-伪距载波相位测量原理

1、小结小结载波重建载波重建码相关法码相关法平方法平方法互相关（交叉相关）技术互相关（交叉相关）技术载波相位测量载波相位测量3.8 伪距测量原理伪距测量原理测距方法测距方法双程测距用于电磁波测距仪单程测距用于GPS测距码测距码C/A码码P码码码相关伪距测量原理码相关伪距测量原理 码相关法伪距测量是通过调整自相码相关法伪距测量是通过调整自相关函数关函数R(t)R(t)的值，测定测距码信号由卫星到的值，测定测距码信号由卫星到达测站的传播时间实现的。达测站的传播时间实现的。伪距测量原理当卫星发射的测距码信号经过t秒传播后到达接收机时，接收机产生一个结构完全相同的复制码序列，并在延时器的控制下不断调整值，

2、直到R(t)=1为止。此时，t = ，也就是说t可被测定。传输时间t乘以光速c可以获得卫星到测量站的距离。t包含卫星钟和接收机钟的不同步误差，因此测量出来的距离叫做伪距。6信号传播时间测距码测距原理测距码测距原理距离测定的基本思路距离测定的基本思路信号（测距码）传播时间的测定信号（测距码）传播时间的测定dttUttUTtRT)()(1)(/0相关系数：ctc信号传播时间的测定信号传播时间的测定测距码测距原理测距码测距原理利用测距码测距的必要利用测距码测距的必要条件条件l必须了解测距码的结构必须了解测距码的结构利用测距码进行测距的利用测距码进行测距的优点优点l易于捕获微弱的卫星信号易于捕获微弱的

3、卫星信号l可提高测距精度可提高测距精度l便于对系统进行控制和管便于对系统进行控制和管理（如理（如ASAS）每颗每颗GPSGPS卫星都采用特定的卫星都采用特定的伪随机噪声码伪随机噪声码l码相关伪距测量码相关伪距测量 特点特点 定位速度快，实时定位定位速度快，实时定位 精度较高精度较高 对信号的强度要求不高对信号的强度要求不高3.9 3.9 卫星的载波信号及相位测量原理卫星的载波信号及相位测量原理3.9.1 GPS3.9.1 GPS卫星的载波信号卫星的载波信号3.9.2 GPS3.9.2 GPS卫星信号的调制卫星信号的调制3.9.3 GPS3.9.3 GPS卫星信号的解调卫星信号的解调3.9.4

4、3.9.4 载波相位测量原理载波相位测量原理GPSGPS卫星的测距码信号和导航电文信号都属于卫星的测距码信号和导航电文信号都属于低频低频信号信号其中其中C/AC/A码和码和P P码的数码率分别为码的数码率分别为1.023 Mbit/s1.023 Mbit/s与与10.2310.23Mbit/sMbit/s，而，而D D码码( (导航电文，又称为数据码导航电文，又称为数据码) )的数码率仅为的数码率仅为50 bit/s50 bit/s。GPSGPS卫星离地面远达卫星离地面远达2 210104 4kmkm，其电能又非常紧张，因此很难将上述数，其电能又非常紧张，因此很难将上述数码率很低的信号传输到地

5、面。码率很低的信号传输到地面。解决这一难题的办法，就是另外发射一种高频信号，解决这一难题的办法，就是另外发射一种高频信号，并将低频的测距码信号和导航电文信号加载到这一并将低频的测距码信号和导航电文信号加载到这一高频信号上，构成一高频的已调波发射给地面。高频信号上，构成一高频的已调波发射给地面。 3.9.1 GPS3.9.1 GPS卫星的载波信号卫星的载波信号GPSGPS卫星的基准频率卫星的基准频率 f f0 0由卫星上的原子钟直接产生由卫星上的原子钟直接产生原子钟的基准频率为原子钟的基准频率为10.2310.23MHzMHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍卫星信号的所有成分均是该基准频率的

6、倍频或分频频或分频3.9 3.9 卫星的载波信号及相位测量原理卫星的载波信号及相位测量原理3.9.1 GPS3.9.1 GPS卫星的载波信号卫星的载波信号3.9.2 GPS3.9.2 GPS卫星信号的调制卫星信号的调制3.9.3 GPS3.9.3 GPS卫星信号的解调卫星信号的解调3.9.4 3.9.4 载波相位测量原理载波相位测量原理GPSGPS卫星信号的组成部分卫星信号的组成部分l载波（载波（CarrierCarrier）L1L1L2L2l测距码（测距码（Ranging CodeRanging Code）C/AC/A码（目前只被调制在码（目前只被调制在L1L1上）上）P(Y)P(Y)码（被

7、分别调制在码（被分别调制在L1L1和和L2L2上）上）l卫星（导航）电文（卫星（导航）电文（MessageMessage）载波作用l搭载其它调制信号l测距l测定多普勒频移类型l目前L1 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cmL2 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cml现代化后增加L5 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm测距码的调制与解调测距码的调制与解调 在数字通讯技术中，为了有效地传播信息，在数字通讯技术中，为了有效地传播信息，一般均将低频信号加载到高频的载波上，一般均将低频信号加载到高频的载波上，这时原

