1、載波相位測量作者：周曉林利用測距碼進行偽距測量是全球定位系統的基本測距方法。然而由于測距碼的碼元長度較大，對于一些高精度應用來講其測距精度還顯得過低無法滿足需要。如果觀測精度均取至測距碼波長的百分之一，則偽距測量對P碼而言量測精度為30cm,對C/A碼而言為3cm左右。而如果把載波作為量測信號，由于載波的波長短小"q=-4rtl所以就可達到很高的精度。目前的大地型接收機的載波相位測量精度一般為12mm,有的精度更高。但載波信號是一種周期性的正弦信號，而相位測量又只能測定其不足一個波長的部分，因而存在著整周數不確定性的問題，使解算過程變得比較復雜。在GPS信號中由于已用相位調整的方法在

2、載波上調制了測距碼和導航電文，因而接收到的載波的相位已不再連續，所以在進行載波相位測量以前，首先要進行解調工作，設法將調制在載波上的測距碼和衛星電文去掉，重新獲取載波，這一工作稱為重建載波。重建載波一般可采用兩種方法，一種是碼相關法，另一種是平方法。采用前者，用戶可同時提取測距信號和衛星電文，但用戶必須知道測距碼的結構；采用后者，用戶無須掌握測踉碼的結構，但只能獲得載波信號而無法獲得測距碼和衛星電文。、載波相位測量原理載波相位測量的觀測量是GPS接收機所接收的衛星載波信號與接收機本振參考信號的相位差。以J"表示k接收機在接收機鐘面時刻時所接收到的,衛星載波信號的相位值，於'&

3、quot;表示k接收機在鐘面時刻k時所產生的本地參考信號的相位值，觀k接收機在接收機鐘面時刻時觀測,衛星所取得的相位觀測量可寫為圖7-3通常的相位或相位差測量只是測出一周以內的相位值。實際測量中，如果對整周進行計數，則自某一初始取樣時刻（,以后就可以取得連續的相位測量值。如圖7-3在初始5時刻，測得小于一周的相位差為用,其整周數為此,此時包含整周數的相位觀測值應為期，=Xd-膈二4【，口）一曾凡*A二3）-點此（7-10）接收機繼續跟蹤衛星信號，不斷測定小于一周的相位差口口并利用整波計數器記錄從到人時間內的整周數變化量LMf；只要衛星V從“到八之間衛星信號沒有中斷，則初始時刻整周模糊度就為一常

4、數，這樣，任一時刻衛星守至忸接收機的相位差為寸*1匕）二中上（I：-QIV）+：%+?一11>上武說明，從第一次開始，在以后的觀測中，其觀測量包括了相位差的小數部分和累計的整周數。二、載波相位測量的觀測方程載波相位觀測量是接收機（天線）和衛星位置的函數，只有得到了它們之間的函數關系，才能從觀測量中求解接收機（或衛星）的位置。設在gps標準時刻匚1（衛星鐘面時刻'）衛星發射的載波信號相位為守",，經傳播延遲At后，在gps標準時刻（接收機鐘面時刻在）到達接收機。.FU根據電磁波傳播原理，h時接收到的和7：時發射的相位不變，即G（九）二/（'J而在必時，接收機本振產

5、生的載波相位為d乜八0N7-9；式可知，在Tb時，載波相位觀測量為匚.一上）-）,/.!t+of,.»71,二人一d九一考慮到衛星鐘差和接收機鐘差，有HA",則有力=卬（中乙）_八匚）（7-12）對于衛星鐘和接收機鐘，其振蕩器頻率一般穩定良好，所以其信號的相位與頻率的關系可表示為(7-13)式中，/為信號頻率，Z為微小時間間隔。中以2r為單位設）為j衛星發射的載波頻率，h為接收機本振產生的固定參考頻率，且同時考慮到八,L+,則有2（p（7-14）顧及（7-13）和（7-14）兩式，（7-12）式可改寫為中二t（/；）一/喻小？：）十/譏=/，3.尸和“/胃幾<7-15

6、）傳播延遲X中考慮到電離層和對流層的影響）作和”，遼，則ir=（o-opj）（716式中，c為電磁波傳播速度，P為衛星至接收機之間的幾何距農。代入（7-15）式，有G=4（p_合色一訊）+啟乙_而九（7-17）考慮到（7-11）式，即顧及載波相位整周數Ai二M-b后,有值=£n+/ofa-府九一,；"一上臺做一.%（7-IB）c,ce（7-18）式即為接收機k對衛星的載波相位測量的觀測方程。三、整周未知數N。的確定確定整周未知數八口是載波相位測量的一項重要工作。常用的方法有下列幾種:1 .偽距法偽距法是在進行載波相位測量的同時又進行了偽距測量，將偽距觀鄧值減去載波相位測量的

7、實際觀測值（化為以距離為單位）后即可得到H。但由于偽距測量的精度較低，所以要有較多的取平均值后才能獲得正確的整波段2 .將整周未知數當做平差中的待定參數經典方法把整周末知數當做平差計算中的待定參數來加以估計和確定有兩種方法。（1）整數解整周未知數從理論上講應該是一個整數，利用這一特性能提高解的精度。短基線定位時一般采用這種方法。具體步驟如下：首先根據衛星位置和修復了周跳后的相位觀測值進行平差計算，求得基線向量和整周未知數。由于各種誤差的影響，解得的整周未知數往往不是一個整數，稱為實數解。然后將其固定為整數（通常采用四舍五入法），并重新進行平差計算。在計算中整周未知數采用整周值并視為已知數，以求

8、得基線向量的最后值。（2）實數解當基線較長時，誤差的相關性將降低，許多誤差消除得不夠完善。所以無論是基線向量還是整周未知數，均無法估計得很準確。在這種情況下再將整周未知數固定為某一整數往往無實際意義，所以通常將實數解作為最后解。采用經典方法解算整周未知數時，為了能正確求得這些參數，往往需要一個小時甚至更長的觀測時間，從而影響了作業效率，所以只有在高精度定位領域中才應用。3 .多普勒法（三差法）由于連續跟蹤的所有載波相位測量觀測值中均含有相同的整周未知數A，所以將相鄰兩個觀測歷元的載波相位相減，就將該未知參數消去，從而直接解出坐標參數。這就是多普勒法。但兩個歷元之間的載波相位觀測值之差受到此期間接收機鐘及衛星鐘的隨機誤差的影響，所以精度不太好，往往用來解算未知參數的初始值。三差法可以消除掉許多誤差，所以使用較廣泛。4 .快速確定整周未知數法1990年和提出了利用快速模糊度（即整周未知數）解算法進行快速定位的方法。采用這種方法進行短基線定位時，利用雙頻接收機只須觀測一分鐘便能成功地確定整周未知數。這種方法的基本思路是，利用初始平差的解向量（接收機點的坐標及整周未知數的實數解）及其精度信息（單位權中誤差和方差協方差陣），以數理統計理論的參數估計和統計假設檢驗為基礎，確定在某一置信區間整周未知數可能的整數解的組合，然后依次將整周未知數的每一組合作為已知值，重復地進行