GPS载波相位测量

GPS载波相位测量

【摘要】利用GPS进行导航和测量定位，都必须要利用GPS接收机接收GPS信号。对载波（L1或L2载波）相位进行量测，获得载波相位观测值。利用这些观测值的不同组合（求差）进行相对定位，可以有效地消除或减弱相关误差的影响，从而提高精度。利用载波相位测量的二次差分观测值解算基线向量的方法及数学模型已成为大多数GPS基线处理软件包中必选的模型。

【关键词】载波相位;重建载波;差分观测值;平差模型;精度评定

0.引言

载波相位测量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。由于载波的波长远小于码长，C/A码码元宽度293m，P 码码元宽度29.3m，而L1载波波长为19.03cm，L2载波波长为24.42cm，在分辨率相同的情况下，L1载波的观测误差约为2.0mm，L2载波的观测误差约为2.5mm。而C/A码观测精度为2.9m，P码为0.29m。载波相位观测是目前最精确的观测方法。

1.载波相位测量原理

GPS卫星信号接收机接收到的来自GPS卫星的载波信号是一个调制信号，因为GPS卫星在发射载波信号时己经将测距码信号和数据码（导航电文）信号调制到了载波信号上这一过程通常称为信号的调制。因而接收到的载波的相位己不再连续，所以在进行载波相位测量以前，首先要进行解调工作，即利用一定的方法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波，这一工作称为重建载波。重建载波一般可采用两种方法，一种是码相关法，另外一种是平方法。采用前者，用户可同时提取测距信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；采用后者，用户无需掌握测距码的结构，但只能获取载波信号而无法获得测距码和卫星电文。GPS载波动态相对定位目前的实现方法有两种，第一种方法：参考站向移动站发送原始观测数据，在移动站上进行卫星之间和测站之间的双差处理，求解移动站的三维位置信息，这种方法对差分系统数据链要求很高，移动站上计算量很大。第二种方法：参考站向移动站发送测相伪距的修正量，移动站利用这种修正量修正其测相伪距的观测量，这种方法类似于码差分技术，因此对差分系统数据链路的要求不高，移动站上计算量不大。但第一种方法的定位精度通常要高于第二种方法。

为了进行载波相位测量，接收机也产生一个与卫星载波信号的频率和初相位完全相同的基准信号，称为本振参考载波信号。

载波相位测量的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。

2.载波相位测量的观测方程

6.2基线向量解算结果分析

基线向量解算是一个较复杂的数据处理过程，在实际解算时，基线向量解算完成后，可以获得基线向量的平差值及其协方差阵和双差整周未知数等，这样就可以对观测值的质量进行初步分析。

6.2.1观测值残差的分析

在进行基线向量解算时是假定观测值中仅存在偶然误差，如果在观测值中存在系统误差或粗差，会有较大的残差。当其偶然误差达到1cm时，可以认为该观测值存在严重问题。

平差处理后的单位权中误差应该比较小，一般情况下应该在0.05周以下。否则认为观测值出现某些问题或起算数据存在问题。

6.2.2 基线长度的精度

在基线向量解算完成以后，可以利用（11）式对基线长度的中误差进行估算，基线长度的中误差应该在接收机的标称精度范围以内。

6.2.3 双差固定解与双差实数解

在进行基线向量解算时，可以获得整周未知数的估值及中误差。从理论上讲，整周未知数应该是一个整数，但是由于各种误差的影响，数据平差求得的整周未数N往往不是一个整数，而是一个实数，称为双差实数解。当实数解十分接近邻近的整数，而且整周未知数的中误差又很小时，就直接确定为邻近的整数；反之如果不存在周跳问题，则可以建立整周未知数的整数区间，利用假设检验的方法对其整数解进行优化搜索，将该实数确定为整数，再将其作为已知量回代重新进行平差计算，这样获得的结果称为双差固定解。■

【参考文献】

［１］徐绍铨,张华海,等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社，2008.

［２］李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社，2005.

［３］黄声享,郭英起.GPS在测量工程中的应用[M].北京:测绘出版社，2007.

［４］关惠平.GPS 相对定位原理与DGPS 技术简介[J].兰州铁道学院学报( 自然科学版),2003,(6):22-26.

［５］徐周．GPS差分定位技术及实现方法的研究[D]．郑州:解放军信息工程大学,2006．