载波相位测量

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载波相位测量的原理
载波相位测量的前景
精密单点定位（Precise Point Positioning ）
利用载波相位观测值以及由IGS等组织提供的精 密卫星星历和卫星钟差来进行高精度单点定位的 方法
需解决的主要问题
对精密星历和卫星钟差的处理 整周跳变的探测与修复、粗差观测值的 检验与剔除以及整周模糊度的确定 精确地施加各种必要的误差改正
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3
载波相位测量的原理
3.3 距离求解
f x X0 f y Y0 f z Z0 dX dY dZ fvta fvtb N 0 c 0 c 0 c 0
f ( 0 ion trop ) c
上式更多地用于相对定位。由于作为已知量的卫星位 置，其误差远比相位观测值误差大，加之大气延迟改正的
测距精度 2.93m 0.293m 1.9mm 2.4mm
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载波相位测量的概念
载波相位测量
载波
相位
测量
测量对象
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测量内容
测量原理
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载波相位测量的概念

定义—— 接收机接收的卫星 载波信号和接收机产生的参考 载波信号的相位差

(tR )
S
接 收机 根 据 自身 的 钟在tR 时 刻所 S 接 收到 卫 星 在t 时 刻所 发 送 信号 的 相位
i (i )ion (i )trop cvt
ai
当方程式的个数大于4时，可用最小二乘 法求解（ X ， Y ， Z ）和接收机时钟改正数的 最或是值。
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1
复习：伪距定位法
1.5 伪距测量精度分析
（1）与对齐精度有关
对齐精度
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1
复习：伪距定位法
1.5 伪距测量精度分析
接 收 机 产 生 (R) 基 准 信 号
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载波相位测量的原理
3.2 测定相位差
( R ) ( S ) N F ( R ) ( S ) N F ( ) r ( ) 0 r 0
0 Int Fr N0
整周计数 整周模糊度
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载波相位测量的原理
整周跳变的产生
整周计数由于丢失了在失锁期间载波相位变 化的整周数，使其后的相位观测值均含有同样的 整周误差，这种现象称为整周跳变（周跳）
信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪 仪器故障，导致差频信号无法产生
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载波相位测量的原理
本节重点与难点
★ 载波相位测量的优势与问题 ★ 重建载波的意义 ★ 载波相位观测值的测定方法
★ 载波相位差分观测值的类型与特点
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祝您身体健康，工作顺利！
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接收机复制 C/A 码信号（强），与接收到的调制信号 （弱）相乘。解调效果最好，但需了解测距码结构 将接收到的调制信号（弱）自乘。无需了解测距码结 构，信号质量比码相关法差 30 dB L1载波调制信号（弱）与L2载波调制信号（弱）互乘。 无需了解测距码结构，信号质量比码相关法差 27 dB 接收机复制解密后的 P 码（强），与接收到的调制信 号（弱）在一个W码元内相乘。信号质量比码相关法 差 14 dB
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载波相位测量的原理
数据利用率低
采用差分观测值的特点
只有同步数据才能进行差分
引入基线矢量替代了位置矢量 差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化 参数估计时，观测值的权阵非满秩。 某些参数无法求出 某些信息在差分观测值中被消除
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载波相位测量的原理
伪距法定位与载波相位定位的对比
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载波相位测量的原理
3.2 测定相位差
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载波相位测量的原理
3.2 测定相位差
t0: 首次进行载波相位测量时刻 ti: 后续各次观测时刻
首次观测
~ Fr0
其余各次观测
~ 0 Int Fr
完整的载波相位通常表示为
3.1 重建载波
3.2 测定相位差
3.3 距离求解
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3
载波相位测量的原理
3.1 重建载波
重建载波的原因
用二进制相位调制的
方法在载波上调制了测距 码和导航电文后，调制波 的相位已不再连续。要将 非连续的载波信号恢复成
连续的载波信号。
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载波相位测量的原理
重建载波的技术方法
码相关法 平方法 互相关法
双差
三差
j ,k j ,k j ,k j ,k k j A A , B (ti , ti 1 ) A, B (ti 1 ) A, B (ti ) , B (t ) A, B (t ) A, B (t )
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3
载波相位测量的原理
3.3.1 在接收机间求一次差
求差方式
同步观测值在接收机间求差
I
数学形式 I I I A ( t ) ( t ) ,B B A (t ) 特点

