4-1卫星载波相位定位原理(精)

卫星载波相位定位原理主讲人申浩2024/5/41授课提纲GPS载波相位定位原理载波相位观测量的测量整周未知数N0的确定载波相位定位测量与伪距定位测量的比较本次课小结2024/5/421.GPS载波相位定位原理载波相位测量原理2024/5/431.GPS载波相位定位原理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。载波相位测量概念：载波相位观测是目前最精确的观测方法。2024/5/441.GPS载波相位定位原理GPS载波相位观测2024/5/451.GPS载波相位定位原理GPS载波相位观测Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)整周模糊度整周计数注意周跳2024/5/461.GPS载波相位定位原理GPS载波相位观测初始时刻t0观测相位差，整周数N0未知；任一时刻ti观测相位差和整周数的变化值Int(φ)，N0未知。公式1公式22024/5/471.GPS载波相位定位原理载波相位测量中很关键的一步是重建载波。调制波载波调制信号2024/5/481.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2024/5/491.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。2024/5/4101.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。2024/5/4112.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经传播延迟后，在GPS标准时刻Tb到达接收机。2024/5/4122.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，而在Tb时,接收机本振产生的载波相位为,可知，在Tb时，载波相位观测量为:公式32024/5/4132.载波相位观测量的测量考虑到卫星钟差和接收机钟差，有:则有: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式中，f为信号频率，为微小时间间隔。以2π为单位。公式4公式52024/5/4142.载波相位观测量的测量设fj为卫星发射的载波频率，fi为接收机本振产生的固定参考频率，且fi

=fj=f，同时考虑到Tb=Ta+Δτ，则有：综合公式5、6，可以将4式改写为：公式6公式72024/5/4152.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的影响δρ1和δρ2，则有：其中，c为电磁波传播速度，ρ为卫星到接收机之间的几何距离。带入公式7后有：考虑到载波相位整周数,有：公式8公式9公式102024/5/4163.整周未知数N0的确定1.伪距法

伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离伪单位）后即可得到λ•N0。但由于伪距测量的精度较低,所以要有较多的λ•N0取平均值后才能获得正确的整波段数。ΔφN0λ•N02024/5/4173.整周未知数N0的确定3)求固定解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。2024/5/4183.整周未知数N0的确定二）实数解：

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。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。2024/5/4193.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。2024/5/4203.整周未知数N0的确定3.多普勒法特点：可以消除掉许多误差，适用范围广泛。单差双差三差2024/5/4213.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：初始平差重复平差验后方差最小最佳估值整数解的组合置信区间2024/5/4223.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。2024/5/4233.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2024/5/4244.载波相位定位测量与伪距定位测量的比较伪距法定位与载波相位定位的对比测距方法伪距定位载波相位测量测量对象测距码载波测量内容∆t∆

测量原理ρ＝C·∆t

实际测量值本地码的延迟时间差频信号的相位优点无模糊测距、可以实现实时定位测距精度高缺点精度低，单点定位的应用受到限制不容易实时定位、有周跳现象、受误差影响，解算复杂2024/5/4255.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？

N01.伪距法2.经典方法①整数解