GNSS测量与数据处理(第7周作业)

1.简述GPS载波相位测量的基本原理。
答:

载波相位测量是测定GPS卫星载波信号到接收机天线之间的相位延迟。GPS卫星载波上调制了测距码和导航电文,所以GPS接收机接收卫星信号后,要将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉,重新获得纯净的载波,即所谓重建载波。GPS接收机将重建载波与接收机内由振荡器产生的本振信号通过相位计比相,可以得到相位差。设任意时刻t,在卫星S处的相位φ S , 而此时经距离ρ传播到接收机K的信号,其相位φ K , 因此卫星S至接收机K的距离ρ为 ρ=λ(φ S -φ K )= λ(N 0 +△φ) 式中为载波相位差(φ S -φ K ), N 0 为整周数部分,△φ为不足一周的小数部分,λ为载波波长。△φ可以精确测定,但由于每颗卫星的载波相位观测方程中都有整周未知数N 0 ,通常是用两台接收机进行相对定位。
2.在高精度GPS测量中，为什么需要采用载波相位测量方法进行三维定位?
答:
GPS 测量技术一般来讲包括以下三类：伪距测量技术、载波相位测量技术和多普勒测量技术。由于GPS 载波频率高（其两种载波频率分布为fL1=1575.42MHz，fL2=1227.6MHz)、波长短（波长分别为19.05cm、24.45cm），相对于伪距测量而言，载波相位测量具有很高的距离测量精度（毫米级），并且具有很高的相对定位精度。
载波相位测量技术是目前高精度定位的主要方法。载波相位测量可以达到毫米级的精度，但测量值受到与码测量同样的误差源的影响：卫星钟差和星历误差、传播媒介、接收机噪声和多路径。码测量和载波相位测量的主要差别在于接收机噪声和多路径的影响，载波相位一般在厘米级而码相位在米级，另外，载波相位测量存在整周模糊度。如果所有的误差项都被减小，整周模糊度能被解出来，载波相位测量将转化为精确的伪距测量值并形成精确定位估算。因而 GPS测量通常采用载波相位测量方法进行三维定位。
3.载波相位测量中，确定整周未知数主要有哪些方法?
答:
(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，将伪距观邓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。但由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的取平均值后才能获得正确的整波段数。
(2)将整周未知数当做平差中的待定参数———经典方法把整周末知数当做平差计算中的待定参数来加以估计和确定有两种方法。一种是整数解。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。另一种是实数解。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。在这种情况下再将整周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。
(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，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。
(4)快速确定整周未知数法1990年和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，利用双频接收机只须观测一分钟便能成功地确定整周未知数。这种方法的基本思路是，利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和方差协方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间整周未知数可能的整数解的组合，然后依次将整周未知数的每一组合作为已知值，重复地进行平差计算。其中使估值的验后方差或方差和为最小的一组整周未知数，即为整周未知数的最佳估值。