1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组1GPS原理及其应用原理及其应用GPS原理及其应用原理及其应用2第五章第五章 距离测量与距离测量与GPS定位定位5.2 载波相位测量载波相位测量GPS原理及其应用原理及其应用35.2 载波相位测量载波相位测量GPS原理及其应用原理及其应用4载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波 重建载波重建载波 将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。载波调制了电文之后载波调制了电文之后变成了非连续的波变成了非连续的波伪距测量与载波相位测量伪距测量与载波相位测量G
2、PS原理及其应用原理及其应用5载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波 码相关法码相关法 方法方法 将所接收到的调制信号（卫星信号）将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。与接收机产生的复制码相乘。 技术要点技术要点 卫星信号（弱）与接收机信号（强）卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。相乘。 特点特点 限制：需要了解码的结构。限制：需要了解码的结构。 优点：可获得导航电文，可获得全优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比波长的载波，信号质量好（信噪比高）高）卫星信号的生成接收机重建载波(c )2002, 黄劲松码相关法码相关法GPS原
3、理及其应用原理及其应用6载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波 平方法平方法 方法方法 将所接收到的调制信号（卫星信号）将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。自乘。 技术要点技术要点 卫星信号（弱）自乘。卫星信号（弱）自乘。 特点特点 优点：无需了解码的结构优点：无需了解码的结构 缺点：无法获得导航电文，所获载缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了量较差（信噪比低，降低了30dB）平方法平方法GPS原理及其应用原理及其应用7载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波 互相关（交叉
4、相关）互相关（交叉相关） 方法方法 将不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个将不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距差和相位差频率间的伪距差和相位差 技术要点技术要点 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。不同频率的卫星信号（弱）进行相关。 特点特点 优点：无需了解优点：无需了解Y码的结构，可获得导航电文，可获得全波波码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB）)()(12/, 12, 1, 2/, 12LLACLLYLYLACLLRRRRGPS原理及其应用原理及其应用8
5、载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波 Z跟踪跟踪 方法：将卫星信号在一个方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机码码元内与接收机复制出的复制出的P码进行相关处理。码进行相关处理。 在一个在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。信号（强）进行相关。 特点特点 优点：无需了解优点：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，码结构，可测定双频伪距观测值，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了较平方法好（信噪比降低了14dB）GPS原理及其应用原理及其
6、应用9载波测距载波测距itjtitijttR(c )2002, 黄劲松GPS原理及其应用原理及其应用10GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的基本原理SR SR)SR( )tR( )tS接收机根据自身的钟在 时刻复制信号的相位tR接收机根据自身的钟在 时刻所接收到卫星在时刻所发送信号的相位tRtS tR tS理想情况理想情况实际情况实际情况GPS原理及其应用原理及其应用11载波相位观测值载波相位观测值 观测值观测值 整周计数整周计数 整周未知数（整周模糊度）整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值载波相位观测值)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示为：以后的观测：
7、首次观测： Int0NN0Fr0N0Int( )iFrit0tiGPS原理及其应用原理及其应用12载波相位测量的特点载波相位测量的特点 接收机只能测量载波相位的不足整数部分以及在一段时间接收机只能测量载波相位的不足整数部分以及在一段时间内变化部分。因此在每一个相位观测值中，存在着一个常内变化部分。因此在每一个相位观测值中，存在着一个常量未知数，被称为整周模糊度。量未知数，被称为整周模糊度。 只要接收机能保持对卫星连续跟踪不失锁，对同一卫星信只要接收机能保持对卫星连续跟踪不失锁，对同一卫星信号的载波相位观测值是连续的，且均包含同一个整周模糊号的载波相位观测值是连续的，且均包含同一个整周模糊度。度
8、。 在载波相位测量值被转换成卫星和接收机之间精密的几何在载波相位测量值被转换成卫星和接收机之间精密的几何距离之前，整周模糊度必须被确定。一旦所有的模糊度正距离之前，整周模糊度必须被确定。一旦所有的模糊度正确解算出来，利用四颗卫星将很容易的获得厘米级精度的确解算出来，利用四颗卫星将很容易的获得厘米级精度的定位。定位。 如果卫星失锁或其他原因造成计数器中止正常的累积，则如果卫星失锁或其他原因造成计数器中止正常的累积，则整周计数则发生整周跳变，则需要进行周跳的修复工作，整周计数则发生整周跳变，则需要进行周跳的修复工作，如无法修复失锁前后的载波相位，则需要重新设置整周未如无法修复失锁前后的载波相位，则
9、需要重新设置整周未知数。知数。GPS原理及其应用原理及其应用13载波相位测量的特点载波相位测量的特点 优点优点 精度高，测距精度可达精度高，测距精度可达0.1mm量级量级 难点难点 整周未知数问题整周未知数问题 整周跳变问题整周跳变问题GPS原理及其应用原理及其应用14tropiioniiiittiiiiiVVLLcVcVNdZndYmdXlvSR)()(其中：0载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程tropiionttiiiitropiionttiiiVVcVcVNVVcVcVNSRSR)()()(原始形式原始形式线性化后：线性化后：tropiionttiiiiiiitropiionttiiiiiiiiVVcVcVNdZZzdYYydXXxVVcVcVNdZzZdYyYdXxXSRSR)()()()()()()()()()(00000000000000误差方程为：误差方程为：
