基于DSP的GPS动态载波相位差分技术研究

西北工业大学硕士学位论文

基于DSP的GPS动态载波相位差分技术研究

姓名：程伟申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：张怡20060301

西北工业大学硕士学位论文摘要摘要全球定位系统ＧＰＳ是一个实时、全天候和全球性的星基导航定位系统。ＧＰＳ相对定位是为提高定位精度而产生和发展起来的，并在此基础上逐步完善了差分ＧＰ￥技术（ＤＧＰＳ）．这在很大程度上提高了ＧＰＳ定位精度．而高精度的差分ＧＰＳ定位必须使用精度高的载波相位观测值，其中ＧＰＳ整周模糊度的快速、正确求解是利用ＧＰＳ载波相位进行高精度定位中最为关键的问题。载波相位差分技术又称为ＲＴＫ技术（ｒｅａｌｔｉｍｅｋｉｎｅｍａｔｉｃ），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。ＲＴＫ进行定位时，安装在参考站上的ＧＰＳ接收机对所有可见的ＧＰＳ卫星进行连续的观测，并将其观测到的数据，通过无线数据链路实时地发送给移动站。在移动站上．ＧＰＳ接收机在接受ＧＰＳ卫星信号的同时，通过数传电台接收参考站的观测数据，然后根据载波相对定位的原理，实时地计算出移动站的位置，这样就对移动站的计算能力提出了很高的要求。随着通信技术和信号处理技术的快速发展。ＤＳＰ的普遍应用，使得我们可以利用载波相位观测量进行实时差分ＧＰＳ定位，其定位精度可达厦米级，这是的测绘领域的动态精密测量和导航领域中的糟密卫星制导成为可能。本文介绍了全球定位系统ＧＰＳ的组成及功能，，阐述了载波相位差分系统的数学模型和工作原理，并用仿真了其定位性能，介绍了整周模糊度求解的基本思想。分析了各种模糊度求解方法，重点选取了其中的ＬＡＭＢＤＡ（最小二乘去相关调整）方法进行讨论。基于整周模糊度的浮点解和其协方差矩阵，首先实现模糊度去相关，然后在去除相关的模糊度搜索空问之内进行整数搜索，得到整周模糊度的固定解。在成功高效的求解出整周模糊度的前提下，可以计算出基线固定解，实现实时、动态精密定位。论文最后，将求解整周模糊度的ＬＡＭＢＤＡ算法的核心部分用Ｃ程序在ＤＳＰ平台上实现，通过测试数据验证，得到ＬＡＭＢＤＡ算法在ＤＳＰ平台上能够成功的求解整周模糊度．可以运用在载波相位实时差分系统中。实现精密定位关键词：载波相位差分，整周模糊度求解，ＤＳＰ，ＬＡＭＢＤＡ算法西北工业大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＧｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）ｉｓｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｏｎａｒｅａｌｔｉｍｅ，ａｌｌｃｌｉｍａｔｅ，ｇｌｏｂａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ．ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆＧＰＳｉｓｐｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｔｈｅｅｘａｌｔａｔｉｏｎｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｂｏｖｅ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳ（ＤＧＰＳ）ｉｓｇｒａｄｕａｌｌｙｐｅｒｆｅｃｔｅｄＴｈｉｓ。ｔｏａｇｒｅａｔｅｘｔｅｎｔ，ｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆＧＰＳｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．ＨｉｇｌｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｓｂａｓｅｄｋｅｙｔｈｅｖｅｒｙｐｒｅｃｉｓｅｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，Ｔｈｃｐｒｏｂｌｅｍｏｆ山ｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓ血ｅｒａｐｉｄａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｎｔｅｇｅｒｅｓｔｉｍ缸ｉｏｎｏｆｔｌｌｅＧＰＳｄｏｕｂｌｅｄｉｆｆｃｆｅｎｃｅａｌｓｏａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｄｉｆｉｅｒｅｎｔｉａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｉｓｂａｓａｄｅｌｌ血ｅ１９ｃａｌｔｉｍｅｐｒｏｃｃｓａｌｎｇｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｓｙｓｔｅｍｉｓｗＯｆｋｉｎ吕ｔｈｅＧＰＳｒｅｃｅｉｖｅｒｆｉｘｃｄａｌｌｏｎｃａｌｌｅｄＲＴＫ（ｒｅａｌｔｉｍｅｋｉｎｅｍａｔｉｃ），ｗｈｉｃｈｏｆｔｗｏｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｓ．ＷｈｉｌｅｔｈｅＲＴＫａｔｈｅｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎｉｓｔａｋｉｎｇｅｏｕｔｉｎｕｏｕ￥ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｖｉｓｉｂｌｅＧＰＳｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ。ａｎｄｓａｎｄｉｎｇｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｄａｔａｔｏｍｏｖｉｎｇｓｍｔｉｏｎｏｖｅｒｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｄａｔａｌｉｎｋ，Ｏｎｔｈｅｍｏｖｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ．ｗｈｉｌｅｔｈｅＧＰＳｒｅｃｅｉｖｅｒｉｓｒｅｃｅｉｖｉｎｇｔｈｅｓｉｇｎａｌｏｆＯＰＳｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，ｉｔｉｓｒｅｃｅｉｖｉｎｇｔｈｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｄａｔａｆｒｏｍｔｈｅｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｒａｄｉｏＴｈｅｎ．ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｐｈａ∞ｒｖｉｎｔｉｖｃｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｉｎｅｉｐｌｅ，ｔｈｅｍｏｖｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｉｓｒｅａｌｔｉｍｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｍｐｕｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆＯＵｔｉｔｓｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｕｓ，ｔｈｅｍｏｖｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｎｅｅｄｔｏｂｅｖｅｒｙｓｈ‘ｏｎｇ．Ｗｉｔｈｔｈｅｕｓｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ，ＤＳＰｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ，ｗｅｃａｎｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｐｈｍｍｅｅｓｕｒｅｍｅｎｔｓｔｏｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍＴｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｍａｙｒｅａｃｈｔｈｅｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｌｅｖｅｌ．ａｎｄｔｈａｔｍａｋｅｉｔｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｄｏｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｕｒｖｅｙｉｎｔｏｐｏｇｒａｐｈｙａｎｄｄｏｔｈｅｈｉ曲ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｎａｖｉｇａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｆｉｅｌｄＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｆｅａｔｕｒｅｓｏｆＧＰＳ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｅｉｐｉｎａｎｄｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｙｎａｍｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈＧＰＳｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ，ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｉｄｅａｏｆｉｎｔｅｇｅｒｔｈｅＬＡＭＢＤＡａｍｂｉｇｕｉｔｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅａｍｂｉｇｕｊ可ｒｖｓｏｌｕｔｉｎｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ（１ｅａｓｔ－ｓｑｕａｒｅｓＡＭＢｉｇｕｉｔｙＤｅｅｏｒｒｅｌａｔｉｎｎＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｂａ６ｃｄｏｎＴｈｅｆｌｏａｔａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｖａｒｉａｎｃｅ－ｃｏｖａｒｉｎｎｃｅｍａｒｘ，ＬＡＭＢＤＡｆｉｒｓｔｌｙ出ｃｏｒｒｃｌａｔａｓｔｈｅａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓ．ａｎｄｓｅｃｏｎｄｌｙｓｅａｒｃｈｅｓｄｉｓｃｒｅｔｅｌｙＯＶｅｒｔｈｅａｍｂｉｇｕｉｔｙｓｅａｒｃｈｅｌｌｉｐｓｏｉｄ，ｔｈｅｍｆｏｒｅｏｂｔａｉｎｔｈｅｉｎｔｅｇｅｒｌｅａｓｔ－ｓｑｕａｒｅｓａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓ，ｔｈｅｆｉｘｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｎｂｃｃｏｍｐｕｔａｄ．ｅｓｔ暗ｌ出ｆｏｒｔｈｅｂａｓｅｌｔｈｅｆｉｘＡｔｉｅｒｔｈｅｉｎｔｅｇｅｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｖｅｒｙｆａｓｔａｎｄｅｆｆｉｃｉａｎｔｉｙ，ｗｅｃａｒｔｇｅｔｔｈｅｔｈｅｓｏｉｎｔｉｏｎｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅ，ｄｙｎａｍｉｃａｎｄｐｎｅｌｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｔｅｓｔｃａｌｌＡｔｌａｓｔ，ｗｅｐｕｔｍａｉｎｐａｒｔｏｆＬＡＭＢＤＡａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｎｏｎＤＳＰＤＳＰｐｌａｔｆｏｒｍｉｎＣｃｏｄｅｓＷｉｔｈｔｈｅｄａｔａ，ｗｅｖａｌｉｄａｔｅｓｔｈｅｂｅＬＡＭＢＤＡａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｐｈａｓｃｂｅｕｓｅｄｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｗｏＴＩ【：ｉｎｇｗｅｌｌ．ｓｏｉｔｕｓｅｄｉｎｃａｒｒｉｅｒｒｅａｌｔｉｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｃａｒｒｉｅｒＰｈａｓｃ，Ｉｎｔｅｇｅｒａｍｂｉｇｕｉｔｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ。ＤｓＰ，ＬＡＭＢＤＡａｌｇｏｒｉｔｈｍ，西北工业大学硕士学位论文第一章结论第一章绪论１．１卫星定位技术的发展卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的“］１２１。五十年代美国国家大地瓤量局开始利用卫星几何光学观测法和卫星轨道跟踪法建立全球卫星网和全球地心坐标系，建立了一个由４５个点组成的全球三角网。六十年代美国还完成了多普勒卫星定位系统——海军子午导航卫星系统（ＮＮｓＳ）的布设，１９６７年７月２９日美国政府ＮＮＳＳ的部分导航电文解密，供民间商业应用。前苏联也建立了一个由１２颗所谓宇宙卫星组成的叫做ＣＩＣＡＤＡ系统的卫星导航系统，自此揭开了卫星定位的新篇章。接着美国在七十年代又开始研制第二代卫星定位系统—全球定位系统（ＧＰＳ）。进入八十年代，ＧＰＳ得到了全面的发展．它的定位精度非常高。在大地测量和地球动力学中获得了日益广泛的应用。俄罗斯、法国和德国也相继研制了ＧＬＯＮＡＳＳ、ＤＯＲＩＳ和ＰＲＡＲＥ系统。ＧＬＯＮＡＳＳ系统定位原理与ＧＰＳ系统相类似。ＤＯＲＩＳ为地基系统，其建立的主要目的用于美、法合作的海洋计划ＴＯＰＥＸ／ＰＯＳＥＩＤＯＮ的精密定轨，也用于绝对与相对定位以及监测地壳运动。ＰＲＡＲＥ（ＰｒｅｃｉｓｅＲａｎｇｅＡｎｄＲａｎｇｅ－ｒａｔｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）为～种精密双向、双频（Ｓ／Ｘ带）卫星跟踪系统，它可以测定时钟参数、轨道根数、站坐标和地球自转参数。进入九十年代，空间定位技术更是得到了空前的发展，ＧＬＯＮＡＳＳ系统正式投入运行，西欧欧洲空间局（ＥＳＡ）开始筹建ＮＡＶＳＡＴ，ＮＡＶＳＡＴ是由６颗地球同步卫星（ＧＥｏ）和１２颗高椭圆轨道卫星（ＨＥＯ）组成的混合卫星星座．可实现全天候、实时导航和定位。日本也在积极筹划建立日本的多功能卫星增强系统（ＭＳＡＳ）。２００２年１０月３１日，我国自行研制的第一颗导航定位卫星——“北斗导航试验卫星”（偷称北斗一号卫星），在西昌发射中心准确入轨运行。