卫星载波相位定位原理

卫星载波相位定位原理主要内容（一）概述（二）载波相位观测量的测量（三）载波相位定位原理（四）载波相位定位和伪距定位的比较一概述1.1载波的定义1.2进行载波相位测量的原因1.3重建载波载波--可运载调制信号的高频振荡波。1.1载波的定义卫星钟010.23fMHz0154f0120f11575.42fMHz载波1L载波2L119.03cm224.42cm21227.60fMHzGPS:1）采用两种频率的载波较完善地消除电离层延迟2）GPS载波的功能传送测距码和导航电文用作测距信号测距码:C/A码P码【低精度导航应用】载波相位:L1载波()L2载波()【高精度定位应用】1.2进行载波相位测量的原因0.3~3m0.03~0.3m119.03cm224.42cm2~3mm1.3重建载波(I)接收到的卫星信号调制波、相位不连续解调去掉测距码和导航电文重建的载波信号码相关法平方法互相关技术Z跟踪技术码相关法1.3重建载波(II)接收机产生的复制码对接收到的卫星信号再进行一次二进制相位调制，可以将测距码去掉，仅留下载波和导航电文；由于载波和导航电文的频率相差悬殊，可容易地用滤波器将二者分离。方法：特点：优点可同时获得伪距观测值（C/A）、导航电文和全波长的载波；用复制码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的信噪比较好。缺点需要知道测距码的结构。平方法1.3重建载波(III)方法：特点：优点不需要知道测距码的结构。缺点平方过程中同时去掉了测距码和导航电文；恢复的是半波长载波，其整周模糊度更难确定；卫星信号（弱）自乘，得到结果的信噪比较差。cosAtcosAt卫星信号自乘222coscos2222AAAtt互相关法1.3重建载波(IV)方法：特点：优点无需了解Y码的结构，可同时获得双频伪距观测值（C/A、P'2)、导航电文和全波长的L1和L2载波；缺点卫星信号Y1（弱）与卫星信号Y2（弱）自乘，得到结果的信噪比较差。对C/A码仍采用码相关法恢复全波长的L1载波；利用载波频率不同造成的电离层延迟不同，通过相关性分析得到L1和L2两信号的伪距差及载波相位差；21,/2,1,()LLCALYLYRRRR21,/21()LLCALLRogueSNR-x,AOAICS-4000Z,Trimble4000,Trimble4700Z跟踪技术1.3重建载波(V)方法：特点：优点可同时获得双频伪距观测值（C/A、P1、P2)、导航电文和全波长的L1和L2载波；用复制码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的信噪比较好。将P(Y)码重新分解为P码和W码；接收机产生复制码，利用码相关法去掉P码，可获得全波长的L1和L2载波；AshtechZ-12,AOABenchmark,LeicaSR399Geodetic二载波相位观测量的测量2.1载波相位测量原理2.2载波相位实际观测值2.1载波相位测量原理()rrrtft()(())rerrsstttftt--接收机振荡器产生的基准信号相位()rrt--接收机接收到的卫星信号相位()srt()erstt()srt()rrtrtrtrtt卫星钟接收机钟()rrftfttftfc()()srrrtt相位差(())rrsrtt2.2载波相位实际观测值1t00(())rFN0t时刻鉴相器整周模糊度111()[()]rFIntN时刻1t鉴相器多普勒计数器整周模糊度(())rrsrtt0tNN1t0()rF1()rF1()Int01时刻实际观测值it()()()iiirtFInt()iitN整周模糊度N变换频率多级频率单一频率只能测得不足整周部分而无法得到N参数估计GPS载波相位N值三载波相位定位原理3.1载波相位观测方程3.2载波相位单点定位3.1载波相位观测方程(I)N真空中且不考虑各项误差()siontroptidrelretcNt考虑所有误差222()()()()ssrssrrrxyztxyztcN222()()()()srsrsrrsxxyyzztcNt未知参数：(,,)Trrrxyz接收机位置--接收机钟差--rt整周模糊度--N3.1载波相位观测方程(II)非线性222()()()()ssrssrrrxyztxyztcN222()()()sssrrrxyyzxz可以将在测站近似坐标处泰勒级数展开至一阶项：00()()()XFXFXdXXdX0000(,,)TrrrXxyz线性化00020220()()()()ssrsrrFXxyyzxz()rrrFXFFFXxyz0rrrxdXyzXX000rrrrrrxyzxXyz3.1伪距观测方程线性化(III)222()()()sssrrrxyyzxz0000000()()()()rsrsrrrrsrsxxyyzzxytNczt0000000()()()()rrsrsrsrXrxxyyxdXyzzzFXX00()()()XFXFXdXXdX00()=FX3.2载波相位单点定位(I)()rriontroptiderelttcN载波相位测量的观测精度为mm级，此时要获得高精度的定位结果需对各项误差源进行精确改正。电离层误差无电离层组合观测值对流层误差模型改正+参数估计其余误差模型改正22112232212fLfLLff轨道误差和卫星钟差IGS精密星历和钟差3.2载波相位单点定位(II)11111222221111122222110010101000110001000010000xyzxyznxnynznnxyzxyznxnynrnrznaaamaaamaaamaaamRaaamRaaaxmRy121212+(5)nRnnRRrrzvvvnvvctzpdNNNv000rrrrrrxyzxXyzlAxV最小二乘四载波相位定位与伪距定位的比较比较项伪距定位载波相位定位观测值精度dm~mmm卫星位置广播星历精密星历卫星钟差广播星历精密钟差电离层改正模型改正、无电离组合无电离组合对流层改正模型改正模型改正+参数估计相对论效应模型改正模型改正潮汐改正不考虑模型改正天线相位缠绕不考虑模型改正待求参数定位精度数m~数十mcm~dm(,,)Trrrxyzrt(,,)Trrrxyzrtzpd12,,,nNNN