅度减少；另一种更有效、精度更高的办法是，按一定规律 对载波相位测量值进行线性组合，通过求差达到消除多余参数 的目的。
例如，对某一观测瞬间n颗卫星进行了载波相位测量，就可以 列出n个观测方程，方程中都含有相同的接收机钟差未知数。若 选择一颗卫星作为基准，将其余n－1颗卫星的观测方程与基准 卫星对应的观测方程相减，就可以在n－1个方程中消去钟差未 知数 。vtb它可以大大减少计算工作量。目前GPS接收机的软件， 基本上都采用了这种差分法的模型。
载波相位定位原理
载波相位定位原理概述载波相位定位是一种常用的无线定位技术，利用接收端接收到的信号的相位差来确定自身的位置。
相比于其他定位技术，如GPS、基站定位等，载波相位定位具有高精度、高可靠性和高抗干扰性的优点，因此在许多领域得到广泛应用。
原理载波相位定位的原理基于以下两个基本假设：1. 发射端和接收端之间的距离可以通过接收到的信号的传输时间来测量。
2. 信号传输的速度是恒定的。
根据这两个基本假设，可以得到一个简单的公式：距离 = 速度× 时间在无线通信中，信号的传输速度就是信号的频率。
假设信号的频率为f，传输时间为t，那么距离d可以表示为：d = f × t但是，在实际应用中，由于各种各样的因素，如信号的传输路径、传输介质等，信号的传输速度可能会发生变化。
因此，为了提高定位的精度和可靠性，需要对信号的传输速度进行修正。
在载波相位定位中，通过测量接收到的信号的相位差来确定距离。
相位差是指两个波形在时间上的偏移量。
假设接收到的信号的频率为f，相位差为Δφ，传输时间为t，那么距离d可以表示为：d = (f × Δφ) × t在实际应用中，可以利用两个接收端同时接收到的信号的相位差来确定自身的位置。
假设接收端A和接收端B分别接收到了信号的相位差Δφ1和Δφ2，传输时间为t，那么距离d可以表示为：d = [(f × Δφ1) - (f × Δφ2)] × t通过测量多个接收端接收到的信号的相位差，可以得到多个距离值，进而确定自身的位置。
应用载波相位定位广泛应用于室内定位、车辆定位、无人机定位等领域。
在室内定位中，可以利用已知位置的多个接收端接收到的信号的相位差来确定未知位置的设备的位置。
在车辆定位中，可以利用车载设备接收到的信号的相位差来确定车辆的位置。
在无人机定位中，可以利用地面接收站和无人机上的接收器接收到的信号的相位差来确定无人机的位置。
优势与挑战载波相位定位具有高精度、高可靠性和高抗干扰性的优点。
载波相位差分技术
载波相位差分技术
载波相位差分技术
一、什么是载波相位差分技术
载波相位差分技术是一种无线定位技术，它可以利用卫星发射的载波相位信号进行定位。
定位系统根据接收到的载波相位信号，计算出地球表面上位置信息，从而获得水平精度的高精度定位。
二、载波相位差分技术的工作原理
载波相位差分技术采用多个基站（或者称之为参考站）以及卫星，这些参考站接收到的载波相位信号与卫星发射的载波相位信号有差异，而这个差异可以用来测量接收站和卫星之间的距离。
参考站间的距离可以用来估计接收站和卫星之间的距离，然后可以计算出地球表面上的位置信息，从而获得高精度定位。
三、载波相位差分技术的优势
1、高精度：载波相位差分技术可以提供很高的精度，从而使用户能够获得更准确、更可靠的定位结果。
2、可靠性：载波相位差分技术利用多个参考站接收卫星发射的载波相位信号，这使得它比单一基站定位系统更加可靠。
3、成本低：相比传统的定位技术，载波相位差分技术的成本更低，而且可以高效地实现精确的定位。
- 1 -。
6卫星载波相位定位原理
6卫星载波相位定位原理卫星载波相位定位（Carrier Phase Positioning）是一种高精度的卫星定位方法，可以实现亚米级的定位精度。
其基本原理是利用卫星发射的载波信号的相位信息进行定位计算。
卫星定位系统（如GPS）通过多个卫星发射信号，接收器可以同时接收到多个卫星的信号，并通过解算这些信号的时间差或相位差来计算自身的位置。
载波相位定位是在接收器接收到卫星信号后，利用信号的相位信息来计算距离和位置。
载波相位定位的基本原理如下：1.载波相位测量：卫星通过发射载波信号，接收器接收到这些信号后，可以测量到信号的相位信息。
载波相位是指波峰与波峰之间的相对位置差，单位为周。
通过测量这个相位差，可以计算出信号传播的距离。
2.简化模型：信号的传播速度约为光速，接收器接收到信号的时间差可以转化为距离差。
通过三角几何的原理，将卫星和接收器之间的距离差转化为接收器与卫星之间的相对位置差。