２０００年１２月２１曰，第二颗“北斗导航试验卫星”准确进入地球同步轨道，与前一颗共同构成了“北斗卫星导航系统”，该系统采用主动式定位原理，用户设各既接收来自两颗北斗卫星的导航定位信号，又要向卫星转发该信号，进而由地面中心站解算出各个用户所在的点位。２００２年３月２４日，欧盟首脑会议批准了建设Ｇａｌｉｌｅｏ（伽利略）卫星定位系统的实施计划．ＧａＨｌｅｏ系统的主要特点是：多载频，多服务，多用户，它除了具西北工业大学硕士学位论文第一章绪论有与ＧＰＳ系统相同的全球导航定位功能之外．还具有全球搜救功能，它也采用被动式导航定位原理和扩频技术发送导航定位信号，并将其功能划分为公开、安全、商业和政府四种服务模式，每种服务采用不同的信号。１．２ＧＰＳ定位系统概述全球定位系统（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｃｍ－ＧＰＳ）是美国从本世纪７０年代开始研制，历时２０年，耗资２００亿美元，于１９９４年全面建成，该系统是伴随现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航和定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的三维测速、导航、定位与授时能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。该系统的研制成功已成为美国导航技术现代化的重要标志，被视为本世纪继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。Ｉ．２．１ＧＰＳ定位系统的组成ＧＰＳ定位技术是利用高空中的ＧＰＳ卫星‘１］１２１１３１，向地面发射Ｌ波段的载频无线电测距信号。由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。因此，ＧＰＳ定位系统是由以下三个部分组成：（１）ＧＰＳ卫星星座（空间部分）（２）地面监控系统（地面控制部分）（３）ＧＰＳ信号接收机（用户设备部分）。这兰部分有各自独立的功能和作用，对于整个全球定位系统来说，它们都是不可缺少的。（一）ＧＰＳ卫星和星座自１９７８年２月２２日第一颗ＧＰ￥试验卫星（ＰＲＮ４）入轨运行之后，到１９８５年１０月９日最后一颗ＧＰＳ试验卫星八轨运行为止，总共发射了】１颗ＧＰＳ试验卫星（ＢｌｏｃｋＩ），其中由于发射故障以及卫星入轨后出现的故障，实际上只有部分ＧＰ￥试验卫星能够正常工作。后来为了完善ＧＰＳ定位系统的功能，又研制并陆续发射了ＢｌｏｃｋＩＩ和ＢｌｏｃｋＩＩＡ型ＧＰＳ工作卫星。第一颗ＧＰＳ工作卫星（ＰＲＮｌ４）是于１９８９年２月１４日发射，于１９９６年９月１２日发射了第２７颗ＧＰＳ工作卫星（ＢｌｏｃｋｌＩＡ，ＰＲＮ３０），其中有２颗卫星因为故障而不能正常工作。共计有２５颗ＧＰＳ工作卫星构成了完整的ＧＰＳ工作卫星星座，达到“全星座状态”，同时所有的ＧＰＳ试验卫星停止Ｔ作，退出历史舞台．并且为了以后进～步发展的需要，将采用更为先进的ＢｌｏｃｋｆＩＲ和ＢｌｏｃｋＩＪＦ型卫星。工作卫星分靠在６个近圆彤轨道嘶内，每个轨通面上有４颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为５５。．齐轨逋甲面丁｝交点

西北工业大学硕士学位论文第一章绪论的赤经相差６０。，同一轨道上两卫星之间的升交角距相差９０。，轨道平均高度为２０２００ｋｍ，卫星运行周期为ｌｌ小时５８分。同时在地平线以上的卫星数目随时间和地点而异，最少为４颗，最多时达１１颗。上述ＧＰＳ卫星的空间分布，保障了在地球上任何地点、任何时刻均至少可同对观测到４颗卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此ＧＰＳ是一种全球性、全天候的连续实时定位系统。在ＧＰＳ定位系统中，ＧＰＳ卫星的主要功能是：（１）接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令。ｔ２）利用卫星微处理机完成必要的数据处理。（３）由星载高精度原子钟产生基准信号并提供精确的时间标准。（４）向用户连续不颧的发送导航定位信号，其中包括两种载波信号。（５）接收地面主控站通过注入站发送给卫星的调度命令，如调整卫星姿态、启用备用时钟或启用备用卫星等。（二）地面监控系统地面监控系统由～个主控站、三个注入站和五个监测站组成一主控站又称联合空阃执行中心，它位于美国科罗拉多州普林斯附近的佛肯空军基地，它的主要任务是采集数据、推算编制导航电文；给全球定位系统时间基准；协调和管理所有地面监测站和注入站系统，诊断所有地面支撑系统和天空卫星的健康状况，并加以编码向用户指示：调整卫星运动状态，启动备用卫星等。注入站的作用是将主控站传来的导航电文，用１０ｃｍ（ｓ）波段的微波作载波，分别注入到相应的ＧＰＳ卫星中，通过卫星将导航电文传递绘地面上的广大用户，由于导航电文是ＧＰＳ用户所需要的一项重要信息，通过导航电文才能确定出ＧＰＳ卫星在各时刻的具体位置，因此注入站的作用是根重要的。监测站的主要任务是为主控站编算导航电文提供原始观测数据。每个监测站上都有ＧＰＳ信号接收机和高精度铯钟，在主控站的直接控制下，对所见卫星作持续不断的伪距测量和积分多普勒观测，采集环境要素等数据．经初步处理后发往主控站。以上地面监控系统实际上都是由荚国军方所控制。由于军方为了限制民间用户通过ＧＰＳ所达到的实时定位精度，而对ＧＰＳ卫星轨道精度和时钟稳定性作了有意降低（ＳＡ政策），这不利于广大民间用户。为了克服ＳＡ政燕的影响．一些国际性科研机构建立了广泛分布的全球性跟踪网络。用来精确测定ＧＰＳ卫星的轨道元素供后处理之用．或计算预报星历。但是这两种星历都不是由ＧＰＳ卫星播发给用户，而是要通过一定的信息渠道获得，有别于ＧＰＳ卫星的广播星历。（一二）用户设备部分ＧＰＳ的空间部分和地商监控部分．为用户广泛利用该系统进行导航和《位提西北工业大学硕士学位论文第一章绪论供了基础。而用户要实现利用ＧＰＳ进行导航和定位的目的，还需要具备ＧＰＳ信号接收机，即用户设备部分。这部分的作用是接收ＧＰＳ卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，经数据处理后获得观测时刻接收机天线相位中心的位置坐标。用户设备部分主要由ＧＰＳ接收机硬件和数据处理软件组成：ＧＰＳ接收机是用户设备部分的核心，一般由主机、天线和电源三部分组成。其主要功能是跟踪接收ＧＰＳ卫星发射的信号并进行变换、放大、处理，以便测量出ＧＰＳ信号从卫星到接收机天线的传播时间；解译导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。关于ＧＰＳ接收机有多种分类方法，按其用途来分．可分为导航型、精密测地型和授时型３类ＧＰＳ接收机，按接收机的载波频率分类可分为单频接收机和双频接收机：按接收机通道数分类有：多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机．在精密定位测量工作中．一般均采用大地型双频接收机或单频接收机。单频接收机适用于１０ＫＭ左右或更短距离的糖密定位工作，其相对定位的精度能达５ｍｍ＋ｌｐｐｍ－Ｄ（Ｄ为基线长度，以ＫＭ计）。而双频接收机由于能同时接收到卫星发射的两种频率《Ｌ１＝１５７５．４２ＭＨｚ和１．２＝１２２７．６０ＭＨｚ）的载波信号，故可进行长距离的精密定位工作，其相对定位的精度可优于５ｍｍ＋ｌｐｐｍ?Ｄ，但其结构复杂，价格昂贵．用于精密定位测量工作的ＧＰＳ接收机，其观钡Ｉ数据必需进行后期处理，因此必须配有功能完善的后处理软件，才能求得所需测站点的三维坐标。所有ＧＰＳ接收机生产厂家一般都随机提供数据处理软件包，但其作用是有限的。国际上有一些科研机构为了克服商用数据处理软件的不足，已经开发研制了多种精密的ＯＰｓ数据后处理软件包，如ＧＡＭＩＴ（美国庶省理工学院）、Ｂｃｒｎｃｓｃ（瑞士伯尔尼大学天文学院）、ＧＩＰＳＹ（美国加州大学喷气推进实验室）等，主要用于科研目的。