GPS卫星定位：载波相位测量观测方程解析

"本文主要介绍了GPS卫星定位中载波相位测量的观测方程及其原理。作者冯仲科探讨了载波相位测量作为全球定位系统的一种高级测距方法，强调了在进行测量前需要先进行载波解调，通过码相关法或平方法来恢复载波信号。观测方程描述了接收机在特定时刻接收到卫星载波信号相位与本地参考信号相位的关系，并指出实际测量中可以通过整周计数来获得连续的相位值。" GPS卫星定位是一种基于多颗卫星的精密定位技术，其中载波相位测量是提高定位精度的关键手段。传统的伪距测量虽然简单，但受到测距码的采样误差限制，精度相对较低。载波相位测量则可以显著提高定位精度，因为其观测的是卫星信号载波与接收机本振信号之间的相位差，这个相位差可以达到亚米级甚至厘米级的精度。 在载波相位测量过程中，首先需要对卫星发射的信号进行解调，去除附着在载波上的测距码和卫星数据。解调有码相关法和平方法两种常见方法。码相关法是通过对码序列进行同步相关，提取载波相位信息；而平方法则是通过滤波器平滑信号，分离载波和码。 观测方程描述了接收机在时间t_k时刻接收到的来自卫星j的载波相位观测值φ_{kj}(t_k)与接收机本地参考信号的相位φ_k(t_k)之间的关系。这个相位观测值通常只测量到一个周期内的相位差，为了得到连续的相位值，需要在初始时刻t_0进行整周模糊度的计数，即记录下从t_0到t_k这段时间内载波完成的整周数N_0。这样，通过记录相位观测值和整周数，可以实现高精度的连续定位。 实际应用中，载波相位测量常用于静态定位、动态定位以及精密单点定位等场景，尤其在大地测量、工程测量以及航空航海等领域有着广泛的应用。然而，整周模糊度的确定（通常称为解模糊）是载波相位测量中的一个关键难题，需要特殊的算法和技术，如快速模糊度解算（Fast Ambiguity Resolution, FARO）或模糊度固定（Ambiguity Fixing）等。 GPS卫星定位中的载波相位测量观测方程是实现高精度定位的基础，通过精确测量和处理载波相位，可以获得远高于伪距测量的定位精度，这对于需要极高定位准确性的应用场景至关重要。