衛(wèi)星載波相位定位原理

1、衛(wèi)星載波相位定位原理主要內(nèi)容n（一）概（一）概 述述n（二）載波相位觀測量的測量（二）載波相位觀測量的測量n（三）載波相位定位原理（三）載波相位定位原理n（四）載波相位定位和偽距定位的比較（四）載波相位定位和偽距定位的比較一一 概概 述述n1.1 載波的定義載波的定義n1.2 進(jìn)行載波相位測量的原因進(jìn)行載波相位測量的原因n1.3 重建載波重建載波 n載波載波 - 可運載調(diào)制信號的高頻振蕩波?？蛇\載調(diào)制信號的高頻振蕩波。1.1 載波的定義載波的定義衛(wèi)星鐘衛(wèi)星鐘010.23fMHz0154f0120f11575.42fMHz 載波1L 載波2L119.03cm224.42cm21227.60fMH

2、zGPS:1）采用兩種頻率的載波）采用兩種頻率的載波較完善地消除電離層延遲較完善地消除電離層延遲2）GPS載波的功能載波的功能傳送測距碼和導(dǎo)航電文傳送測距碼和導(dǎo)航電文用作測距信號用作測距信號n測距碼測距碼: C/A碼碼 P碼碼【低精度導(dǎo)航應(yīng)用】【低精度導(dǎo)航應(yīng)用】n載波相位載波相位: L1載波載波 ( ) L2載波載波( ) 【高精度定位應(yīng)用高精度定位應(yīng)用】 1.2 進(jìn)行載波相位測量的原因進(jìn)行載波相位測量的原因0.3 3m0.03 0.3m119.03cm224.42cm2 3mm 1.3 重建載波重建載波( (I) )接收到的衛(wèi)星信號調(diào)制波、相位不連續(xù)調(diào)制波、相位不連續(xù)解調(diào)去掉測距碼和導(dǎo)航電文

3、去掉測距碼和導(dǎo)航電文重建的載波信號碼相關(guān)法碼相關(guān)法平方法平方法互相關(guān)技術(shù)互相關(guān)技術(shù)Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù)n碼相關(guān)法碼相關(guān)法1.3 重建載波重建載波( (II) ) 接收機(jī)產(chǎn)生的接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼對接收到的衛(wèi)星信號再進(jìn)行一次對接收到的衛(wèi)星信號再進(jìn)行一次二進(jìn)制相位調(diào)制，可以將測距碼去掉，僅留下載波和導(dǎo)航電文；，可以將測距碼去掉，僅留下載波和導(dǎo)航電文； 由于載波和導(dǎo)航電文的頻率相差懸殊，可容易地用由于載波和導(dǎo)航電文的頻率相差懸殊，可容易地用濾波器將二者分將二者分離。離。方法：方法：特點：特點：優(yōu)點 可同時獲得可同時獲得偽距觀測值偽距觀測值（C/A）、導(dǎo)航電文和全波長的載波；、導(dǎo)航電文和全波長的載波； 用

4、復(fù)制碼（強(qiáng)）去乘衛(wèi)星信號（弱），得到結(jié)果的用復(fù)制碼（強(qiáng)）去乘衛(wèi)星信號（弱），得到結(jié)果的信噪比較好信噪比較好。缺點 需要知道需要知道測距碼的結(jié)構(gòu)。測距碼的結(jié)構(gòu)。n平方法平方法1.3 重建載波重建載波( (III) )方法：方法：特點：特點：優(yōu)點 不需要知道不需要知道測距碼的結(jié)構(gòu)。測距碼的結(jié)構(gòu)。缺點 平方過程中平方過程中同時去掉了同時去掉了測距碼和導(dǎo)航電文；測距碼和導(dǎo)航電文； 恢復(fù)的是恢復(fù)的是半波長半波長載波，其整周模糊度更難確定；載波，其整周模糊度更難確定；衛(wèi)星信號（弱）自乘，得到結(jié)果的衛(wèi)星信號（弱）自乘，得到結(jié)果的信噪比較差信噪比較差。cosAtcosAt 衛(wèi)星信號自乘衛(wèi)星信號自乘222cos

5、cos 2222AAAttn互相關(guān)法互相關(guān)法1.3 重建載波重建載波( (IV) )方法：方法：特點：特點：優(yōu)點 無需了解無需了解Y碼的結(jié)構(gòu)，碼的結(jié)構(gòu)，可同時獲得可同時獲得雙頻偽距觀測值雙頻偽距觀測值（C/A、P2) )、導(dǎo)航電、導(dǎo)航電文和文和全波長全波長的的L1和和L2載波；載波；缺點 衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號Y1（弱）與衛(wèi)星信號（弱）與衛(wèi)星信號Y2（弱）自乘，得到結(jié)果的（弱）自乘，得到結(jié)果的信噪比較差信噪比較差。 對對C/A碼仍采用碼相關(guān)法恢復(fù)全波長的碼仍采用碼相關(guān)法恢復(fù)全波長的L1載波；載波； 利用載波頻率不同造成的電離層延遲不同，通過相關(guān)性分析得到利用載波頻率不同造成的電離層延遲不同，通過相關(guān)