8、低频信号称为调制信号，而加载信这时原低频信号称为调制信号，而加载信号后的载波就称为已调波。号后的载波就称为已调波。 GPSGPS信号调制，是采用调相技术实现的。信号调制，是采用调相技术实现的。卫星信号的调制卫星信号的调制模二和模二和l运算规则运算规则l二进制信号：二进制信号：“1”1”表示二进制表示二进制“0”0”，“-1”-1”表示二表示二进制进制“1”1”，则，则3.9 3.9 卫星的载波信号及相位测量原理卫星的载波信号及相位测量原理3.9.1 GPS3.9.1 GPS卫星的载波信号卫星的载波信号3.9.2 GPS3.9.2 GPS卫星信号的调制卫星信号的调制3.9.3 GPS3.9.3

9、GPS卫星信号的解调卫星信号的解调3.9.4 3.9.4 载波相位测量原理载波相位测量原理载波相位测量的特点载波相位测量的特点优点：测距精度高，可达优点：测距精度高，可达0.1mm0.1mm量级量级难点：难点：重建载波重建载波存在整周数不确定问题存在整周数不确定问题存在整周跳变问题存在整周跳变问题重建载波重建载波问题的产生问题的产生调制了测距码和调制了测距码和导航电文后，载导航电文后，载波将不连续波将不连续要测定载波相位，要测定载波相位，必须设法使不连必须设法使不连续的载波信号恢续的载波信号恢复为连续的载波复为连续的载波信号信号重建载波重建载波定义：将非连续载波信号恢复成连续载波定义：将非连续

10、载波信号恢复成连续载波信号的过程信号的过程方法：方法：(1)-(1)-码相关法码相关法 (2)-(2)-平方法平方法(3)-(3)-互相关（交叉相关）技术互相关（交叉相关）技术( (补补) )(4)-Z(4)-Z跟踪技术（补）跟踪技术（补）重建载波l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 码相关法码相关法l将所接收到的调制信号（卫星将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码信号）与接收机产生的复制码相乘。相乘。卫星信号的生成接收机重建载波(c )2002, 黄劲松码相关法

11、码相关法码相关法码相关法l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。l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，可获得全波优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比高）长的载波，信号质量好（信噪比高） 将所接收将所接收到的调制信号到的调制信号（卫星信号）自（卫星信号）自乘。乘。平方法平方法l技术要点技术要点卫星信号（弱）自乘。卫星信号（弱）自乘。l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，信载波波长为

12、原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了号质量较差（信噪比低，降低了30dB30dB）平方法平方法l方法方法在不同频率的调制在不同频率的调制信号（卫星信号）信号（卫星信号）进行相关处理，获进行相关处理，获取两个频率间的伪取两个频率间的伪距差和相位差距差和相位差)()(12/, 12, 1, 2/, 12LLACLLYLYLACLLRRRR（3 3）互相关（交叉相关）互相关（交叉相关）l技术要点技术要点不同频率的卫星信号（弱）进不同频率的卫星信号（弱）进行相关。行相关。l特点特点优点：无需了解优点：无需了解Y Y码的结构，码的结构，可获得导航电文，可获得全波可获得导航电文，可获得全波波长的

13、载波，信号质量较平方波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了法好（信噪比降低了27dB27dB）互相关（交叉相关）互相关（交叉相关）Z Z跟踪技术跟踪技术ASASlP P码码+W+W码码Y Y码码lW W码的码元宽度为码的码元宽度为Y Y码的码的二十倍二十倍Z Z跟踪技术跟踪技术l原理原理l将卫星信号在一个将卫星信号在一个W W码码码码元内与接收机复制出的元内与接收机复制出的P P码进行相关处理码进行相关处理码码码码码元内在一个PPYW 0 1 0 0 1 0 0（1） W 码 0 1 0 0 1 0 P 码 Y 码 + = 0 1 0 0 1 0 1（-1） W 码 1 0 1 1 0

14、1 P 码 Y 码 + = l技术要点：将卫星信号在一个技术要点：将卫星信号在一个W W码码元内与码码元内与接收机复制出的接收机复制出的P P码进行相关处理。码进行相关处理。l在一个在一个W W码码元内进行卫星信号（弱）与复码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。制信号（强）进行相关。l特点特点优点：无需了解优点：无需了解Y Y码结构，可测定双频伪码结构，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，信号质量较平方法好（信噪波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了比降低了14dB14dB）（4 4）Z Z跟踪跟踪3.9 3.9

15、卫星的载波信号及相位测量原理卫星的载波信号及相位测量原理3.9.1 GPS3.9.1 GPS卫星的载波信号卫星的载波信号3.9.2 GPS3.9.2 GPS卫星信号的调制卫星信号的调制3.9.3 GPS3.9.3 GPS卫星信号的解调卫星信号的解调3.9.4 3.9.4 载波相位测量原理载波相位测量原理GPSGPS测量的基本观测方程测量的基本观测方程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 tSGPSGPS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