4-1衛(wèi)星載波相位定位原理(精)

衛(wèi)星載波相位定位原理主講人申浩2024/5/41授課提綱GPS載波相位定位原理載波相位觀測(cè)量的測(cè)量整周未知數(shù)N0的確定載波相位定位測(cè)量與偽距定位測(cè)量的比較本次課小結(jié)2024/5/421.GPS載波相位定位原理載波相位測(cè)量原理2024/5/431.GPS載波相位定位原理是測(cè)量接收機(jī)接收到的具有多普勒頻移的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差，通過(guò)相位差來(lái)求解接收機(jī)位置。載波相位測(cè)量概念：載波相位觀測(cè)是目前最精確的觀測(cè)方法。2024/5/441.GPS載波相位定位原理GPS載波相位觀測(cè)2024/5/451.GPS載波相位定位原理GPS載波相位觀測(cè)Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)整周模糊度整周計(jì)數(shù)注意周跳2024/5/461.GPS載波相位定位原理GPS載波相位觀測(cè)初始時(shí)刻t0觀測(cè)相位差，整周數(shù)N0未知；任一時(shí)刻ti觀測(cè)相位差和整周數(shù)的變化值Int(φ)，N0未知。公式1公式22024/5/471.GPS載波相位定位原理載波相位測(cè)量中很關(guān)鍵的一步是重建載波。調(diào)制波載波調(diào)制信號(hào)2024/5/481.GPS載波相位定位原理載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波①重建載波--目的是將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)。載波調(diào)制了電文之后變成了非連續(xù)的波偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量2024/5/491.GPS載波相位定位原理載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波②碼相關(guān)法--將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。2024/5/4101.GPS載波相位定位原理載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波③平方法--將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）自乘。2024/5/4112.載波相位觀測(cè)量的測(cè)量設(shè)在GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻Ta衛(wèi)星Sj發(fā)射的載波信號(hào)相為經(jīng)傳播延遲后，在GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻Tb到達(dá)接收機(jī)。2024/5/4122.載波相位觀測(cè)量的測(cè)量根據(jù)電磁波傳播原理，Tb時(shí)接收到的和Ta時(shí)發(fā)射的相位不變，即，而在Tb時(shí),接收機(jī)本振產(chǎn)生的載波相位為,可知，在Tb時(shí)，載波相位觀測(cè)量為:公式32024/5/4132.載波相位觀測(cè)量的測(cè)量考慮到衛(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，所以器信號(hào)的相位與頻率的關(guān)系可表示為式中，f為信號(hào)頻率，為微小時(shí)間間隔。以2π為單位。公式4公式52024/5/4142.載波相位觀測(cè)量的測(cè)量設(shè)fj為衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率，fi為接收機(jī)本振產(chǎn)生的固定參考頻率，且fi

=fj=f，同時(shí)考慮到Tb=Ta+Δτ，則有：綜合公式5、6，可以將4式改寫(xiě)為：公式6公式72024/5/4152.載波相位觀測(cè)量的測(cè)量傳播延遲Δτ中考慮到電離層和對(duì)流層的影響δρ1和δρ2，則有：其中，c為電磁波傳播速度，ρ為衛(wèi)星到接收機(jī)之間的幾何距離。帶入公式7后有：考慮到載波相位整周數(shù),有：公式8公式9公式102024/5/4163.整周未知數(shù)N0的確定1.偽距法

偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測(cè)量，將偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值（化為以距離偽單位）后即可得到λ?N0。但由于偽距測(cè)量的精度較低,所以要有較多的λ?N0取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。ΔφN0λ?N02024/5/4173.整周未知數(shù)N0的確定3)求固定解2.將整周未知數(shù)當(dāng)做平差中的待定參數(shù)

——經(jīng)典方法一）整數(shù)解：基本方法1)求初始解—基線(xiàn)向量、整周未知數(shù)2)將整周模糊度固定為整數(shù)適用范圍：在基線(xiàn)較短的相對(duì)定位中，若觀測(cè)誤差和外界誤差對(duì)觀測(cè)量的影響較小時(shí)，這種整周未知數(shù)的確定方法比較有效。2024/5/4183.整周未知數(shù)N0的確定二）實(shí)數(shù)解：

特點(diǎn)：通常對(duì)于20km以上的長(zhǎng)基線(xiàn)一般不再考慮整周未知數(shù)的整數(shù)性質(zhì)，直接將實(shí)數(shù)作為整周未知數(shù)的解，此時(shí)，通過(guò)平差計(jì)算得到的整周未知數(shù)不是整數(shù)，不必湊整，直接以實(shí)數(shù)形式代入觀測(cè)方程，重新解算其它參數(shù)?；€(xiàn)較長(zhǎng)，誤差相關(guān)性減弱，初始解的誤差將隨之增大，從而使模糊度參數(shù)很難固定，整數(shù)化的意義不大。2024/5/4193.整周未知數(shù)N0的確定總結(jié)：

平差待定參數(shù)法解算整周未知數(shù)，往往需要觀測(cè)一個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，從而影響了作業(yè)效率。因此，此法一般用于經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位模式進(jìn)行高精度的GPS定位中。2024/5/4203.整周未知數(shù)N0的確定3.多普勒法特點(diǎn)：可以消除掉許多誤差，適用范圍廣泛。單差雙差三差2024/5/4213.整周未知數(shù)N0的確定4.快速確定整周未知數(shù)法（FARA）基本思想：初始平差重復(fù)平差驗(yàn)后方差最小最佳估值整數(shù)解的組合置信區(qū)間2024/5/4223.整周未知數(shù)N0的確定

特點(diǎn)：在短基線(xiàn)情況下，根據(jù)數(shù)分鐘的雙頻觀測(cè)成果，便可精確的確定整周模糊度的最佳估值，使相對(duì)定位的精度達(dá)到厘米級(jí)。這一方法在快速靜態(tài)定位中得到了廣泛應(yīng)用。2024/5/4233.整周未知數(shù)N0的確定5.動(dòng)態(tài)確定整周未知數(shù)的方法（AROF）

特點(diǎn):在載體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所觀測(cè)的衛(wèi)星一旦失鎖，為重新確定整周未知數(shù)，運(yùn)動(dòng)載體不需要停下來(lái)重新進(jìn)行初始化工作，它可在載體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)。

增加跟蹤衛(wèi)星數(shù)，增加觀測(cè)歷元數(shù)，以增加解的可靠性和精確性2024/5/4244.載波相位定位測(cè)量與偽距定位測(cè)量的比較偽距法定位與載波相位定位的對(duì)比測(cè)距方法偽距定位載波相位測(cè)量測(cè)量對(duì)象測(cè)距碼載波測(cè)量?jī)?nèi)容?t?

測(cè)量原理ρ＝C·?t

實(shí)際測(cè)量值本地碼的延遲時(shí)間差頻信號(hào)的相位優(yōu)點(diǎn)無(wú)模糊測(cè)距、可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位測(cè)距精度高缺點(diǎn)精度低，單點(diǎn)定位的應(yīng)用受到限制不容易實(shí)時(shí)定位、有周跳現(xiàn)象、受誤差影響，解算復(fù)雜2024/5/4255.本次課小結(jié)為什么？偽距測(cè)量精度低是什么？載波相位測(cè)量定義重建載波：①碼相關(guān)法②平方法怎么做？

N01.偽距法2.經(jīng)典方法①整數(shù)解