园林工程测量：载波相位测量原理解析

利用测距码进行伪距测量难以达到较高的精度。由于载波的波长要短得多，如果把载波作为测量信号，并对载波进行相位测量可以达到很高的精度。

若某卫星发出一载波信号（将载波作为测距信号使用），该信号向各处传播。在某一瞬间，该信号在接收机R 处的相位为φR，在卫星S 处的相位为φS，则卫星至接收机的距离为：

但由于GPS 卫星并不测量载波相位φS，假设接收机钟与卫星钟能保持严格同步，且选用同一起算时刻，于是就能用接收机产生的相同频率载波的相位ΦR替代载波发射时刻卫星处的相位φS。所以，某时刻的载波相位观测值，就是该时刻接收机产生的载波相位ΦR与接收到的自卫星的载波相位φR之差，则卫星至接收机的距离为：

通常所能测量的是不足一周的相位值。实际测量中，如果对整周进行计数，则自某一初始采集时刻（t0）以后就可以取得连续的相位测量值。

图7.4　载波相位测量的观测值

如图7.4 所示，在初始t0时刻，接收机只能测定出不足一整周的部分Fr（Φ），整波段数（整周未知数）N 是无法确定的。随着卫星的运动，卫星至接收机的距离也在不断变化，接收机继续跟踪卫星信号，不断测定小于一周的相位差Fr（Φ），并利用整波计数器记录从t0到t1时间内的整周数变化量Int（Φ）——整周计数，而整周未知数N 仍然未知。因此，载波相位测量的实际观测值为不足一周的部分Fr（Φ）和整周计数Int（Φ）（初始时刻整周计数为0）。而完整的载波相位观测值是由3 个部分组成的，即不足一周的部分Fr（Φ）、整周计数Int（Φ）和整周未知数N（或称为整周模糊度）。载波相位测量的观测方程为：

式中　φi——表示t0~t1时刻接收机载波相位测量的实际观测值，包括整周计数和不足一周的部分；其余变量与式（7.2）相同。(www.xing528.com)

由于存在着整周未知数N（整周数模糊度）的问题，使得解算过程变得比较复杂。近年来，采用快速解算的方法便可获得整周未知数N，该方法根据数理统计中的参数估计和假设检验原理，利用测站初次平差所提供的信息，以坐标向量和整周未知数向量及其相应的协因数阵和单位权方差对空间信息的每一点进行比较判别，逐步排查“搜索”，对经过统计检验剩下的整数组合后再重新平差计算，并进行验前验后检验，最后得出最佳的整周未知数。

另外，由于受接收机故障和外界干扰等因素的影响，经常会引起跟踪卫星的暂时中断，使得整周计数Int（Φ）较应有值少了m 周，而产生整周跳变问题。同时，由于卫星与接收机的距离在不断变化，所以载波相位观测值Int（Φ） + Fr（Φ）也随时间在不断变化。这种变化应该是有规律的、平滑的，但整周跳变将破坏这种规律性。根据这一特性就可以发现整周跳变并采用多项式拟合来修正整周跳变，但这项工作是很烦琐的。最根本的解决办法还是要从选择接收机的机型、控制点位置及组织观测等各个环节加以注意，避免整周跳变的发生，因为整周跳变的出现与接收机质量及观测条件密切相关。