1、載波相位測量作者：周曉林利用測距碼進(jìn)行偽距測量是全球定位系統(tǒng)的基本測距方法。然而由于測距碼的碼元長度較大，對(duì)于一些高精度應(yīng)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(duì)P碼而言量測精度為30cm，對(duì)C/A碼而言為3cm左右。而如果把載波作為量測信號(hào)，由于載波的波長短所以就可達(dá)到很高的精度。目前的大地型接收機(jī)的載波相位測量精度一般為12mm，有的精度更高。但載波信號(hào)是一種周期性的正弦信號(hào)，而相位測量又只能測定其不足一個(gè)波長的部分，因而存在著整周數(shù)不確定性的問題，使解算過程變得比較復(fù)雜。在GPS信號(hào)中由于已用相位調(diào)整的方法在載波上調(diào)制了測距碼和導(dǎo)航電文

2、，因而接收到的載波的相位已不再連續(xù)，所以在進(jìn)行載波相位測量以前，首先要進(jìn)行解調(diào)工作，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)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(guān)法，另一種是平方法。采用前者，用戶可同時(shí)提取測距信號(hào)和衛(wèi)星電文，但用戶必須知道測距碼的結(jié)構(gòu)；采用后者，用戶無須掌握測踉碼的結(jié)構(gòu)，但只能獲得載波信號(hào)而無法獲得測距碼和衛(wèi)星電文。一、載波相位測量原理載波相位測量的觀測量是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。以表示k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻時(shí)所接收到的衛(wèi)星載波信號(hào)的相位值，表示k接收機(jī)在鐘面時(shí)刻時(shí)所產(chǎn)生的本地參考信號(hào)的相位值，觀

3、k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻時(shí)觀測衛(wèi)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(nèi)的相位值。實(shí)際測量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻以后就可以取得連續(xù)的相位測量值。如圖7-3在初始時(shí)刻，測得小于一周的相位差為，其整周數(shù)為，此時(shí)包含整周數(shù)的相位觀測值應(yīng)為接收機(jī)繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，不斷測定小于一周的相位差，并利用整波計(jì)數(shù)器記錄從到時(shí)間內(nèi)的整周數(shù)變化量，只要衛(wèi)星從到之間衛(wèi)星信號(hào)沒有中斷，則初始時(shí)刻整周模糊度就為一常數(shù)，這樣，任一時(shí)刻衛(wèi)星到# 接收機(jī)的相位差為上武說明，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(shù)部分和累計(jì)的整周數(shù)。二、載波相位測量的觀測方程

4、載波相位觀測量是接收機(jī)（天線）和衛(wèi)星位置的函數(shù)，只有得到了它們之間的函數(shù)關(guān)系，才能從觀測量中求解接收機(jī)（或衛(wèi)星）的位置。設(shè)在GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻（衛(wèi)星鐘面時(shí)刻）衛(wèi)星發(fā)射的載波信號(hào)相位為，經(jīng)傳播延遲后，在GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻（接收機(jī)鐘面時(shí)刻）到達(dá)接收機(jī)。根據(jù)電磁波傳播原理，時(shí)接收到的和時(shí)發(fā)射的相位不變，即而在時(shí)，接收機(jī)本振產(chǎn)生的載波相位為式可知，在時(shí)，載波相位觀測量為考慮到衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差，有，則有對(duì)于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘，其振蕩器頻率一般穩(wěn)定良好，所以其信號(hào)的相位與頻率的關(guān)系可表示為式中，為信號(hào)頻率，為微小時(shí)間間隔。以為單位。設(shè)為衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率，為接收機(jī)本振產(chǎn)生的固定參考頻率，且，同時(shí)考慮到，則有2顧

5、及（7-13）和（7-14）兩式，（7-12）式可改寫為傳播延遲中考慮到電離層和對(duì)流層的影響和，則式中，c為電磁波傳播速度，為衛(wèi)星至接收機(jī)之間的幾何距農(nóng)。代入（7-15）式，有考慮到（7-11）式，即顧及載波相位整周數(shù)后，有（7-18）式即為接收機(jī)k對(duì)衛(wèi)星的載波相位測量的觀測方程。三、整周未知數(shù)的確定確定整周未知數(shù)是載波相位測量的一項(xiàng)重要工作。常用的方法有下列幾種：1.偽距法偽距法是在進(jìn)行載波相位測量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測量，將偽距觀鄧值減去載波相位測量的實(shí)際觀測值（化為以距離為單位）后即可得到。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數(shù)。2.將整周未知數(shù)當(dāng)做平差中

6、的待定參數(shù)經(jīng)典方法把整周末知數(shù)當(dāng)做平差計(jì)算中的待定參數(shù)來加以估計(jì)和確定有兩種方法。（1）整數(shù)解整周未知數(shù)從理論上講應(yīng)該是一個(gè)整數(shù)，利用這一特性能提高解的精度。短基線定位時(shí)一般采用這種方法。具體步驟如下：首先根據(jù)衛(wèi)星位置和修復(fù)了周跳后的相位觀測值進(jìn)行平差計(jì)算，求得基線向量和整周未知數(shù)。由于各種誤差的影響，解得的整周未知數(shù)往往不是一個(gè)整數(shù)，稱為實(shí)數(shù)解。然后將其固定為整數(shù)（通常采用四舍五入法），并重新進(jìn)行平差計(jì)算。在計(jì)算中整周未知數(shù)采用整周值并視為已知數(shù)，以求得基線向量的最后值。（2）實(shí)數(shù)解當(dāng)基線較長時(shí)，誤差的相關(guān)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(shù)，均無法估計(jì)得很準(zhǔn)確

7、。在這種情況下再將整周未知數(shù)固定為某一整數(shù)往往無實(shí)際意義，所以通常將實(shí)數(shù)解作為最后解。采用經(jīng)典方法解算整周未知數(shù)時(shí)，為了能正確求得這些參數(shù)，往往需要一個(gè)小時(shí)甚至更長的觀測時(shí)間，從而影響了作業(yè)效率，所以只有在高精度定位領(lǐng)域中才應(yīng)用。3.多普勒法（三差法）由于連續(xù)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(shù)，所以將相鄰兩個(gè)觀測歷元的載波相位相減，就將該未知參數(shù)消去，從而直接解出坐標(biāo)參數(shù)。這就是多普勒法。但兩個(gè)歷元之間的載波相位觀測值之差受到此期間接收機(jī)鐘及衛(wèi)星鐘的隨機(jī)誤差的影響，所以精度不太好，往往用來解算未知參數(shù)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(shù)法1990年和提出了利用快速模糊度（即整周未知數(shù)）解算法進(jìn)行快速定位的方法。采用這種方法進(jìn)行短基線定位時(shí)，利用雙頻接收機(jī)只須觀測一分鐘便能成功地確定整周未知數(shù)。這種方法的基本思路是，利用初始平差的解向量（接收機(jī)點(diǎn)的坐標(biāo)及整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解）及其精度信息（單位權(quán)中誤差和方差協(xié)方差陣），以數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的參數(shù)估計(jì)和統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定在某一置信區(qū)間整周未知數(shù)可能的整數(shù)解的組合，然后依次將整周未知數(shù)的每一組合作為已知值，重復(fù)地進(jìn)行平差計(jì)算。其中使估值的驗(yàn)后方差或方差和為最