5.3 载波相位测量
《GPS定位原理及应用》授课教案
第五章 GPS卫星定位基本原理
5.3 载波相位测量
定义:载波相位观测值:载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。
整周模糊度:可
记录
混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载
下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度。
5.3.1 载波相位测量原理
载波信号量测精度优于波长的1/100，载波波长(L1=19cm, L2=24cm)比C/A码波长 (C/A=293m)短得多，所以GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的成果精度。
5.3.2 载波相位测量的观测方程
载波相位基本观测方程:
jJ,,(t),,，N(初始相位观测值)k000
jjjJ,(t),,(t),,(t)，N，Int(,)(t时刻相位观测值)kikiki0i
考虑电离层、对流层、钟差影响有:
fffjjj,,，,,,，()() (5-18) ,,,,,,,ttffN12kikitjtkkccc 5.3.3 整周跳变修复
整周跳变:卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁，计数器无法连续计数，当信号重新被跟踪后，使整周计数不正确，但不到一整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。
整周跳变的探测与修复常用的方法有下列几种:
1. 屏幕扫描法
此种方法是由作业人员在计算机屏幕前依次对每个站、每个时段、每个卫星的相位观测值变化率的图像进行逐段检查，观测其变化率是否连续。如果出现不规则的突然变化时，就说明在相应的相位观测中出现了整周跳变现象。然后用手工编辑的方法逐点、逐段修复。
2. 用高次差或多项式拟合法
此种方法是根据有周跳现象的发生将会破坏载波相位测量的观测值Int(ψ)+Δψ随时间而有规律变化的特性来探测的。整周计数每秒钟可变化数千周，那么对于几十周的跳变就不易发现。但如果在相邻的两个观测值间依次求差而求得观测值的一次差的话，这些一次差的变化就要小得多。在一次差的基础上再求二次差，三次差、四次差、五次差时，其变化就小的更多了。此时就能发现有周跳现象的时段来。四次、五次差已趋近于零。由于振荡器的随机误差而给相邻的L1载波相位造成的影响为2(4周，所以用求差的方法一般难以探测出只有几周的小周跳。
通常也采用曲线拟合的方法进行计算。根据几个相位测量观测值拟合一个n阶多项式，据此多项式来预估下一个观测值并与实测值比较，从而来发现周跳并修正整周计数。
3. 在卫星间求差法
在GPS测量中，每一瞬间要对多颗卫星进行观测，因而在每颗卫星的载波相位测量观测值中，所受到的接收机振荡器的随机误差的影响是相同的。在卫星间求差后即可消除此项误差的影响。
4. 根据平差后的残差发现和修复整周跳变
经过上述处理的观测值中还可能存在一些未被发现的小周跳。修复后的观测值中也可能引入1—2周的偏差。用这些观测值来进行平差计算，求得的各观测值的残差。由于载波相
位测量的精度很高，因而这些残差的数值一般均很小。有周跳的观测值上则会出现很大的残差，据此可以发现和修复周跳。
5. 用双频观测值修复周跳
采用双频载波相位观测值的组合，并考虑电离层折射改正有:
ffAA112,,,,,,,N,N,，1212cf2ffcff2211
由于组合后右边只剩下整周数之差和电离层折射的残差项，由于电离层折射
,,的残差项很小，故可用来探测周跳。此法又称电离层残差法。 5.3.4 整周未知数N0的确定
确定整周未知数N是载波相位测量的一项重要工作。常用的方法有下列几种: 0
1( 1( 伪距法
伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值(化为以距离为单位)后即可得到λN。但由于伪距测量的精度较低，所以要0
有较多的λN取平均值后才能获得正确的整波段数。 0
2. 将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法
把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加以估计和确定有两种方法。
(1)整数解
整周未知数从理论上讲应该是一个整数，利用这一特性能提高解的精度。短基线定位时一般采用这种方法。具体步骤如下:
首先根据卫星位置和修复了周跳后的相位观测值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。由于各种误差的影响，解得的整周未知数往往不是一个整数，称为实数解。然后将其固定为整数(通常采用四舍五入法)，并重新进行平差计算。在计算中整周未知数采用整周值并视为已知数，以求得基线向量的最后值。
(2)实数解
当基线较长时，误差的相关性将降低，许多误差消除得不够完善。所以无论是基线向量还是整周未知数，均无法估计得很准确。在这种情况下再将未知数固定为某一整数往往无实际意义，所以通常将实数解作为最后解。
采用经典方法解算整周未知数时，为了能正确求得这些参数，往往需要一个小时甚至更长的观测时间，从而影响了作业效率，所以只有在高精度定位领域中才应用。
3. 多普勒法 (三差法)
由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含有相同的整周未知数No，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就将该未知参数消去，从而直接解出坐标参数。这就是多普勒法。但两个历元之间的载波相位观测值之差受到此期间接收机钟及卫星钟的随机误差的影响，所以精度不太好，往往用来解算未知参数的初始值。三差法可以消除许多误差，所以使用较广泛。
4. 快速确定整周未知数法
1990年E.Frei和G.Beutler提出了利用快速模糊度(即整周未知数)解算法进行快速定位的方法。采用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功地确定整周未知数。
浙公网安备 33021202002483