《载波相位测量》PPT课件.ppt

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1、载波相位测量载波相位测量二二二二九年七月九年七月九年七月九年七月主讲人：高主讲人：高 琼琼1载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念2复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法3 1载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理3 32将测距码和导航电文调制到载波上将测距码和导航电文调制到载波上将测距码和导航电文调制到载波上将测距码和导航电文调制到载波上由卫星发射器将调制信号发出由卫星发射器将调制信号发出由卫星发射器将调制信号发出由卫星发射器将调制信号发出接收机解调出

2、测距码接收机解调出测距码接收机解调出测距码接收机解调出测距码接接接接收收收收机机机机产产产产生生生生复复复复制制制制码码码码测距码和复制码作相关处理测距码和复制码作相关处理测距码和复制码作相关处理测距码和复制码作相关处理1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法 1.1 1.1 1.1 1.1 测定伪距测定伪距测定伪距测定伪距3由时延器测定出两信号间的时间延迟由时延器测定出两信号间的时间延迟.1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法4 伪距伪距 电离层折射改正电离层折射改正 对流层折射改正对流层折射改正 卫星的钟差卫

3、星的钟差 接收机的钟差接收机的钟差1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法 1.2 1.2 1.2 1.2 将观测时得到的伪距改正为卫星至接收机之间的将观测时得到的伪距改正为卫星至接收机之间的将观测时得到的伪距改正为卫星至接收机之间的将观测时得到的伪距改正为卫星至接收机之间的实际距离实际距离实际距离实际距离。5（x、y、z）（X、Y、Z）卫星坐标卫星坐标 接收机坐标接收机坐标 1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法 1.3 1.3 1.3 1.3 列出实际距离与卫星坐标和接收机坐标的关系列出实际距离与卫星坐标和接

4、收机坐标的关系列出实际距离与卫星坐标和接收机坐标的关系列出实际距离与卫星坐标和接收机坐标的关系 6伪伪伪伪 距距距距卫卫卫卫星星星星位位位位置置置置接接接接收收收收机机机机钟钟钟钟差差差差卫卫卫卫星星星星钟钟钟钟差差差差测测测测站站站站位位位位置置置置1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法 1.4 1.4 1.4 1.4 求解定位参数求解定位参数求解定位参数求解定位参数 7 实际应用中将接收机的钟差实际应用中将接收机的钟差vt tb b也视作未知也视作未知数，建立数学模型。数，建立数学模型。当当方方程程式式的的个个数数大大于于4 4时时，可可用用最最小

5、小二二乘乘法法求求解解（X，Y，Z）和和接接收收机机时时钟钟改改正正数数的的最最或是值。或是值。1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法8（1 1 1 1）与对齐精度有关）与对齐精度有关）与对齐精度有关）与对齐精度有关对齐精度对齐精度对齐精度对齐精度1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法 1.5 1.5 1.5 1.5 伪距测量精度分析伪距测量精度分析伪距测量精度分析伪距测量精度分析9接收机复制码与测距码的对齐精度约为码元宽度的接收机复制码与测距码的对齐精度约为码元宽度的1%1%测距信号C/AP码元宽度293m2

6、9.3m测距精度2.93m0.293m（2 2 2 2）与测距码的码元宽度有关）与测距码的码元宽度有关）与测距码的码元宽度有关）与测距码的码元宽度有关1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法 1.5 1.5 1.5 1.5 伪距测量精度分析伪距测量精度分析伪距测量精度分析伪距测量精度分析10伪距定位法是导航定位的最基本方法伪距定位法是导航定位的最基本方法优越性优越性优越性优越性 速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可以速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可以速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可以速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可以提高定位精

7、度提高定位精度提高定位精度提高定位精度 测量定位精度低，只能满足部分用户的需要测量定位精度低，只能满足部分用户的需要测量定位精度低，只能满足部分用户的需要测量定位精度低，只能满足部分用户的需要局限性局限性局限性局限性1 1 1 1 复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法11载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念2复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法3 1载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理3 312载波相位测量载波相位测量载

8、波相位测量载波相位测量载波载波载波载波相位相位相位相位测量测量测量测量测量对象测量对象测量对象测量对象测量内容测量内容测量内容测量内容测量原理测量原理测量原理测量原理2 2 2 2 载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念13 使用使用载波载波测量伪距的优点测量伪距的优点 载波相位测量载波相位测量使用载波信号，不受测距使用载波信号，不受测距码控制，测距精度远高于伪距法。码控制，测距精度远高于伪距法。测距信号C/APL1L2码元宽度293m29.3m19cm24cm测距精度2.93m 0.293m 1.9mm2.4mm2 2 2 2 载波相位测量的概念载波相位测量