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站 间 差分 ：B I-A I
消除了卫星钟差影响 削弱了电离层折射影响 削弱了对流层折射影响 削弱了卫星轨道误差的影响
A
B
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载波相位测量的原理
精度也难以与相位观测的精度匹配，所以在相对定位中常
采用差分观测值解决这些问题。
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载波相位测量的原理
载波相位测量差分法
3.3 距离求解
3.3.1 在接收机间求一次差 3.3.2 在接收机和卫星间求二次差 3.3.3 在接收机、卫星和观测历元间求三次差
单差
j j j A , B (t ) B (t ) A (t )
Z跟踪法
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载波相位测量的原理
3.1 重建载波
3.2 测定相位差
3.3 距离求解
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载波相位测量的原理
3.2 测定相位差
将测距码和数据码调制到载波上
由卫星发射机将调制信号发出 接收机解调出纯净的载波信号
(S )
载波信号和基准信号求相位差
( R ) (S )
载波相位测量的原理
3.3.3 在接收机、卫星和观测历元间求三次差
差分方式 观测值在间历元求差
I(t) i
I(ti+ 1)
数学形式
I I I A (ti , ti 1 ) A (ti 1 ) A (ti )
特点 消去了整周未知数参数
A
历 元 间差 分 ：A I(ti+ 1)-A I(t) i
接 收机 根 据 自身 的 钟在tR 时 刻复 制 信号 的 相 位
(tS)
S

tR t
R
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载波相位测量的概念
载波相位测量
载波
相位
测量
测量对象
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测量内容
测量原理
载波相位测量
复习：伪距定位法
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载波相位测量的概念
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载波相位测量的原理
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载波相位测量的原理
（2）与测距码的码元宽度有关
接收机复制码与测距码的对齐精度约为码元宽度的1%
测距信号 码元宽度 测距精度
10
C/A 293m 2.93m
P 29.3m 0.293m
1
复习：伪距定位法
伪距定位法是导航定位的最基本方法
优越性
速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可
以提高定位精度
局限性
测量定位精度低，只能满足部分用户的需要
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载波相位测量
复习：伪距定位法
1 3
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载波相位测量的概念
3
载波相位测量的原理
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载波相位测量的概念
载波相位测量
载波
来自百度文库
相位
测量
测量对象
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测量内容
测量原理
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载波相位测量的概念
★ 使用载波测量伪距的优点 载波相位测量使用载波信号，不受测距 码控制，测距精度远高于伪距法。 测距信号 码元宽度 C/A 293m P 29.3m L1 19cm L2 24cm
2 2 2 ~ ( x X ) ( y Y ) ( z Z ) cvtb cv t
a
伪 距
卫 星 位 置
测 站 位 置
接 收 机 钟 差
卫 星 钟 差
√
7
√
？
？
√
1
复习：伪距定位法
实际应用中将接收机的钟差vtb也视作未知 数，建立数学模型。
2 2 2 ( x X ) ( y Y ) ( z Z ) i i i cvtb 1 2
a
b

ion
trop
vta vtb
5
—— 伪距
—— 电离层折射改正
—— 对流层折射改正
—— 卫星的钟差 —— 接收机的钟差
1
复习：伪距定位法
1.3 列出实际距离与卫星坐标和接收机坐标的关系
2 2 2 ( x X ) ( y Y ) ( z Z ) 1 2
3.3.2 在接收机和卫星间求二次差
I J
求差方式
同步观测值在卫星间求差
数学形式
I ,J J I A (t ) A (t ) A (t )
特点
消除了接收机钟差的影响
A
星 间 差分 ：A J-A I J为 参考 星
GPS数据处理软件采用了双差观测值模型
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（x、y、z） —— 卫星坐标
（X、Y、Z） —— 接收机坐标
2 2 2 ( x X ) ( y Y ) ( z Z ) i i i cvtb 1 2
i ( i )ion ( i ) trop cvt
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ai
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复习：伪距定位法
1.4 求解定位参数
载波相位测量
主讲人：高 琼
二○○九年七月
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载波相位测量
复习：伪距定位法
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载波相位测量的概念
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载波相位测量的原理
2
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复习：伪距定位法
1.1 测定伪距
将测距码和导航电文调制到载波上 由卫星发射器将调制信号发出 接收机解调出测距码 测距码和复制码作相关处理
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接 收 机 产 生 复 制 码
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卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误
接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法 正确跟踪卫星信号
卫星瞬时故障，无法产生信号
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载波相位测量的原理
数据处理软件中的周跳编辑
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载波相位测量的原理
3.2 测定相位差
完整的载波相位通常表示为
0 Int Fr N0
( R ) ( S ) N F r ( ) 0
易产生的问题
整周跳变（周跳） 整周模糊度（整周未知数）
整周计数 整周模糊度
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载波相位测量的原理
3.1 重建载波
3.2 测定相位差
3.3 距离求解
测距方法 测量对象 伪距定位 测距码 载波相位测量 载波
测量内容
测量原理 实际测量值 优点
∆t
ρ＝C ·∆t 本地码的延迟时间 无模糊测距、可以实现 实时定位
∆

差频信号的相位 测距精度高
缺点
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精度低，单点定位的应 不容易实时定位、有周 跳现象、受误差影响， 用受到限制 解算复杂
复习：伪距定位法
由时延器测定出两信号间的时间延迟τ.

1 R (t ) T U (t t )U (T )dt 1 T
4
1
0 0
p
1
复习：伪距定位法
1.2 将观测时得到的伪距改正为卫星至接收机之间
的实际距离ρ。
ion trop cvt cvt