4-1卫星载波相位定位原理(精)
4-1卫星伪随机定位原理(精)
•用于伪距计算的公式
i Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop
2 i i
i
i
i 1,2,3,4…
公式11
这个公式虽然复杂，但每一个量都是可量测或可确定的， 可以直接用于伪距测量！
观测大于4颗卫星时，通过最小二乘法求解 将公式13写成误差方程式的形式 Vu Au dX Lu 其中 Vu v1 v2
l1 m1 l m 2 Au 2 ln mn Lu l1 l2 vn n1 1 n2 1 nn 1 ln
T
根据最小二乘原理有
Vion Vtrop cVt cVt A
S R
公式8
卫星到接收机 的真正距离
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5.观测方程的推导
在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题： 3.星历误差、多路径效应、测量噪声
i
多路径 误差
2
X i X Y i Y Z i Z
卫星分布与测码伪距单点定位精度的关系 DOP越小越好
GDOP 1 V
观测到的卫星数越多，卫星 分布越均匀，DOP值就越小， 观测精度就越高。
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9.导航定位精度评估
在实际测量中，如何得到较高的观测精度？
◆ 选点时注意视野开阔 ◆ 通过星历预报，指导观测
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10.小结
重点
难点
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1.伪距测量的基本思想
卫星产 生的码
t1
在t1时刻由卫星产生的 码相位，在Δt后到达 t2
RCVR
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。
卫星载波相位定位原理
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
GPS定位的基本原理ppt课件
p)
(Nip
p i
)
含有待定点 坐标三个未 知数
整周模糊度，每 观测一个卫星就 有一个未知数
在一个历元，未知数多于方程数，无法求解，需通过多个历元观 测值求解
23
1 基本原理
2 测码伪距 3 载波相位测量 4 卫星坐标
3.2 载波相位测量的观测值
由接收机 瞬间测得 的不足一 周的部分
mT 0 qTT 0TDOP
TDOP qTT
18
1 基本原理
2 测码伪距 3 载波相位测量 4 卫星坐标
2.4 伪距绝对定位精度评价（续）
3、几何精度因子GDOP 综合考虑空间位置及钟差对定位结果的影响，可用几何精度因子
GDOP
GDOP qXX qYY qZZ qTT PDOP2 TDOP2
第四章 GPS定位的基本原理
1
1 基本原理 2 测码伪距
3 载波测相伪距 4 卫星坐标
GPS工作的基本原理 – 距离后方交会
已知点：GPS卫星 待定点：接收机（天线）
2
1 基本原理 2 测码伪距
3 载波测相伪距 4 卫星坐标
卫星的位置
卫星至测站的距离 信号的捕获及定位计算
3
1 基本原理 2 测码伪距
12
1 基本原理
2 测码伪距 3 载波相位测量 4 卫星坐标
2.3 伪距绝对定位原理（续）
在测站点的近似值Xi0、 Yi0、 Zi0处泰勒级数展开，取一阶项
/ip0＋vip0
p i0
aip
Xi
bipYi
cip Zi
c ti
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。
卫星定位导航系统原理及应用串讲课件
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GPS卫星信号结构---载波
作用
搭载其它调制信号 测距
L1
19.03c m
测定多普勒频移
L2
类型
24.42c m
目前
L1 – 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm L2 – 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm
4
GPS系统的特点
第三，实时定位
利用GPS导航，可以实时地确定运动目 标的三维位置和速度，由此既可保障运动载 体沿预定航线运行，也可实时监测和修正航 行路线，选择最佳航线。
5
美国政府的GPS政策
美国政府在GPS设计中计划提供两种服务: 一种为精密定位服务（PPS），利用P码进行定位，只提
供给本国及其盟国的军方和得到特许的民间用户使用， 估计其定位精度为10m。 另一种为标准定位服务(SPS)，利用C/A码定位，提供给 民间用户使用。由于C/A码作为捕获P码之前的前导码， 是一种粗捕获的明码，因此估计SPS的定位精度约为 400m。
x=F1(B，L) y=F2(B，L) 由于椭球面是一个曲面，我们不可能把它铺展成 一个平面而不产生某种褶皱和破裂，也就是不可 能把整个椭球面或其一部分曲面毫无变形地表示 在一个平面上，因此无论对投影函数F1和F2选得 如何妥当，总是不可避免地产生变形。