9、的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念14载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波载波载波载波相位相位相位相位测量测量测量测量测量对象测量对象测量对象测量对象测量内容测量内容测量内容测量内容测量原理测量原理测量原理测量原理2 2 2 2 载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念15 定义定义 接收机接收机接收的卫星接收的卫星载波信号和接收机产生的参考载波信号和接收机产生的参考载波信号的相位差载波信号的相位差2 2 2 2 载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念16载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量载

10、波载波载波载波相位相位相位相位测量测量测量测量测量对象测量对象测量对象测量对象测量内容测量内容测量内容测量内容测量原理测量原理测量原理测量原理2 2 2 2 载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念17载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念载波相位测量的概念2复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法复习：伪距定位法3 1载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理3 318 3.1 3.1 3.1 3.1 重建载波重建载波重建载波重建载波 3.2 3.2 3.2

11、3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差 3.3 3.3 3.3 3.3 距离求解距离求解距离求解距离求解3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理19vv 重建载波的原因重建载波的原因重建载波的原因重建载波的原因 用二进制相位调制的用二进制相位调制的用二进制相位调制的用二进制相位调制的方法在载波上调制了测距方法在载波上调制了测距方法在载波上调制了测距方法在载波上调制了测距码和导航电文后，调制波码和导航电文后，调制波码和导航电文后，调制波码和导航电文后，调制波的相位已不再连续。要将的相位已不再连续。要将的相位已不再连续。要将的相位已不再连续

12、。要将非连续的载波信号恢复成非连续的载波信号恢复成非连续的载波信号恢复成非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。连续的载波信号。连续的载波信号。连续的载波信号。3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.1 3.1 3.1 3.1 重建载波重建载波重建载波重建载波20码相关法接收机复制 C/A 码信号（强），与接收到的调制信号（弱）相乘。解调效果最好，但需了解测距码结构平方法将接收到的调制信号（弱）自乘。无需了解测距码结构，信号质量比码相关法差 30 dB互相关法L1载波调制信号（弱）与L2载波调制信号（弱）互乘。无需了解测距码结构，信号质量比码

13、相关法差 27 dBZ跟踪法接收机复制解密后的 P 码（强），与接收到的调制信号（弱）在一个W码元内相乘。信号质量比码相关法差 14 dB3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理重建载波的技术方法重建载波的技术方法重建载波的技术方法重建载波的技术方法21 3.1 3.1 3.1 3.1 重建载波重建载波重建载波重建载波 3.2 3.2 3.2 3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差 3.3 3.3 3.3 3.3 距离求解距离求解距离求解距离求解3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理22

14、将测距码和数据码调制到载波上将测距码和数据码调制到载波上将测距码和数据码调制到载波上将测距码和数据码调制到载波上由卫星发射机将调制信号发出由卫星发射机将调制信号发出由卫星发射机将调制信号发出由卫星发射机将调制信号发出接收机解调出纯净的载波信号接收机解调出纯净的载波信号接收机解调出纯净的载波信号接收机解调出纯净的载波信号接接接接收收收收机机机机产产产产生生生生基基基基准准准准信信信信号号号号载波信号和基准信号求相位差载波信号和基准信号求相位差载波信号和基准信号求相位差载波信号和基准信号求相位差3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.2 3.2

15、 3.2 3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差233 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.2 3.2 3.2 3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差243 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.2 3.2 3.2 3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差25vvt t t t0:0:0:0:首次进行载波相位测量时刻首次进行载波相位测量时刻首次进行载波相位测量时刻首次进行载波相位测量时刻vvtitititi:后续各次观测时刻后续各次观测时刻后续各次观测时刻后续各

16、次观测时刻vv首次观测首次观测首次观测首次观测vv其余各次观测其余各次观测其余各次观测其余各次观测vv完整的载波相位通常表示为完整的载波相位通常表示为完整的载波相位通常表示为完整的载波相位通常表示为0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 03 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.2 3.2 3.2 3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差整周模糊度整周模糊度整周计数整周计数26vv信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪vv

17、仪器故障，导致差频信号无法产生仪器故障，导致差频信号无法产生仪器故障，导致差频信号无法产生仪器故障，导致差频信号无法产生vv卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误vv接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法正确跟踪卫星信号正确跟踪卫星信号正确跟踪卫星信号正确跟踪卫星信号vv卫星瞬时故障，无法产生信号卫星瞬时故障，无法产生信号卫星瞬时故障，无

