卫星载波相位定位原理汇总课件.ppt

1、卫星载波相位定位原理主要内容n（一）概（一）概 述述n（二）载波相位观测量的测量（二）载波相位观测量的测量n（三）载波相位定位原理（三）载波相位定位原理n（四）载波相位定位和伪距定位的比较（四）载波相位定位和伪距定位的比较一一 概概 述述n1.1 载波的定义载波的定义n1.2 进行载波相位测量的原因进行载波相位测量的原因n1.3 重建载波重建载波 n载波载波 - 可运载调制信号的高频振荡波。可运载调制信号的高频振荡波。1.1 载波的定义载波的定义卫星钟卫星钟010.23fMHz0154f0120f11575.42fMHz 载波1L 载波2L119.03cm224.42cm21227.60fMH

2、zGPS:1）采用两种频率的载波）采用两种频率的载波较完善地消除电离层延迟较完善地消除电离层延迟2）GPS载波的功能载波的功能传送测距码和导航电文传送测距码和导航电文用作测距信号用作测距信号n测距码测距码: C/A码码 P码码【低精度导航应用低精度导航应用】n载波相位载波相位: L1载波载波 ( ) L2载波载波( ) 【高精度定位应用高精度定位应用】 1.2 进行载波相位测量的原因进行载波相位测量的原因0.3 3m0.03 0.3m119.03cm224.42cm2 3mm 1.3 重建载波重建载波( (I) )接收到的卫星信号调制波、相位不连续调制波、相位不连续解调去掉测距码和导航电文去掉

3、测距码和导航电文重建的载波信号码相关法码相关法平方法平方法互相关技术互相关技术Z跟踪技术跟踪技术n码相关法码相关法1.3 重建载波重建载波( (II) ) 接收机产生的接收机产生的复制码对接收到的卫星信号再进行一次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；，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将二者分离。离。方法：方法：特点：特点：优点 可同时获得可同时获得伪距观测值伪距观测值（C/A）、导航电文和全波长的载波；、导航电文和全波长的载波； 用复制

4、码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的用复制码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的信噪比较好信噪比较好。缺点 需要知道需要知道测距码的结构。测距码的结构。n平方法平方法1.3 重建载波重建载波( (III) )方法：方法：特点：特点：优点 不需要知道不需要知道测距码的结构。测距码的结构。缺点 平方过程中平方过程中同时去掉了同时去掉了测距码和导航电文；测距码和导航电文； 恢复的是恢复的是半波长半波长载波，其整周模糊度更难确定；载波，其整周模糊度更难确定；卫星信号（弱）自乘，得到结果的卫星信号（弱）自乘，得到结果的信噪比较差信噪比较差。cosAtcosAt 卫星信号自乘卫星信号自乘222cosco

5、s 2222AAAttn互相关法互相关法1.3 重建载波重建载波( (IV) )方法：方法：特点：特点：优点 无需了解无需了解Y码的结构，码的结构，可同时获得可同时获得双频伪距观测值双频伪距观测值（C/A、P2) )、导航电、导航电文和文和全波长全波长的的L1和和L2载波；载波；缺点 卫星信号卫星信号Y1（弱）与卫星信号（弱）与卫星信号Y2（弱）自乘，得到结果的（弱）自乘，得到结果的信噪比较差信噪比较差。 对对C/A码仍采用码相关法恢复全波长的码仍采用码相关法恢复全波长的L1载波；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利用载波频率不同造成的电离层延迟不同，通过相关性分

6、析得到L1和和L2两信号的两信号的伪距差及及载波相位差；21,/2,1,()LL C ALYL YRRRR21,/21()LL C ALL Rogue SNR-x, AOA ICS-4000Z, Trimble 4000, Trimble4700nZ跟踪技术跟踪技术1.3 重建载波重建载波( (V) )方法：方法：特点：特点：优点 可可同时获得同时获得双频伪距观测值双频伪距观测值（C/A、P1、 P2) ) 、导航电文和全波长的、导航电文和全波长的L1和和L2载波；载波； 用复制码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的用复制码（强）去乘卫星信号（弱），得到结果的信噪比较好信噪比较好。 将将P(Y