１．２．２ＧＰＳ定位基本原理ＧＰＳ接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时问信息，用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历，用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历。精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）：以及ＧＰＳ系统信息，如卫星状况等。接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对Ｃ／Ａ码测得的伪距称为Ｃ／Ａ码伪距，精度约为２０米左右，对Ｐ码测得的伪距称为Ｐ码伪距．精度约为２米左右。ＧＰＳ接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它足收到４西北工业大学硕士学位论文第一章绪论的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻测量，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。有关整周模糊度的问题，后续章节将会详细论述。按定位方式，ＧＰＳ定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。在ＧＰＳ观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵清大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别）。应选用双频接收机。在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导航定位的精度为３０～１００米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级的相位差分定位（ＲＴＫ），实时差分定位需要数据链将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最大限度地发挥ＧＰＳ的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为大地型接收机，是接收机中性能最好的一类。目前，ＧＰＳ已经能够达到地壳形变观测的精度要求，ＩＧＳ的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。１．３差分ＧＰＳ技术差分技术很早就被人们所应用。它实际上是在一个澳４站对两个目标的观测量、两个测站对一个目标的观测量或一个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。其目的在于消除公共项。包括公共误差和公共参数。在以前的无线电定位系统中已梭广泛地应用。随着ＧＰＳ技术的发展和完善，麻用领域的进一步开拓，人们越来越重视利用差分ＧＰＳ技术来改善定俯件能。它使用一台ＧＰＳ基准接收机和西北工业大学硕士学位论文第一章绪论一台用户接收机。利用实时或事后处理技术，就可以使用户测量时消去公其的误差源一电离层和对流层效应。除此以外．美国政府实施了ＳＡ政策，其结果使卫星钟差和星历误差显著增加，使原来的实时定位精度从１５ｍ降至１００ｍ。在这种情况下，利用差分技术能消除这一部分误差，更显示出差分ＧＰＳ的优越性“２１㈣口“。差分ＧＰＳ是目前ＧＰＳ测量中精度很高的一种定位方法，它广泛用于高精度测量工作中。ＧＰＳ测量结果中不可避免地存在着种种误差：但这些误差对观测量的影响具有一定的相关性，所以利用这些观测量的不同的线性组合进行相对定位，便可能有效地消除或减弱上述误差的影响，提高ＧＰＳ定位的精度，同时消除了相关的多余参数，也大大方便了ＧＰＳ的整体平差工作．根据差分ＧＰＳ基准站发送的信息方式可将差分ＧＰＳ定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同【２５１㈨㈤。（１）位簧差分原理这是一种最简单的差分方法，任何一种ＧＰＳ接收机均可改装和组成这种差分系统。安装在基准站上的ＧＰＳ接收机观测４颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、ＳＡ影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、ＳＡ影响、大气影响等，提高了定位精度．以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况．位置差分法适用于用户与基准站间距离在１００ｋｉｎ以内的情况。（２．）伪距差分原理伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分ＧＰＳ接收机均采用这种技术。国际海事无线电委员会推荐的ＲＴＣＭＳＣ．１０４也采用了这种技术。在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个ａ－１３滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加义出现了系统误差．这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。（３）载波相位差分原理西北工业大学硕士学位论文第一章绪论差分ＧＰＳ的出现，能实时给定载体的位置，精度为米级，满足了导航、水下测量等工程的要求。位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等技术已成功地用于各种作业中。随之而来的是更加精密的测量技术～载波相位差分技术。载波相位差分技术又称为ＲＴＫ技术（ｒｅａｌｔｉｍｅｋｉｎｅｍａｔｉｃ），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收ＧＰＳ卫星的载波相位及来自基准站的载波相位，组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。实现载波相位差分ＧＰＳ的方法分为两类：修正法和差分法。前者与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。后者将基准站采集的载波相位发送给用户台进行求差解算坐标。前者为准ＲＴＫ技术，后者为真正的ＲＴＫ技术［Ｔｑｔｚｌｑ［３０ｌ。１．３载波相位差分技术的研究意义载波相位差分技术的出现，使利用ＧＰＳ实现精密导航和着陆成为可能【．）【”，日Ｉ起了众多学者的关注。近年来用ＲＴＫ实现飞机精密进场着陆的设想开始受到人们的关注，其中美国ＶａｎＧｒａｓｓＥＤ．等３位学者首先进行了ＲＴＫ用于飞机进场着陆的探索性研究，取得了大量实验和仿真数据，其结果分析表明。利用载波相位作为观测量能够满足ＩＩＩ类精密进近的精度要求。在具备民用双频观测的条件下，将无初始化ＲＴＫ技术运用于精密进近和着陆中，能够得到比相位平滑差分测量更高的导航和定位精度，这样，就完全可以满足从ｃｌ类到ＣＩＩＩ类的精度要求。不仅如此它在民用航空其它领域的应用前景也将极为广阔。利用伪随机码进行伪距测量时，由于伪随机码的码元长度长，这样就限制了进一步提高伪距测量精度的能力。如果伪距测量精度取伪距码波长的百分之一，则Ｐ码的测量精度为３０ｃｍ，Ｃ／Ａ码的测量精度为３ｍ左右。而采用载波相位信号进行测量，由于载波相位信号的波长短（＾；１９ｃｍ，五＝２４０ｒｎ），所以可以达到很高的定位精度。根据ＩＣＡＯ对精密进近和着陆精度要求的规定，运用载波相位测量技术所要达到的动态定位的精度必须在ｌ￣０．１ｍ的范围，是属于高精度的动态定位。同时，为了有效地消除各种ＧＰＳ定位中的公共误差，提高导航和定位的精度，就必须采用载波相位差分和相对测量（ＳＤ，ＤＤ，ＴＤ，ＦＤ）的技术。国际民航组织０ｃＡｏ）ｒ１９９８年８月发布了Ｅ机进近着陆精度的建议。如表１－１所／下：