6、性分析得到L1和和L2兩信號的兩信號的偽距差及及載波相位差；21,/2,1,()LL C ALYL YRRRR21,/21()LL C ALL Rogue SNR-x, AOA ICS-4000Z, Trimble 4000, Trimble4700nZ跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù)1.3 重建載波重建載波( (V) )方法：方法：特點：特點：優(yōu)點 可可同時獲得同時獲得雙頻偽距觀測值雙頻偽距觀測值（C/A、P1、 P2) ) 、導(dǎo)航電文和全波長的、導(dǎo)航電文和全波長的L1和和L2載波；載波； 用復(fù)制碼（強(qiáng)）去乘衛(wèi)星信號（弱），得到結(jié)果的用復(fù)制碼（強(qiáng)）去乘衛(wèi)星信號（弱），得到結(jié)果的信噪比較好信噪比較好。 將將P

7、(Y)碼重新分解為碼重新分解為P碼和碼和W碼；碼； 接收機(jī)產(chǎn)生復(fù)制碼，利用碼相關(guān)法去掉接收機(jī)產(chǎn)生復(fù)制碼，利用碼相關(guān)法去掉P碼，可獲得全波長的碼，可獲得全波長的L1和和L2載波；載波；Ashtech Z-12, AOA Benchmark, Leica SR399 Geodetic二二 載波相位觀測量的測量載波相位觀測量的測量n2.1 載波相位測量原理載波相位測量原理n2.2 載波相位實際觀測值載波相位實際觀測值 2.1 載波相位測量原理載波相位測量原理( )rrrtf t()()rerrsstttftt - 接收機(jī)振蕩器產(chǎn)生的接收機(jī)振蕩器產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號基準(zhǔn)信號相位相位( )rrt- 接收機(jī)接收

8、到的接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號相位相位( )srt()erstt( )srt( )rrtrtrtrtt衛(wèi)星鐘接收機(jī)鐘()rrf tfttftfc ( )( )srrrtt相位差( )rrsrtt 2.2 載波相位實際觀測值載波相位實際觀測值1t00( )rFN0t時刻鑒相器整整周周模模糊糊度度111( )( )rFIntN時刻1t鑒相器多普勒計數(shù)器整整周周模模糊糊度度( )rrsrtt 0tNN1t0( )rF1( )rF1( )Int01 時刻實際觀測值it( )( )( )iiirtFInt( )iitN整周模糊度 變換頻率變換頻率多級頻率多級頻率單一頻率只能測得只能測得不足整周部分而

9、不足整周部分而無法得到無法得到N參數(shù)估計GPS載波相位載波相位N值值三三 載波相位定位原理載波相位定位原理n3.1 載波相位觀測方程載波相位觀測方程n3.2 載波相位單點定位載波相位單點定位 3.1 載波相位觀測方程載波相位觀測方程( (I) )N真空中且不考慮各項誤差()siontroptidrelretcNt考慮所有誤差222()()()()ssrssrrrxyztxyzt cN222()()()()srsrsrrsxxyyzztcNt未知參數(shù)：(,)Trrrxy z接收機(jī)位置接收機(jī)位置 - 接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差 -rt整周模糊度整周模糊度 -N3.1 載波相位觀測方程載波相位觀測方程(

10、(II) )非線性222()()()()ssrssrrrxyztxyzt cN222()()()sssrrrxyyzxz 可以將可以將 在測站近似坐標(biāo)在測站近似坐標(biāo) 處處泰勒級數(shù)展開泰勒級數(shù)展開至至一階項：一階項： 00()()()XF XF XdXXdX0000(,)TrrrXxyz線性化00020220()()()()ssrsrrF Xxyyzxz()rrrF XFFFXxyz0rrrxdXyzXX000rrrrrrxyzxXyz3.1 偽距觀測方程線性化偽距觀測方程線性化( (III) )222()()()sssrrrxyyzxz0000000()()()()rsrsrrrrsrsxxy

11、yzzxytNczt0000000()()()()rrsrsrsrXrxxyyxdXyzzzF XX00()()()XF XF XdXXdX00()=F X3.2 載波相位單點定位載波相位單點定位( (I) )()rriontroptiderelttcN 載波相位測量的觀測精度為mm級，此時要獲得高精度的定位結(jié)果需對各項誤差源進(jìn)行精確改正。電離層誤差電離層誤差無電離層組合觀測值無電離層組合觀測值對流層誤差對流層誤差模型改正模型改正+參數(shù)估計參數(shù)估計其余誤差其余誤差模型改正模型改正22112232212f Lf LLff軌道誤差和衛(wèi)星鐘差軌道誤差和衛(wèi)星鐘差I(lǐng)GS精密星歷和鐘差精密星歷和鐘差3.2

12、 載波相位單點定位載波相位單點定位( (II) )11111222221111122222110010101000110001000010000 xyzxyznxnynznnxyzxyznxnynrnrznaaamaaamaaamaaamRaaamRaaaxmRy121212+(5)nRnnRRrrzvvvnvvc tzpdNNNv000rrrrrrxyzxXyzlAxV最小二乘四 載波相位定位與偽距定位的比較比較項比較項偽距定位偽距定位載波相位定位載波相位定位觀測值精度觀測值精度dm mmm衛(wèi)星位置衛(wèi)星位置廣播星歷廣播星歷精密星歷精密星歷衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差廣播星歷廣播星歷精密鐘差精密鐘差電離層改正電離層改正模型改正、無電離組合模型改正、無電離組合無電離組合無電