21
地图投影的分类
按其变形性质分： 等角投影：投影后，地图上任意两相交短线之间的夹角 保持不变。 等面积投影：投影后，地图上面积大小保持正确的比例 关系。 等距投影：投影后，地图上从某一中心点到其它点的距 离保持不变。 方位投影：投影后，地图上表示的任一点到某一中心点 的方位角保持不变。
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。
陆地探测四号01卫星工作原理
陆地探测四号01卫星工作原理陆地探测四号01卫星，就像是一个超级厉害的太空侦察兵，在遥远的天际默默地守护着地球，监测着陆地的各种情况。
这颗卫星有它独特的探测本领。
它就像一个有着超级视力的千里眼，靠的是一系列高科技设备来工作。
卫星身上有各种传感器，这些传感器就如同我们人的眼睛、耳朵和鼻子，只不过它们更加敏锐、更加神通广大。
比如说，有的传感器就专门负责感知地面的温度，不管是炽热的沙漠还是寒冷的冰川，它都能精确地把温度信息捕捉到。
这就好比我们拿着一个超级温度计，在不接触物体的情况下，就能知道它的温度有多高。
想象一下，在一片广袤的大地上，有这么一个无形的温度计在太空中漂浮着，随时告诉你哪里热哪里冷。
卫星在工作的时候，还像是一个勤劳的信息收集员。
它不断地接收从地面反射回来的各种电磁波。
地面上的一切物体，无论是高耸的山脉，还是广阔的森林，都会反射电磁波。
卫星就像一个大口袋，把这些电磁波统统接住。
这些电磁波就像是地面物体寄给卫星的信件，每一种物体的“信件”都有独特的内容。
通过对这些电磁波的分析，卫星就能知道地面上是什么样的地貌，是平原还是丘陵，是河流还是湖泊。
这就好比我们通过看一个人的字迹，就能大致猜出这个人是谁一样。
卫星也是通过识别这些电磁波的独特“字迹”，来判断地面的情况。
陆地探测四号01卫星还能够进行高精度的成像。
它成像的原理就像是我们用相机拍照，但这个相机可不得了。
它拍摄的范围超级大，而且成像非常清晰。
卫星在太空中，以一个合适的角度俯瞰大地，把地面的景象一点一点地记录下来。
这个过程就像是一个画家在绘制一幅巨大的画卷，一笔一笔地勾勒出地球的模样。
只不过这个画家不是用画笔，而是用高科技的成像设备。
而且这个“画卷”还不是静止的，它随着时间的推移不断更新。
今天的大地是一种景象，过了一段时间可能因为季节的变化、人类活动或者自然因素的影响而发生改变，卫星就能及时捕捉到这些变化并重新绘制这幅“画卷”。
另外，这颗卫星在数据传输方面也很有一套。
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。
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。
卫星定位系统的基本工作原理
卫星定位系统的基本工作原理卫星定位系统（Satellite Positioning System，简称SPS）是一种利用人造卫星进行定位的技术系统，它能够通过卫星的无线信号来确定地球上任意位置的经度、纬度和海拔高度。
卫星定位系统的基本工作原理是通过三角测量的方法，利用卫星和接收器之间的信号传输来计算目标位置。
卫星定位系统主要由卫星组成，目前最常用的卫星定位系统是全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）。
GPS系统由一组运行在中轨道的卫星、地面控制站和用户接收器组成。
卫星通过无线电波向地面发送信号，接收器接收到多颗卫星发出的信号后，利用这些信号之间的时间差来计算接收器与卫星之间的距离。
卫星定位系统的基本原理是利用三角定位法。
当接收器接收到至少三颗卫星的信号后，它会分别计算与每颗卫星之间的距离，并以卫星为中心画出以接收器为半径的距离圆。
当接收器接收到第四颗卫星的信号时，它会再次计算与第四颗卫星之间的距离，并在地图上将这个距离圆与之前计算的距离圆相交。
这样，接收器就能够确定自己所在的位置，因为只有一个点同时位于多个圆的交点处。
卫星定位系统的精度取决于接收器接收到的卫星数量。
通常情况下，接收器接收到的卫星数量越多，定位的精度就越高。
为了提高定位的准确性，卫星定位系统还会考虑一些误差因素，比如大气层的影响、接收器和卫星之间的钟差、多径效应等。
通过对这些误差进行补偿，可以提高定位的精度。
卫星定位系统不仅可以用于导航和定位，还可以用于时间同步、地震监测、军事作战和资源勘探等领域。
在导航和定位方面，卫星定位系统已经成为现代交通、航海、航空等行业中不可或缺的工具。
它不仅提供了准确的位置信息，还能够实时更新导航路线，帮助人们更加安全地到达目的地。
总结起来，卫星定位系统的基本工作原理是通过接收卫星发出的信号，利用三角测量的方法来计算目标位置。
卫星定位系统不仅可以用于导航和定位，还可以用于时间同步、地震监测、军事作战和资源勘探等领域。
GPS卫星定位基本原理
一、伪距测量
❖ 基本过程:
❖
GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构的测
距码，该码通过一定时间τ到达接收机。同时接
收机依据本身的时钟也产生一组结构完全相同的