西北工业大学硕士学位论文第一章绪论表卜１ＩＣＡＯ对精密进近和着陆精度要求的建议非精密进近ｌＩ类精密进近ｌＩＩ类精密进近ｌ１Ⅱ类精密进近水平辅度／垂直辣度ｌ１００ｍＩ１６．０ｍ／４．０ｍｌ６．５ｍ／１．７ｍｆ３，９ｍ／０．８ｍ１．４论文的主要内容由于在载波相位差分中．蔼要地面基准站接收所有可见ＧＰＳ卫星的载波相位信号，再通过ＶＨＦ地空数据链发播给基准站作用范围内的所有移动接收机。接收机从中提取出自己所跟踪的５颗ＧＰＳ卫星信号中的载波相位进行差分修正，经过解算求解出实时的定位坐标．而要实现载波相位测量实时动态定位，必须具备和解决以下几个条件和问题：．（１）要求快速、精确地确定整周模糊度的问题．．（２）初始化后，必须对可见ＧＰＳ卫星进行锁定，并要求连续地跟踪观测，发生失锁产生整周跳变以后，能够对整周跳变进行检测和修复。．（３）必须通过数据链，将地面基准站的载波相位观测量数据和常数项实时地传送给动态定位的移动站，对于数据链一定要达到可用性和可靠性的要求。本论文主要介绍了ＧＰＳ载波相位差分定位的主要原理和模型，分析了其中的主要算法，分析其中存在的主要问题并仿真分析系统定位性能．重点介绍了整周模糊度动态确定这一相位差分系统的核心技术问题，介绍已有的求解整周模糊度算法。最后，将其中的ＬＡＭＢＤＡ方法在ＤＳＰ平台上编程实现。西北工业大学硕士学位论文第二章ＧＰＳ观测最及相关概念第二章ＧＰＳ观测量及相关概念ＧＰＳ观测量无论采取何种ＧＰＳ定位方法，都是通过观测ＧＰＳ卫星而获得某种观测量来实现的［２１１６１。在介绍ＧＰＳ观测量前先简要介绍ＧＰＳ卫星的信号结构。每个ＧＰＳ卫星均发射可区分的信号。每个卫星的信息包含在两个Ｌ波段（Ｌ１和Ｌ２）的载波信号中，在载波上调制有Ｃ／Ａ码和Ｐ码（Ｌ２上不调制Ｃ／Ａ码）以及卫星导航信息，卫星钟振荡器的基准频率是＾＝１０．２３兆赫兹。卫星发射的载波和调制在载波上的码的频率都是由此基准频率产生。ＧＰＳ观测值可以针对载波柜位或码。针对载波相位的量测可得相位观测值。在Ｌ１和Ｌ２上均存在，针对码的观测值称为伪距，它可以是Ｃ／Ａ码伪距或Ｐ码伪距，Ｃ／Ａ码伪距只在Ｌｌ上存在，它也用于接收机快速俘获（锁定１卫星，Ｐ码伪距在Ｌ１和Ｌ２上均存在。另外有些接收机还可接收多普勒频率变化量。ＧＰＳ卫星信号含有多种定位信息，根据不同的要求，可以从中获得不同的观测量，主要包括：ｌ、伪距观测值它是对码的量铡值。就是卫星到接收机的距离，由于含有接收机钟和卫星钟的误差，故称为伪距。因为Ｃ／Ａ码和Ｐ码均是由数学方法产生的两进制码，具有随机噪声的特性，因而也称为伪随机噪声。这些码相当于精密的时标－可以被接收机的处理器求出信号传播时间，将卫星与接收机振荡器产生的码序列进行相关处理就可求卫星信号的传播时间，乘上光速便得到伪距．若在一个历元同时测到４个卫星的伪距，就可以确定该时刻接收机的三微位置和接收机与卫星的钟差之差，相当于常规测量中的距离交会，其定位精度是接收机与４颗卫星的几何图形的函数，最理想的情况是，４颗卫星分处４个象限中．高度角是４０‘～７０４，指示几何图形好坏的指数称为几何强度因子ＧＤＯＰ，一般的ＧＰＳ接收机面板上都显示该指数，它相当于当伪距测量的误差为ｌ时的定位精度。伪距测量的精度要比相位测量精度低得多，在没有ＳＡ政策时，Ｃ／Ａ码伪距的精度约为２０米左右，Ｐ码伪距的精度为２米左右，也就是说当ＧＤＯＰ等ｒ３时，利用Ｃ／Ａ码伪距可期望获得６０米的定位精度，利用Ｐ码伪距可期望软得６米的定位精度。当然，这只是估计，在实际麻用中还要受到多路径误差等一Ⅱｏ小确定冈素的影响。２．１西北工业大学颈士学位论文第二章ＧＰＳ观测量及相关概念２、相位观测值对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉（有相关技术和平方技术等方法）后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下枢位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。观测历元间隔通常应取为可以被６０秒整除的数，因为一般在０分０秒应有观测值。历元间隔最小为１秒，在长基线精密定位时，历元间隔可取为３０秒或６０秒，相位观测量的精度要比伪距高得多，Ｌ１和Ｌ２的波长分别是１９和２４厘米，因此最粗糙的量测也能达到厘米级的精度，一般接收机的相位量测精度可达Ｏ．０１周，相当于毫米级。与电磁波测距仪一样．相位量测存在～个模糊度问题，相位测量只能测出距离的变化，求解出这个模糊度后（在后面讲述），就能知道精确的距离。３、多普勒频率变化观测值由于卫星于接收机之问的相对运动，接收机收到的卫星信号的频率会发生变化，有些接收机可以记录该值，这是ＧＰＳ系统的前身多普勒导航定位系统的主要观测值。它在长距离稀密定位定轨中，不能起大的作用，一般不为人们所重视，大部分的接收机也不记录该值。采用积分多普勒计数法进行定位时，所需观测时间较长，～般数小时，同时观测过程中．要求接收机的震荡器保持高度稳定。这种方法在ＧＰＳ定位中，尚难以获得广泛应用。目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和载波相位观测量。所谓码相位观测是铡量ＧＰＳ卫星发射的测距码信号（ＣＩＡ码或Ｐ码）到达用户接收机天线（观测站）的传播时间。也称时问延迟测量。载波相位观测是测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。由于载波的波长远小于码长，Ｃ／Ａ码码元宽度２９３ｍ，Ｐ码码元宽度２９．３ｍ．而Ｌ１载波波长为１９，０３ｃｍ，Ｌ２载波波长为２４．４２ｃｍ，在分辨率相同的情况下，Ｌｌ载波的观测误差约为２．０ｍｍ。Ｌ２载波的观测误差约为２．５ｍｍ。而Ｃ／Ａ码观测精度为２．９ｍ，Ｐ码为０．２９ｍ。载波相位观测是目前最耪确的观测方法。载波相位观测的土要问题：无法直接测定卫星载波信号在传播路栉上相位变化的整剧数，存在整剧不确定性问题，此外，在接收机跟踪ＧＰＳ卫星进｝丁观测过程中，常常南ｒ接收机天线被遮捎、外界噪声信号干扰等原因，还可能产ｔ整周跳变现西北工业大学硕士学位论文第二章ＧＰＳ观测量及相关概念象。有关整周不确定性问艇，通常可通过适当数据处理而解决，但将使数据处理复杂化。上述通过码相位观测或载波相位观测所确定的站星距离都不可避免地含有卫星钟与接收机钟非同步误差的影响，含钟差影响的距离通常称为伪距。由码相位观测所确定的伪距筒称测码伪距，由载波相位观测所确定的伪距简称为测相伪距。２．２ＧＰＳ坐标系统任何一项测量工作都离不开一个基准，都需要一个特定的坐标系统。例如，在常规大地测量中，各国都有自己的测量基准和坐标系统，如我国的１９８０年国家大地坐标系（ｃ８０）。由于ＧＰＳ是全球性的定位导航系统，其坐标系统也必须是全球性的：为了使用方便，它是通过国际协议确定的，通常称为协议地球坐标系（ＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＳｙＳｔｅｍ－－－－－ＣＴＳ）。目前，ＧＰＳ测量中所使用的协议地球坐标系统称为ｗＧｓ一８４世界大地坐标系（ＷｏｒｌｄＧｅｏｄｅｒｉｃＳｙｓｔｅｍ）。ｗＧｓ＿一８４世界大地坐标系的几何定义是：原点是地球质心，ｚ轴指向ＢＩＨｌ９８４．０定义的协议地球极（ＣＴＰ）方向，ｘ轴指向ＢＩＨｌ９８４．０的零子午面和ＣＴＰ赤道的交点，Ｙ轴与ｚ轴、ｘ轴构成右手坐标系。