为了简化计算，通常将接收器与其中一个卫星的相对位置作为参考点，其位置定义为原点。
3.多颗卫星的观测：为了提高定位精度，需要接收器同时接收多个卫星的信号。
利用接收到的多个卫星信号的相位差，可以同时确定接收器的位置。
4.系统误差校正：载波相位定位还需要考虑各种系统误差，如大气延迟、钟差等因素。
这些误差会对定位精度造成影响，需要进行校正和补偿，以获得更准确的定位结果。
5.定位计算：通过测量的多个卫星信号的载波相位差，结合卫星的位置信息和系统误差校正，可以利用数学模型来计算接收器的位置。
载波相位定位相较于其它定位方法具有更高的精度，但也有一些挑战。
首先，载波相位定位需要对信号的相位进行高精度的测量，对接收器的硬件和算法有较高的要求。
其次，载波相位定位需要接收到多个卫星的信号，要求在光线良好的环境下进行定位。
此外，由于系统误差的存在，载波相位定位还需要进行误差校正和补偿，增加了计算的复杂性。
总之，卫星载波相位定位是一种高精度的卫星定位方法，通过利用卫星信号的载波相位信息来计算接收器的位置。
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线性化
( xs xr )2 ( ys yr )2 ( z s zr )2
可以将 在测站近似坐标 X 0 ( xr0 , yr0 , zr0 )T处泰勒级数展开至 一阶项： F ( X ) F(X 0) dX (dX )
X
X0
F ( X 0 ) ( xs xr0 ) 2 ( ys yr0 ) 2 ( zs zr0 ) 2 0
相位差
r (tr ) -- 接收机振荡器产生的基准信号相位
r (tr ) f tr
r (tr ) s (tr )
f tr f (tr t ) f t f
s ( t ) (tr ) r r
(tr ) -- 接收机接收到的卫星信号相位
卫星钟
f0 10.23MHz
120 f0
f1 1575.42MHz f2 1227.60MHz
L1 载波 L2 载波
2 24.42cm
GPS:
1）采用两种频率的载波
较完善地消除电离层延迟
2）GPS载波的功能
传送测距码和导航电文 用作测距信号
1.2 进行载波相位测量的原因
测距码: C/A码
IGS精密星历和钟差
无电离层组合观测值
f12 L1 f 22 L2 L3 f12 f 22
参数估计
模型改正
+
模型改正
3.2 载波相位单点定位(II)
a1x 1 a 2 2 x n anx R a1x 1 a2 x R 2 anx Rn a1 y a2 y any a1 y a2 y any a1z a2 z anz a1z a2 z anz 1 m1 1 m2 1 mn 1 m1 1 m2 1 mn x 1 0 0 r v1 yr v 0 1 0 z 2 r c tr 0 0 0 1 v zpd + n (n 5) 0 0 0 v1R N1 R 0 0 0 N v2 2 0 R 0 0 0 0 vn N n
卫星载波相位定位原理
主要内容
（一）概 述 （二）载波相位观测量的测量
（三）载波相位定位原理
（四）载波相位定位和伪距定位的比较
一 概 述
1.1 载波的定义 1.2 进行载波相位测量的原因 1.3 重建载波
1.1 载波的定义
载波பைடு நூலகம்
-- 可运载调制信号的高频振荡波。
154 f0
1 19.03cm
数m ~ 数十m
cm ~ dm
0 r
3.2 载波相位单点定位(I)
( tr tr )c N ion trop tide rel
载波相位测量的观测精度为mm级，此时要获得高 精度的定位结果需对各项误差源进行精确改正。
轨道误差和卫星钟差 电离层误差 对流层误差 其余误差
F ( X ) F X xr F yr F zr
xr dX X X 0 y r zr
xr0 xr X yr0 y r 0 zr z r
Ashtech Z-12, AOA Benchmark, Leica SR399 Geodetic
二 载波相位观测量的测量
2.1 载波相位测量原理 2.2 载波相位实际观测值
2.1 载波相位测量原理
卫星钟
tr t
接收机钟
tr tr
s e (tr t )
s (tr ) r (tr )
Rogue SNR-x, AOA ICS-4000Z, Trimble 4000, Trimble4700
1.3 重建载波(V)
Z跟踪技术
方法：
将P(Y)码重新分解为P码和W码；