18、法产生信号卫星瞬时故障，无法产生信号 整周计数由于丢失了在失锁期间载波相位变整周计数由于丢失了在失锁期间载波相位变化的整周数，使其后的相位观测值均含有同样的化的整周数，使其后的相位观测值均含有同样的整周误差，这种现象称为整周跳变（周跳）整周误差，这种现象称为整周跳变（周跳）3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理整周跳变的产生整周跳变的产生整周跳变的产生整周跳变的产生273 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理数据处理软件中的周跳编辑数据处理软件中的周跳编辑数据处理软件中的周跳编辑数据处理软件中的周

19、跳编辑28vv完整的载波相位通常表示为完整的载波相位通常表示为完整的载波相位通常表示为完整的载波相位通常表示为vv易产生的问题易产生的问题易产生的问题易产生的问题 整周跳变（周跳）整周跳变（周跳）整周跳变（周跳）整周跳变（周跳）整周模糊度（整周未知数）整周模糊度（整周未知数）整周模糊度（整周未知数）整周模糊度（整周未知数）整周模糊度整周模糊度整周计数整周计数0 0 0 00 0 0 03 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.2 3.2 3.2 3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差29 3.1 3.1 3.1 3.1 重建载波重建

20、载波重建载波重建载波 3.2 3.2 3.2 3.2 测定相位差测定相位差测定相位差测定相位差 3.3 3.3 3.3 3.3 距离求解距离求解距离求解距离求解3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理30 上式更多地用于相对定位。由于作为已知量的卫星位上式更多地用于相对定位。由于作为已知量的卫星位上式更多地用于相对定位。由于作为已知量的卫星位上式更多地用于相对定位。由于作为已知量的卫星位置，其误差远比相位观测值误差大，加之大气延迟改正的置，其误差远比相位观测值误差大，加之大气延迟改正的置，其误差远比相位观测值误差大，加之大气延迟改正的置，其误差远

21、比相位观测值误差大，加之大气延迟改正的精度也难以与相位观测的精度匹配，所以在相对定位中常精度也难以与相位观测的精度匹配，所以在相对定位中常精度也难以与相位观测的精度匹配，所以在相对定位中常精度也难以与相位观测的精度匹配，所以在相对定位中常采用采用采用采用差分观测值差分观测值差分观测值差分观测值解决这些问题。解决这些问题。解决这些问题。解决这些问题。3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.3.3.3.3 3 3 3 距离求解距离求解距离求解距离求解31 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 在在在在接收机间求一次差接收机间求一次差接

22、收机间求一次差接收机间求一次差 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 在在在在接收机和卫星间求二次差接收机和卫星间求二次差接收机和卫星间求二次差接收机和卫星间求二次差 3.3.3 3.3.3 3.3.3 3.3.3 在在在在接收机、卫星和观测历元间求三次差接收机、卫星和观测历元间求三次差接收机、卫星和观测历元间求三次差接收机、卫星和观测历元间求三次差单差单差双差双差三差三差3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.3.3.3.3 3 3 3 距离求解距离求解距离求解距离求解载波相位测量差分法载波相位测量差分法载波相位测量差分法载波相

23、位测量差分法32v 求差方式求差方式同步观测值在接收机间求差同步观测值在接收机间求差v 数学形式数学形式v 特点特点消除了卫星钟差影响消除了卫星钟差影响削弱了电离层折射影响削弱了电离层折射影响削弱了对流层折射影响削弱了对流层折射影响削弱了卫星轨道误差的影响削弱了卫星轨道误差的影响3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 在接收机间求一次差在接收机间求一次差在接收机间求一次差在接收机间求一次差33v 求差方式求差方式求差方式求差方式 同步观测值在卫星间求差同步观测值在卫星间求差同步观测值在卫星间求差同

24、步观测值在卫星间求差v 数学形式数学形式数学形式数学形式v 特点特点特点特点 消除了接收机钟差的影响消除了接收机钟差的影响消除了接收机钟差的影响消除了接收机钟差的影响GPSGPS数据处理软件采用了双差观测值模型数据处理软件采用了双差观测值模型3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.3.3.3.3.3.3.3.2 2 2 2 在接收机和卫星间求二次差在接收机和卫星间求二次差在接收机和卫星间求二次差在接收机和卫星间求二次差34vv 差分方式差分方式差分方式差分方式 观测值在间历元求差观测值在间历元求差观测值在间历元求差观测值在间历元求差vv 数