7、)码重新分解为码重新分解为P码和码和W码；码； 接收机产生复制码，利用码相关法去掉接收机产生复制码，利用码相关法去掉P码，可获得全波长的码，可获得全波长的L1和和L2载波；载波；Ashtech Z-12, AOA Benchmark, Leica SR399 Geodetic二二 载波相位观测量的测量载波相位观测量的测量n2.1 载波相位测量原理载波相位测量原理n2.2 载波相位实际观测值载波相位实际观测值 2.1 载波相位测量原理载波相位测量原理( )rrrtf t()()rerrsstttftt - 接收机振荡器产生的接收机振荡器产生的基准信号基准信号相位相位( )rrt- 接收机接收到的

8、接收机接收到的卫星信号卫星信号相位相位( )srt()erstt( )srt( )rrtrtrtrtt卫星钟接收机钟()rrf tfttftfc ( )( )srrrtt相位差( )rrsrtt 2.2 载波相位实际观测值载波相位实际观测值1t00( )rFN0t时刻鉴相器整整周周模模糊糊度度111( )( )rFIntN时刻1t鉴相器多普勒计数器整整周周模模糊糊度度( )rrsrtt 0tNN1t0( )rF1( )rF1( )Int01 时刻实际观测值it( )( )( )iiirtFInt( )iitN整周模糊度 变换频率变换频率多级频率多级频率单一频率只能测得只能测得不足整周部分而不足

9、整周部分而无法得到无法得到N参数估计GPS载波相位载波相位N值值三三 载波相位定位原理载波相位定位原理n3.1 载波相位观测方程载波相位观测方程n3.2 载波相位单点定位载波相位单点定位 3.1 载波相位观测方程载波相位观测方程( (I) )N真空中且不考虑各项误差()siontroptidrelretcNt考虑所有误差222()()()()ssrssrrrxyztxyzt cN222()()()()srsrsrrsxxyyzztcNt未知参数：(,)Trrrxy z接收机位置接收机位置 - 接收机钟差接收机钟差 -rt整周模糊度整周模糊度 -N3.1 载波相位观测方程载波相位观测方程( (I

10、I) )非线性222()()()()ssrssrrrxyztxyzt cN222()()()sssrrrxyyzxz 可以将可以将 在测站近似坐标在测站近似坐标 处处泰勒级数展开泰勒级数展开至至一阶项：一阶项： 00()()()XF XF XdXXdX0000(,)TrrrXxyz线性化00020220()()()()ssrsrrF Xxyyzxz()rrrF XFFFXxyz0rrrxdXyzXX000rrrrrrxyzxXyz3.1 伪距观测方程线性化伪距观测方程线性化( (III) )222()()()sssrrrxyyzxz0000000()()()()rsrsrrrrsrsxxyyz

11、zxytNczt0000000()()()()rrsrsrsrXrxxyyxdXyzzzF XX00()()()XF XF XdXXdX00()=F X3.2 载波相位单点定位载波相位单点定位( (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。电离层误差电离层误差无电离层组合观测值无电离层组合观测值对流层误差对流层误差模型改正模型改正+参数估计参数估计其余误差其余误差模型改正模型改正22112232212f Lf LLff轨道误差和卫星钟差轨道误差和卫星钟差IGS精密星历和钟差精密星历和钟差3.2 载

12、波相位单点定位载波相位单点定位( (II) )11111222221111122222110010101000110001000010000 xyzxyznxnynznnxyzxyznxnynrnrznaaamaaamaaamaaamRaaamRaaaxmRy121212+(5)nRnnRRrrzvvvnvvc tzpdNNNv000rrrrrrxyzxXyzlAxV最小二乘四 载波相位定位与伪距定位的比较比较项比较项伪距定位伪距定位载波相位定位载波相位定位观测值精度观测值精度dm mmm卫星位置卫星位置广播星历广播星历精密星历精密星历卫星钟差卫星钟差广播星历广播星历精密钟差精密钟差电离层改正

13、电离层改正模型改正、无电离组合模型改正、无电离组合无电离组合无电离组合对流层改正对流层改正模型改正模型改正模型改正模型改正+ +参数估计参数估计相对论效应相对论效应模型改正模型改正模型改正模型改正潮汐改正潮汐改正不考虑不考虑模型改正模型改正天线相位缠绕天线相位缠绕不考虑不考虑模型改正模型改正待求参数待求参数定位精度定位精度数数m m 数十数十m mcm cm dm dm(,)Trrrxy zrt(,)Trrrxy zrtzpd12,nN NN人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。