测距码（复制码），并通过时延器使其延迟一定
时间，将延迟后的测距码与接收到的测距码进行
相关运算处理，通过测量相关函数的最大值位置
来测定卫星信号的传播延迟，从而计算出卫星到
一、伪距测量 ❖ 接收机位置坐标: WGS-84坐标系下的坐标（根据大地坐标的
正反算公式可将其转化为大地经纬度坐标）。
❖伪距单点定位的精度: 约30米左右
❖伪距单点定位既可用于静态定位, 也可用于动态定位。
一、伪距测量
4 .伪距单点定位的精度估算
❖定位的精度除了与观测量的精度有关外, 与所观测的卫星的 ❖几何位置有关, 因此说GPS定位的精度与卫星的分布有关,在 GPS观测处理时应对观测卫星进行选择。
二、载波相位测量
以周计，则为:
~kj
(i)
k
(tki
)
kj
(tki
)
k
(tki
)
j
(t
i j
)
~kj (i) = kj (i) +
j k
(i
)
当接收机跟踪到卫星信号后，称为初始历元，i=1，则有:
~kj (1) =
j k
(1)
+
j k
(1)
令第一个历元的相位观测值为:
~kj (1) =
~
j k
c
1 k
c
2 k
c
3 k
c
4 k
1X k
1
Yk
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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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1.GPS载波相位定位原理
载波相位测量原理
tj ti ti
R t j ti
公Байду номын сангаас3
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2.载波相位观测量的测量
考虑到卫星钟差和接收机钟差，有:
Ta ta ta , Tb tb tb
则有:
Tb tb j Ta ta
公式4
对于卫星钟和接收机钟，其振荡器频 率一般稳定良好，所以器信号的相位与频率的 关系可表示为
时刻Tb到达接收机。
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2.载波相位观测量的测量
根据电磁波传播原理，Tb时接收到的和
Ta时发射的相位不变，即
j Tb j ta
，而
在Tb时,接收机本振产生的载波相位为 tb , 可知，在Tb时，载波相位观测量为:
tb j ta
j
Ta
a
f ta
Ta
f ta
f f tb f ta
公式7
(5-15)
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2.载波相位观测量的测量
传播延迟Δτ中考虑到电离层和对流层 传播延迟 中考虑到电离层和对流层的影响 1和 2，则 的影响δρ 1和δρ2，则有： 和 ，则 传播延迟 中考虑到电离层和对流层的影响 传播延迟 中考虑到电离层和对流层的影响 1 2 1和 2，则 传播延迟 中考虑到电离层和对流层的影响 1和 2，则 1 公式 85－ 1 ＝ － － （ 16） 1 1 2 ＝ － － （ 5 － 16 ） 1 ＝ － （ 516 －16 ） 1 c 2 1－ 2 － － （ 5 － ） c＝ c 1 2 c 式中，C为电磁波传播速度， 为卫星至接收机之间的几何距离 其中，c为电磁波传播速度，ρ为卫星到 式中，C 为电磁波传播速度， 为卫星至接收机之间的几何距离。 式中， C为电磁波传播速度， 为卫星至接收机之间的几何距离。 式中， C 为电磁波传播速度， 为卫星至接收机之间的几何距离。 接收机之间的几何距离。 代入（ 5－15）式，有 代入（5代入（ －15）式，有 515 －15 ）式，有 带入公式 7后有： 代入（5－ ）式，有 f f ＝ －＋ f ＋ f ta (5-17) f tb (5-17) f － 1－ 2f f ＝ － t t ＝ － (5-17) 1c 2 1－ 2 a ＋f t b a f tb 公式 9 － － ＋ f t f t (5-17) c ＝ c 1 2 a b j j c 考虑到（ 5 － 11 ）式，即顾及载波相位整周数 N N j j 0 int 后， j kj 后，有 考虑到（ 5 － 11 ）式，即顾及载波相位整周数 N N int 考虑到载波相位整周数 考虑到（ 511 － 11 ）式，即顾及载波相位整周数 int k 0 jN k jN 0 , 后，有 考虑到（ 5－ ）式，即顾及载波相位整周数 N N 0 int 后，有 k f f f j f 有： f f ＝ ＋ f t f t N (5-18) j f f f k t f t - a - f b 1 2 j k f f ＝ ＋ f N (5-18) j f t N k (5-18) (5-18) k a b a f t 1b2 1 - k c＋ c c 公式 10 k＝＋ 2N ＝ f t f t c c c k a b 1 2 k c c c c c c (5-18) 式即为接收机 k 对卫星 j 的载波相位测量的观测方程。 5-18)式即为接收机 k对卫星 j 的载波相位测量的观测方程。 (5-18) 式即为接收机 k 对卫星 j的载波相位测量的观测方程。 (5-18)式即为接收机k对卫星j的载波相位测量的观测方程。