上述ＣＴＰ是协议地球极（ＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＰｏｌｅ）的简称；由于撅移现象的存在，地极的位置在地极平面坐标系中是～个连续的变量，其瞬时坐标（Ｘｐ，ｖｐ）由国际时间局（Ｂｕｌ．ｅａｎＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌｄｅｌ’Ｈｅｕｒｅ简称ＢＩＨ）定期向用户公布。ｗＧｓ—８４世界大地坐标系就是以国际时间局１９８４年第一次公布的瞬时地极（Ｂｍｌ９８４．ｏ）作为基准。建立的地球瞬时坐标系，严格来讲属于准协议地球坐标系。除上述几何定义外，ｗＧｓ—８４还有它严格的物理定义，它拥有自己的重力场模型和重力计算公式，可以算出相对于ｗＧ＊８４椭球的大地水准面差距。ｗＧｓ一８４世界大地坐标系与我国１９８０年国家大地坐标系的基本大地参数比较。在实际测量定位工作中，虽然ＧＰＳ卫星的信号依据于ｗＧｓ一８４坐标系，但求解结果则是测站之问的基线向量或三维坐标差。在数据处理时，根据上述结果．并以现有已知点（－－点以上）的坐标值作为约束条件，进行整体平差计算，得到备ＧＰＳ测站点在当地现有坐标系中的实用坐标，从而完成ＧＰＳ铡量结果向Ｃ８０或当地独立坐标系的转换。２．３ＲＩＮＥＸ数据格式西北工业大学硕士学位论文第二章ＧＰＳ观测量及相关概念由于接收机的型号很多，厂商设计的数据格式各不相同，国际上为了能统一使用不同接收机的数据，设计了一种与接收机无关的ＲＩＮＥＸ（ＴｈｃＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＥｘｃｈａｎｇｅＲｅｃｅｉｖｅｒＦｏｒｍａｔ）格式，目前已使用２号版本。下面分别介绍ＲＩＮＥＸ格式的广播星历文件、观测数据文件、和地面气象数据文件。为了便于交流，ＲＩＮＥＸ格式的ＧＰＳ数据文件均以无带标ＡＳＣＩＩ码的方式存储：每个记录长度为８０个字符，块大小为８０００；录制在磁带上，磁带上的第一个文件是全部文件的目录。但目前国际上的ＩＧＳ等组织是通过通讯方式（Ｉｎｔｅｍｅｔ网），来快速地提取全球ＧＰＳ长年观测站数据的，并将数据存在大型计算机中，使用着可通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网任意提取。ＩＧＳ现提供三种卫星星历：（１）预报星历（ＩＧＰ）．ＩＧＳ提供２４ｄ，时的预报星历；（２）快速星历（ＩＧＲ）－ＩＧＳ提供４８小时后的星历：（３）精密星历（ＩＧＳ）．ＩＧＳ提供＝周后的星历。由于收集ＧＰＳ追踪站资料的时间长短不同，和轨道数据处理的程序方法不～样，因此ＩＧＳ所提供的上述三种星历的精度分别为５０ｅｒａ，ｌｏｏｍ，５ｅｍ不等。１．广播星历文件接收机锁定卫星并解出Ｃ／Ａ码后．就能取得广播星历，即卫星坐标计算参数。在实时ＧＰＳ应用中，它是必不可少的，大部分的工程网观测数据的后处理也采用广播星历．ＲＩＮＥＸ格式的广播星历文件如下表２－１嘲所示，作为例子，表中给出ＴＰＲＮ９年ⅡＰＲＮｌ７两颗卫星的广播星历数据，ＰＲＮ表示ＧＰＳ卫星的伪随机编号号码，ＧＰＳ卫星在有些场合采用美国航空与航天局ＮＡＳＡ世ａｔｉｏｎａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）的编号。Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ郢ａｃｅ

两北工业大学硕士学位论文第二章ＧＰＳ观测量及相关概念表２一ｌ２ＴＹＰＥＥＰＨＴＯＲＮＸ１６７６Ｄ．０７ＲＩＮＥＸ格式的广撬星历文件样例ｎＡＴＡＲＩＮＥＸＶＥＲＳｌＯＮ，ＮＡＶＩＧＡｌｌ０ＮＶｅｒｓｉｏｎ１‘０９２９－ＮＯＶ－９５２１：０５ＰＧＭ／ＲＵＮＢＹ／ＤＡＴＥＩＯＮＡＬＰＨＡＩｏＮＢＥＴＡ３９．２２３５Ｄ－０７?１１９２Ｄ－０６一１１９２Ｄ－０６．１３１０Ｄ－０７?．１３１０Ｄ＋０６、１９６６Ｄｔ嘶５５２９６０１２∞Ｄ＿０６．１３３１７９１２８１７０Ｄ－０６．１０７４６９５８８７８０Ｄ－１２１０ＤＥＬｌＨ－１３ＴＣ：Ａ仉Ａ１．Ｔ．ＷＬＥＡＰＳＥＣＯＮＤＳＥＮＤＯＦ｝ⅢＡＤＥＲ９９４１０２ｌ８００．０－０ｌ∞３５１７蛐２９５Ｄ－０４．ｍ９∞４９４７０”７３肌１２ｎＩ∞００００００００００Ｄ＋００ｍ７２００００００００００Ｄ＋０２０．１０６０６２５０００００Ｄ＋０３０４７６８４ｌ”７５７５Ｄ枷０１３２０７６１１２４４４Ｄ＋０１０．５４８５４８９９６４４９１）－０５０３１２９７１０７９２５６Ｄ加２ｍ７４７２９３２３３８７１Ｄ＿０５０５１５３７１７９０５０４Ｄ＋０４０．４６０加∞删Ｄ枷０５５８７９３５４４７６９Ｄ．ｏＷ丑９０１２６９４帅∞＋０１－０１３０３８５１６０４４６ｍ∞０９５０４７７７７４７１２Ⅱ枷０．２２”９３７５００００Ｄ＋０３＿０４９１５５Ｓ９９２２绷ｍ∞由８１９０３４０８４９９８Ｄ．啦０２３３９３８３１３１酌Ｄ聊０．１０００００００００００Ｄ＋０１０．７７１００伽ＯＯＯ∞Ｄ邶０Ｏ∞０００００００００Ｄ瑚０７００∞∞ＯＤ咖Ｄ＋０ｌ０∞∞∞００００００Ｄ＋∞０１３９６９８３赫１９２Ｄ埘Ｏ３２８０００００００００Ｄ＋０３０００００００００００００Ｄ＋００１７９４１０２Ｉ８００．０－０６３５９０７０５３９４７Ｄ－０４?０蝴９４７０”７３ｍ１２０１６７Ｉ盯５∞∞ｏＤ＋０２００００００００００００００Ｄ＋０００２２８０００００００００１３＋０３４２４９４６２５饼ｌＤ．憾０．１０４７１７２５６螂帅１Ｏ．５６６２４４１２５３６６Ｉ＇?∞０．７如ｌＯｌｌ，ｏ∞ｌＤ也ｍ０８３２酯３２９７６５Ｄ－０５ｎ５１５３６９７９０“９Ｄ州Ｏ．４６０帅０００ａ啪ＯＤ十能０２７９３９６７７２３８５Ｄ．０７札９２５２３５，６酗１８Ｄ４—∞．０．２０３０２８３２１２６６Ｄ啪Ｏ＂０４３黼５ｓ４６０Ｄ＋∞Ｏ．２１４７８１２５００００Ｄ＋０３０１９９８２５７９０５７３１０＋０１－０．７８９７４７２∞９６９Ｄ．∞０．４０４６５９７２２３９７Ｄ－０９乱ｌ∞∞伽∞０００Ｄ＋０１ｎ７７ｌ加伽∞Ｏ∞Ⅱ＋０３仉００伽伽Ｏ∞伽们）＋∞ｎ７∞ｏｏ∞∞∞０Ｄ＋０１０．００ｅ０００００００００ｔ＞．啪０．１３９Ｂ啪赫１９２Ｄ＿０ｌ０伽０∞０００∞０棚）＋－∞０４８４０００００００００Ｄ＇＋０３２．观测文件接收机测得的相位和伪距观澳Ｉ值均记录在观测文件中，下表２－２是例子文件共有２个历元的观测数据。西北工业大学硕士学位论文第二章ＧＰＳ观测量及相关概念表２－２２ＲＪＮＥＫ格式的观测数据文件样例ＧＰＳＲＩＮＥＸＶＥＲＳＩＯＮ，ｏＢＳＥＲＶＡＴｌｏＮＤＡＴＡＴＹＰＥＴＢ２ＲＮＸＴＢｒ＇ｂｏ８１１ｒｉｎｅｘｆａｒ＇ｍａｎｅｔＭｏＤＥ：ＳＴ＾１１Ｃｘｘｘ搿ｘｘｘｘｘｘｘＶ∞ｓｉｏｎ：９５５１９＂－０７－２０２２：２０：２０ＰＧＭ，ＲＵＮＢＹ／ＤＡＴＥＣｏＭ￣量ＥＮＴＣＯＭＭＥＮＴＣｏＭＭＥＮＴｌＭＡＲＫＥＲＮＡＭＥＯＢＳＥＲＶＥＲ，ＡＧＥＮＣＹＷＡＮ１５３５７５９０２１５３５＇７５９０２ｎＪＲＢＯＳＩＩＰｒｏｄｕｃｔｉ伽ｔｍｉｌＲＥＣ＃／ＴＹＰＥ，ＶＥＲＳＴＵＲＢＯＳⅡ＾ＮＴ４／ＴＹＰＥ２２６１－勰５２３８９４６５０３６４．粥３０００００３２９３３５０３４３４ＡＰＰＲｏＸＰＯＳＩＴｔＯＮＸＹＺ０．１１２０Ｏｒｉｇｉｎａｌｓｌａａｔｈｅｉ曲ｔ（ｍ）：ｌ５ｌＣ１Ｌｌ０咖００ＡＮＴＥＮＮＡ：ＤＥＬＴＡＨ删ＣＯＭＭＥＮＴＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＦＡＣＴＬＩ／２Ｏ１１２０Ｌ２ＤｌＰ２＃，ＴＹＰＥＳＯＦＯＢＳＥＲＶＥＮＤＯＦＨＥＡＤＥＲ９５７１９０２ｌ仉咖Ｏ∞ＯＯ０５２７２ｌＵ３Ｉ１９２１８０５８９１．３３５１６２３７３３９６９５９７１４２０７４６１３７２５７１９２０９０３４５５２１３１８２０６８１２３８０４９１７９５７１９０２１－０２８７１６－仉１９３１４０．０１７１９．０２８０１８－０３２８１７００．０７７１３ｎ６６９１２０５４２１６０９９４１４．