25、学形式数学形式数学形式数学形式vv 特点特点特点特点 消去了整周未知数参数消去了整周未知数参数消去了整周未知数参数消去了整周未知数参数3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理 3.3.3.3.3.3.3.3.3 3 3 3 在接收机、卫星和观测历元间求三次差在接收机、卫星和观测历元间求三次差在接收机、卫星和观测历元间求三次差在接收机、卫星和观测历元间求三次差35vv 数据利用率低数据利用率低数据利用率低数据利用率低 只有同步数据才能进行差分只有同步数据才能进行差分只有同步数据才能进行差分只有同步数据才能进行差分vv 引入基线矢量替代了位置矢量引入

26、基线矢量替代了位置矢量引入基线矢量替代了位置矢量引入基线矢量替代了位置矢量vv 差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化 参数估计时，观测值的权阵参数估计时，观测值的权阵参数估计时，观测值的权阵参数估计时，观测值的权阵非满秩。非满秩。非满秩。非满秩。vv 某些参数无法求出某些参数无法求出某些参数无法求出某些参数无法求出 某些信息在差分观测值中被消除某些信息在差分观测值中被消除某些信息在差分观测值中被消除某些信息在差分观测值中被消除3 3 3 3 载波相位测量的原理载波

27、相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理采用差分观测值的特点采用差分观测值的特点采用差分观测值的特点采用差分观测值的特点36伪距法定位与载波相位定位的对比伪距法定位与载波相位定位的对比测距方法测距方法伪距定位伪距定位载波相位测量载波相位测量测量对象测量对象测距码测距码载波载波测量内容测量内容t t 测量原理测量原理C t 实际测量值实际测量值本地码的延迟时间本地码的延迟时间差频信号的相位差频信号的相位优点优点无模糊测距、可以实现无模糊测距、可以实现实时定位实时定位测距精度高测距精度高缺点缺点精度低，单点定位的应精度低，单点定位的应用受到限制用受到限制不容易实时定位、有周不容易实时定位

28、、有周跳现象、受误差影响，跳现象、受误差影响，解算复杂解算复杂3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理37v精密单点定位（精密单点定位（精密单点定位（精密单点定位（Precise Point PositioningPrecise Point PositioningPrecise Point PositioningPrecise Point Positioning）利用载波相位观测值以及由利用载波相位观测值以及由利用载波相位观测值以及由利用载波相位观测值以及由IGSIGSIGSIGS等组织提供的精等组织提供的精等组织提供的精等组织提供的精密卫星星历

29、和卫星钟差来进行高精度单点定位的密卫星星历和卫星钟差来进行高精度单点定位的密卫星星历和卫星钟差来进行高精度单点定位的密卫星星历和卫星钟差来进行高精度单点定位的方法方法方法方法v需解决的主要问题需解决的主要问题需解决的主要问题需解决的主要问题 对对对对精密星历和卫星钟差的处理精密星历和卫星钟差的处理精密星历和卫星钟差的处理精密星历和卫星钟差的处理 整整整整周跳变的探测与修复、粗差周跳变的探测与修复、粗差周跳变的探测与修复、粗差周跳变的探测与修复、粗差观测值的观测值的观测值的观测值的 检验检验检验检验与剔除以及整周模糊度的确定与剔除以及整周模糊度的确定与剔除以及整周模糊度的确定与剔除以及整周模糊度

30、的确定 精确精确精确精确地施加各种必要的误差改正地施加各种必要的误差改正地施加各种必要的误差改正地施加各种必要的误差改正3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的前景载波相位测量的前景载波相位测量的前景载波相位测量的前景38 载波相位测量载波相位测量载波相位测量载波相位测量的优势与问题的优势与问题的优势与问题的优势与问题 重建重建重建重建载波的意义载波的意义载波的意义载波的意义 载波载波载波载波相位观测值的测定方法相位观测值的测定方法相位观测值的测定方法相位观测值的测定方法 载波载波载波载波相位差分观测值的类型相位差分观测值的类型相位差分观测值的类型相位差分观测值的类型与特点与特点与特点与特点3 3 3 3 载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理载波相位测量的原理本节重点与难点本节重点与难点本节重点与难点本节重点与难点39祝您身体健康，工作顺利！祝您身体健康，工作顺利！敬请各位专家指导！敬请各位专家指导！开封开封开封开封河南河南河南河南 黄河水利职业技术学院黄河水利职业技术学院黄河水利职业技术学院黄河水利职业技术学院40