调制波
载波
调制信号
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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① •重建载波 --目的是将非连续的载波信号恢复成连续的载波 信号。
载波调制了电文之后 变成了非连续的波
伪距测量与载波相位测量
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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② •码相关法 --将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机 产生的复制码相乘。
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(c )2002, 黄劲松
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1.GPS载波相位定位原理
载波相位测量概念：
是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，通过相位差来求解接收机位置。
载波相位观测是目前最精确的观测方法。
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1.GPS载波相位定位原理
GPS载波相位观测
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1.GPS载波相位定位原理
GPS载波相位观测
Sj(ti)
Sj(t0)
0
i
Int(φ )
N0 N0 整周模 糊度 k
整周 计数
注意周跳
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1.GPS载波相位定位原理
GPS载波相位观测
ti
初始时刻t0观测相位 差 0，整周数N0未知；任 一时刻ti观测相位差 i 和 整周数的变化值Int(φ)，
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5.本次课小结
为什么？伪距测量精度低
是什么？载波相位测量定义
重建载波：①码相关法②平方法 怎么做？ N0 1.伪距法
Sj(t0)
0
Sj(ti)
i
2.经典方法①整数解 ②实数解
Int(φ )
N0
3.三差法
4.FARA 5.AROF 周跳
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N0 k
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谢谢！
3.整周未知数N0的确定
二）实数解 ： 基线较长，误差相关性减弱，初始解的误 差将随之增大，从而使模糊度参数很难固定， 整数化的意义不大。 特点：通常对于20km以上的长基线一般不 再考虑整周未知数的整数性质，直接将实数作 为整周未知数的解，此时，通过平差计算得到
的整周未知数不是整数，不必凑整，直接以实
数形式代入观测方程，重新解算其它参数。
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3.整周未知数N0的确定
总结： 平差待定参数法解算整周未知数，往往 需要观测一个小时甚至更长的时间，从而影
响了作业效率。因此，此法一般用于经典静
态相对定位模式进行高精度的GPS定位中。
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3.整周未知数N0的确定
3.多普勒法
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3.整周未知数N0的确定
2.将整周未知数当做平差中的待定参数 ——经典方法
一）整数解 ： 基本方法 1)求初始解—基线向量、整周未知数 2)将整周模糊度固定为整数 3)求固定解 适用范围：在基线较短的相对定位中，若观测误 差和外界误差对观测量的影响较小时，这种整周 未知数的确定方法比较有效。
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顾及（5－ 13 ）和（ 5－ 14)两式，（5－ 12）式可改写为 j
(5-14) 综合公式 Tb 5、 T6 f 4式改写为： j a ，可以将
＝ Tb f tb
b
顾及（5－ 13）和（ 5－ 14)两式，（5－ 12）式可改写为 f f t f t (5-15) ＝ Tb f tb
t0
N
Fr
0
N0未知。
j t0 kj t0 k t0 N0 k
公式1 公式2
j ti kj ti k ti N0 Int k
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Fr
0
i
Int
() i
N
0
7