０２５６１００∞０００乱０００００２１８０５８９５０８５１３２３７３３９７３１６７１２９９４１６ｎ００咖２０７４６１４００００００００．０００００２０９０３４５８４１２１４２０６９１２３Ｅ０４９１０３０．００∞０００５２７２８１５３１１９２１７９４９３２．６３６０６２３７５０２２３７３９０４２０７３６２７３．６９９０９２０９１３８０５．２３５０８２０６８２３１４．７６４０７?５７５８７９０３０６８５４２１．７９６０４－５１８３４，４０３０９５４３８９６７８０Ｓ４９０６１９３０７训８７３３８６０２６６５６３２１８０ｌ－４０３８９．９０４０５４２３８２７７５０４３８２３０．舯０００仉０００００２１７９４９３５．７６５０２２３７５０２２５．６０４０１２０７３６２７７７１７０５２０９１３８０８９３３０４２０６８２３１４７６４０００∞ｏｏｏ０ｏｏ∞０４∞７００００００００与广播星历表一样，观测文件也有一个表头，表头也以“ＥＮＤＯＦＨＥＡＤＥＲ”或空行表示结束，表头中每行的６０～８０字符为给出本行内容的说明，如表２．２所示，观测文件的表头中列出了ＲＩＮＥｘ版本号、形成文件的单位、人员、点号、点名、观测者与单位、接收机号码类型版本、天线号码类型、台站近似坐标、天线Ｌ１相位中心与点位的关系（向上、向东、向北的偏离量）、采样问隔、波长因子、观测值种类数及观测值类型、第一个腮测历元时刻、最后一个观测历元时刻、测得卫星的号码，说明为“ＣＯＭＭＥＮＴ”的注解行等。ＲＩＮＥＸ格式足ＧＰＳ系统中…种重要的数据格式，它被广泛的运用监测站和接西北工业大学硕士学位论文第二章ＧＰＳ观测量搜相关概念收机的数据采集和存储中。能够将ＧＰＳ原始观测数据有效的记录存储下来，用来进行进一步处理和分析。许多连续观测站都在互联网上提供ＲＩＮＥＸ格式的观测数据，用来为研究人员提供数据参考。下面是一个根据ＲＩＮＥＸ格式观测数据进行单点定位的仿真结果，程序采用ＭＡＴＬＡＢ实现。图２－１Ｘ方向定位误差图２－２Ｙ方向定位误差西北工业大学硕士学位论文第二章ＧＰＳ观测量及相关概念图２－３Ｚ方向定位误差本论文后续章节的仿真也是基于Ｒ１ＮＥＸ格式数据文件作为输入原始数据来进行的。有关ＲＩＮＥＸ格式的详细说明，请参考西北工业大学硕士学位论文第三章载波相位差分定位系统第三章载波相位差分定位系统３．１载波相位观测的数学模型载波相位测量顾名思义，是利用ＧＰＳ卫星发射的载波为溯距信号。由于载波的波长（屯。＝１９ｃｍ，五，＝２４ｃｍ）比测距码波长要短得多，因此对载波进行相位测量，就可能得到较高的测量定位精度０１．假设在五时刻进行首次载波相位观测，此时接收机基准信号相位为饩饵），接收到来自－０星＿ｓ７的载波信号的相位以瓴）。其中包括整周数州和不足一周的小数部分却ｆ（王）。中：旺）＝％（互）一科ｑ）；Ⅳｆ＋却ｆ何）（３－１）在实际测量之中，只能测定不足一周的小数部分却ｆ（五），整周模糊度州无法测定，所以首次测量的载波相位观溅量实际上是却ｆ何）。首次测量之后，在连续跟踪卫星的情况下，可连续测量载波相位信号的整周相位变化，可以测定写到ｒ时刻的整周计数ＡⅣ和不足一周的小数部分却；（霉），因此：ｏ：（巧）＝张（霉）一州（１）；州＋△？ｖｒ（ｚ）＋?６科（Ｉ）可以进一步写成：（３－２）ｍ：Ｅ）＝州＋Ａ中：（霉）（３－３）即时刻７＝的相位观测值为ａ中ＩＣｒ，）。在随后的连续相位观测量中，各次测量中均包含一个首次测量的整周数Ⅳ：，通常口ｑ做整周模糊度。整周模糊度的确定是载波相位测量中特有的问题，也是进一步提高ＧＰＳ定位穗度、提高定位速度的关键所在。上面的讨论都采用标准ＧＰＳ时丁为基准。实际中，观测方程是以卫星和接收机的钟面时为测量标准，所以实际载波相位观测量为：由：（‘）＝吼ｑ）一簖（，『）＝州＋Ａ州（‘）＋６耐“）（３－４）＝吼（‘）一饵（‘）＝州＋△叫（‘）由于钟差的存在，接收机钟面给出的观测历元为‘＝ｚ十研（‘）卫星钟面时为：（３－５）

西ｚｌｌ；工业大学硕士学位论文第三章载波相位差分定位系统ｆ’＝Ｔ’＋６ｔ。Ｏ。）＝７：一ｆｆ＋８ｔ７（ｆ７）代入式（３—４）中，有（３。６）中：（‘）＝纯（互）＋五由★（ｆｆ）一Ｐ７（Ｉ）＋ｆ７《一ｆｉｓｔ：（ｔｊ）ｆ３。７１＝工酝（ｆ．）＋ｆ’《一ｆ’６ｔ’（ｆ。）式中。，’，，分别表示卫星ｓ’和接收机＾的载波信号频率，都可以用，表示所以：叫“）＝，以（‘）＋，《一／田砸。）（３－８）又刚（‘）为观测历元‘时刻接收机到卫星的几何距离，忽略‘时刻的高阶小项载波相位观测方程可以表示为：ｍ抛）＝－－ｃ－ｆＰ《（ｔ，）［１－÷础“）】＋月ｌ一÷≈（‘）】巩（‘）ＣｃＣ（３－９）ｌｊ—ｙＪ一，函’（‘）＝Ⅳｆ＋△巾：０，）再考虑电离层延迟西《，对流层延迟峨等误差改正，误差方程可以写为《以）：一』《“）【ｌ一三群“）】＋ｆＯ一三定“）】吼“）＋。。．。（３．ｚｏ），田’（ｆｉ）＋州＋△ｍｆ“）＋÷【嚷（‘）＋印ｔ“Ⅺ３．２载波相位相对定位载波相位测量是ＧＰＳ中具有最高精度的定位测量方式，其精度可达到毫米级。但是由于其他观测误差的影响．载波相位测量绝对定位精度并不很高。而载波相位测量相对定位，可以有效的消除电离层、对流层延迟等误差，能达到很高的精度，因此载波相位差分定位技术已经成为当今ＧＰＳ精密定位的关键技术。载波相位相对定位可采用非差法和求差法。非差法就是利用相位测量的直接观测量，组成观测误差方程．在己知一点坐标的条件下，求解另一点的坐标。因为载波相位观测方程不仅包含着待定点的未知点坐标参数和首次测量的整周模糊度，还包括接收机钟差．在辅密定位中，还需要考虑卫星钟误差的影响和电离层延迟等。当在两点上进行静态定位时，需要观测一个时间段。此时观测方程所需耍的定位参数很少，只有三个，而非定位参数却报多。例如接收机钟差，若认为备观测历元的钟差是不同的，每一个历元都有一个钟差参数，这样组成的方程的阶数就会很高，解算起来会很困难。为了解决这个问题，ｔ口用二阶多项式来描述钟差．这样一来钟差参数减少剑三个。但是，如果接收机时钟质量小够好，钟差并不完全符合二阶多项式，就会引入误差，降低定位精度。１Ｒ耍ｊ！三些奎兰堡主堂垡堕塞蔓兰童皇垩塑些耋金塞堡！！生求差相对定位是通过对观测值作羞，消除一些多余参数，使得方程阶数减少，解算工作量减小。目前，载波相位相对定位普遍采用求差法，也就是载波相位差分定位。３．２．１单差相位观澳Ｉ值相对定位设在两个观测点１和２上，同时设置接收机Ｉ珊，于约定时间‘同步观测卫星ｓ’，取得载波相位观测值△ｏ：“）和△叫（ｆｆ），１点和２点钟假设１点的坐标（五，Ｋ，Ｚｉ）为已知。现求２点的精确坐标（．日，譬，霉）为已知，现求２点的精确坐标（五，蔓，Ｚ２）?由式（３．９）可以列出ｌ点和２点的相位观测方程【Ａ中ｆ（‘）＝丢群（‘）【ｌ一÷扁，“）ｌ＋丌ｌ一÷对“）】以“）｛ｌ△。｛（，Ｉ）＝丢《ｎ）【ｌ一÷鹧（‘）】＋九ｌ一÷霹（‘）慨以）ｌ一，出。（‘）一丢【ｔ自略“）＋却如（，ｊ）１一叫＋ｖ｛“）舌【《（‘）一硝“）１一手【奄（∞剧（ｏ—Ｒｆ。，）时ｎ）】＋【，［吼ｎ）～啦“）卜丢嚏（‘）犯（‘）一茸（‘）雹“）】一毒【碱“）一碱“）卜委【％“）一％（‘）卜ＣＣ一？飞卜争鼬嘲？狮枷ｐⅢ（３．１２）耍ｊ！三些奎兰受圭兰垒堡茎Ⅳ＆＝Ｎ：一Ｎｊ苎三至』塑壁墅望堑韭墅！！！堕＿以：（‘）＝吼以）一吼（‘）Ｊ％Ｏ，）＝匙（ｆ，）一Ｒ“ｆ，）ｄ《“）＝膨（‘）一时（‘）（３－ｉ３）Ｉ聪，“）＝唰。（ｆｊ）一碱（‘）１现，（‘）＝剜，（ｆ。）一卤略（ｆ，）【吨（ｆ．）＝叫９，）一ＷＯ。）单差观测方程可以写为△％“）＝舌６稚（‘）＋，毋ｉ２（‘）一心一舌【砰（‘－ｆ％辑）＋趟Ｑ，）Ｊ起（ｆ，Ｍ一毒【群ｏ。）加，：“）＋巩ｏ；）研：（ｆ．）ｌ一上【耐；。（‘）＋鲥：，（ｆｆ）】＋Ｖ＆（ｆ。）（３－１４）现将未知点２的概略坐标（Ｆ，譬，乏）及其改正数（峨，Ｊ艺，占ｚ２）代入上式，并用泰勒级数展开，将观测误差方程线性化。