接收机产生复制码，利用码相关法去掉P码，可获得全波长的L1和L2 载波；
特点：
优点
可同时获得双频伪距观测值（C/A、P1、 P2) 、导航电文和全波长的 L1和L2载波； 用复制码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的信噪比较好。
整 周 模 糊 度
1
N
1 [Fr1 ( ) Int1 ( ) N ]
鉴 相 器 多 普 勒 计 数 器
整 周 模 糊 度
F ( )
0 r
Int1 ( ) Fr1 ( )
i (ti ) Fri ( ) Int i ( ) (ti ) N
P码 0.03 ~ 0.3m 【低精度导航应用】
2 ~ 3mm
0.3 ~ 3m
载波相位: L1载波 (1 19.03cm) L2载波(2 24.42cm )
【高精度定位应用】
1.3 重建载波(I)
接收到的卫星信号
调制波、相位不连续
解调
去掉测距码和导航电文
码相关法
平方法
互相关技术
实际观测值
ti 时刻
整周模糊度 N
单一频率只能测得不足整周部分而无法得到N
变换频率
多级频率
GPS载波相位N值
参数估计
三 载波相位定位原理
3.1 载波相位观测方程 3.2 载波相位单点定位
3.1 载波相位观测方程(I)
真空中且不考虑各项误差
N
考虑所有误差
( tr ts )c N ion trop tide rel
3.1 伪距观测方程线性化(III)
( xs xr )2 ( ys yr )2 ( zs zr ) 2
F(X 0)
F ( X 0 )= 0
F ( X ) X
0 r
F ( X ) X
dX (dX )
X0
X0
( xs x ) dX 0
s s s (tr ) e (tr t ) f (tr t )
c
2.2 载波相位实际观测值
t0
r (tr ) (tr )
s
t 0 时刻 0 (Fr0 ( ) N )
t1
0
N
t1
鉴 相 器 t1 时刻
Z跟踪技术
重建的载波信号
1.3 重建载波(II)
码相关法
接收机产生的复制码对接收到的卫星信号再进行一次二进制相位
方法：
调制，可以将测距码去掉，仅留下载波和导航电文；
由于载波和导航电文的频率相差悬殊，可容易地用滤波器将二者分 离。
特点：
优点
可同时获得伪距观测值（C/A）、导航电文和全波长的载波； 用复制码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的信噪比较好。
( xs xr )2 ( ys yr )2 ( zs zr )2 ( tr ts )c N
( xs xr )2 ( ys yr )2 (zs zr )2 ( tr ts )c N
l Ax V
最小二乘
xr0 xr X yr0 y r 0 zr z r
四 载波相位定位与伪距定位的比较
比较项
观测值精度 卫星位置 卫星钟差 电离层改正
伪距定位
dm ~ m 广播星历 广播星历 模型改正、无电离组合
( ys y )
0
0 r
xr ( zs z ) y r 0 z r
0 r
0
( xs x )
0
0 r
( ys y )
0
0 r
xr ( z s z ) ( t t )c N y r s r 0 z r
缺点
平方过程中同时去掉了测距码和导航电文； 恢复的是半波长载波，其整周模糊度更难确定； 卫星信号（弱）自乘，得到结果的信噪比较差。
1.3 重建载波(IV)
互相关法
方法：
对C/A码仍采用码相关法恢复全波长的L1载波；
利用载波频率不同造成的电离层延迟不同，通过相关性分析得到L1和 L2两信号的伪距差及载波相位差；
特点：
优点
RL2 RL1,C / A (RL2,Y RL1,Y )
L2 L1,C / A (L2 L1 )
无需了解Y码的结构，可同时获得双频伪距观测值（C/A、P'2)、导航电
文和全波长的L1和L2载波；
缺点
卫星信号Y1（弱）与卫星信号Y2（弱）自乘，得到结果的信噪比较差。
载波相位定位
mm 精密星历 精密钟差 无电离组合
对流层改正
相对论效应 潮汐改正
模型改正
模型改正 不考虑
模型改正+参数估计
模型改正 模型改正
天线相位缠绕
待求参数 定位精度
不考虑
( xr , yr , zr )T tr
模型改正
( xr , yr , zr )T tr zpd N1 , N2 ,, Nn
未知参数：
接收机位置 -- ( xr , yr , zr )T 接收机钟差 -整周模糊度 --
tr
N
3.1 载波相位观测方程(II)