同时认为，对流层延迟经过模型修正，电离层延迟经过模型或者双频观测技术进行修正后，经过两站作差，进一步减弱到其影响可以忽略不计，因此经过整理之后，单差观测误差方程可以写为：吐ｎ）＝土暖（‘）占五十＾《“）∞：＋叫（‘）％卜，吼。“）＋．Ⅳ二＋＂≤ｆｅＪＲ／（ｔ，）一磁“）】＋丢旧纯）嗽：（‘）＋础＆“）必（ｕ】＋告【群（ｔ）明：（‘）＋趔（‘）５稚（‘Ｈ＋△中＆“’Ｏ－Ｉｓ）其中：（ｄ．砭，占‘，犯；）表示未知点的待定坐标参数：吼：（，．）为待定的站间钟差参数；Ⅳ＆为待定的站问整周模糊度参数西北工业大学硕士学位论文第三章载波相位差分定位系统刷（‘）＝｛ＩＸ７（ｆ，）一墨ｒ＋【】，’（‘）一巧ｒ＋【ｚ７（‘）一ｚｌ】‘）“。％“）＝｛ＩＸ，（ｆｉ）一．砖】２“ｙ’“）一Ｐ】２＋【ｚ’“）一霉】２｝“２龇，＝鼍茅毗，＝鼍铲㈣＝鼍孑霹“）＝口“）【岩’ｑ）一置】＋州“）【一（‘）一ｔ】＋吲“）【２７（‘）一之】砑辑＞＝ｇ以）【ｊ’ｑ）一毫１＋搠！“）【Ｐ’（‘）一吱１＋叫“）［２’（‘）一毒】。’１６’其中卫星坐标（Ⅳ』，Ｊ，一，ｚ，）和速度分量（ｊ，，Ｐ，，２’）可由卫星星历求得。特别当１点和２点都为静态时，其速度分董为零，所以上式中备曩均为己知量。又由于ＧＰＳ卫星轨道高度为２０２００ｋｉｎ，所以孟、积、５座均为小量，其值可以根据先验值计算，而不影响定位精度。而最后一项△ｍ＆（‘）是观测值，是已知量。所以上面所有已知量可以归并为常数项爿：（‘），其定义为：％（‘）＝＿｛土ｆ剧“）一砭（‘）】＋ｑ剧（‘）以：毡）＋鹋＆（‘）毋：（‘）】＋０?１７）专ｆ对（‘）ｄ砭＠）＋剧（‘）Ｊ稚（‘）】＋△中：（‘）｝则单差观铡方程可以表示为：Ｆａｘ］．嘲伊㈣吲。蜊伽褂，嘲：０３＋％一％（ｆＪ）仔㈣西北工业大学硕士学位论文第三章载波相位差分定位系统３．２．２双差观测值相对定位由站间差分观测值定位可以看出‘”，观测防城中包含着站问的钟差参数飘：（‘），吐ｃ。，＝舌ｃ譬ｃｔ，耐“，霹ｃｔ，，［薹］一，研，：“）＋Ⅳ：一砭（‘）。．。，，吐“，；等［ｆ；“，叫“，《ｑ¨；ｉ。ｏ互．＇ｔｆ￥ｔｊ２（‘）＋＾％一％“）ｌ一。，．：。，谁（‘）＝吐（‘）一吐（‘）＝和㈤蜘蜘掰一，碧（‘）＝《（‘）一贮（‘）ｍ？（‘）＝叫以）一砖（‘）砖（‘）＝叫（，Ｉ）一《（‘）（３－２”ｆ３—２２）Ⅳ＆＝雠一蜕壤（‘）＝％（‘）一琏（‘）３．２．３三差观测量及差分模型比较对双差观测值再在历元间再组成一次差分便行成三差，三差观测值仅同一历兀内相关，相邻历元间不相关，它主要用丁：失周处理。以上讲述的各种差分模型芷台抵消钟误差和可解算的参数情况见下表３—１ｆ６ｌ：

西北工业大学硕士学位论文第三章载波相位差分定位系统表３．１各种差分模型可解参数及是否抵消钟误差表差分模型单点相位单差星误差站钟差解算参数不抵消不抵消抵消不抵消坐标、轨道、整周模糊组合参数、星钟、站钟抵消抵消相对坐标、轨道、整周模糊组合参数差、站钟差相对坐标、相对轨道、整周模糊差相对坐标双差三差抵消抵消３．３载波相位差分定位系统０１ＴＫ）载波相位差分技术又称为ＲＴＫ技术（ｒｅａｌｔｉｍｅｋｉｎｅｍａｔｉｃ），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到很高的精度［４１。ＲＴＫ系统由参考站和移动站构成，无论是参考站还是移动站其设备组成几乎完全相同，它们包括用于接收ＧＰＳ卫星信号的单频或双频接收机，以及相应的天线：用于构成无线数据链路日々数传电台和它的天线等。在ＲＴＫ进行测量定位时，安装在参考站上的ＧＰＳ接收机对所有可见的ＧＰ３卫＿星进行连续的观测。并将其观测到的数据，通过无线数据链路实时地发送给移动站。在移动站上，ＧＰＳ接收机在接受６ＰＳ卫星信号的同时，通过数传电台接收参考站的观测数据，然后根据载波相对定位的原理，实时地计算出移动站的三维坐标和定位精度。随着数字信号处理技术的高速发展，高性能处理模块层出不穷，这使得目前具有ＲＴＫ功能的接收机，在其内部就能完成ＲＴＫ定位的解算。进行ＲＴＫ高精度定位，整周模糊度的动态确定是关键。准确快速地确定整周模糊度，对于保障ＲＴＫ定位的精度，缩短观测时间，是十分重要的。在Ｍ，ＡＴＬＡＢ环境下，我们进行了＇ＲＴＫ系统差分定位过程的仿真，其主要算法参考”ＧＰＳＭＡＴＬＡＢＴｏｏｌｓａｔＡａｌｂｏｒｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ”（ＫａｉＢｏｎｅ）。输入数据均采用ＲＩＮＥＸ格式。定位的误差性能如下：西北工业大学硕士学位论文第三章载波相位差分定位系统百Ｅ制咄捌删历元数图３－ｌ经度方向误差圈３－２纬度方向误差西北工业大学硕士学位论文第三章载波相位差分定位系统百Ｅ剿咄趟删历元数图３－３高程误差由上可以验证，使用ＲＴＫ系统进行差分定位时，精度可以达到毫米级。但需要注意的是：该系统简化了ＲＴＫ系统的实际模型，省略了一些实际中的问题，比如周跳ｔ通信数据链延迟等问题。另外，该系统中整周模糊度求解采用的是ＬＡＭＢＤＡ算法，有关整周模糊度的问题，我们将在下一章详细介绍。西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰｓ整周模糊度解算方法第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法在载波相位测量中。如果对一颗卫星进行连续的跟踪测量，即所有的载波相位测量中均含有相同的初始历元模糊度Ⅳ０。只有精确的确定＾０值，才能获得高精度的定位结果．否则，即使相位测量的观测值△由得精度很高，也是牧有意义的。目前，解算整周模糊度的方＿；虫有很多种。如果按照解算所需时问的长短来划分，则可分为经典静态相对定位法和快速解算法。经典静态相对定位法，即将整周未知数作为待定参数．与其他未知参数在平差计算中一并求解。这时候为了提高解的可雄性，所需的观测时间较长，根据不同的情况，将需要不同的观测时间。整周模糊度的快速解算方法，主要包括交换天线法。Ｐ码双频技术，滤波法，搜索法和模糊度函数法等。快速解算法需要的时问较短。若按观测中的ＧＰＳ接收机所处的运动状态来区分，解算整周模糊度的方法又可分为静态法和动态法．在接收机载体的运动过程中，确定整周模糊度的动态法．又被称为整周模糊度的在航求解，不仅为采用载波相位观测量进行高精度动态实时定位，而且为采用载波相位观测量进行载体姿态的实时确定，奠定了基础。过去，载波相位测量定位之所以只能用于静态定位，其原因主要有：接收机的硬件动态性能较差；初始整周模糊度和周跳问题难以很好地解决。而在静态定位中，为了能正确的确定Ｍ，要观测ｌ到３个小时。近几年来，随着硬件水平的升级和各种算法研究的进步，不仅使得静态定位的时间大大缩短，更重要的是而且保证了很多高精度动态实时定位方法能够很好地实现。本章中我们将主要介绍各种整周模糊度解算方法【１】口删１４】。４，１确定整周模糊度的经典待定系数法在经典相对定位中，尤其在基线较长的情况下，将整周模糊度作为待定系数，在平差计算中与其他参数一并求解的方法，是一种常用的方法。利用载波相位测量进行精密定位时，在浏站观测ｌ也个小时，利用建立单差或双差观测方程．并将＾＿作为特定参数，与其他定位参数等一并解算出来。用较长的观测时间，是为了使卫星到测站的距离发生较大变化，不同历元同步观测ＧＰＳ卫星的几何分南变化较大，改善法方程的性质，从而可靠的解算出Ｍ值。根据基线的长度不同一股可采用以下两种方法。西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法第一种是整数约束解．从理论上讲整周模糊度应当是整数。当基线长度较短时，比如３０ｋｉｎ以下，可以利用这一特性来提高解的精度。因为在短基线相对定位中，两点距离较近，许多误差相关性强，可以较完善地消除，｜ｖ。的整数特性得以保持。其具体方法如下首先，根据卫星的位置和修复整周跳变厚的相位观测值，建立双差观测误差方程，组成法方程，解算出基线向量和整周模糊度简称平差计算。由于各种误差的影响，解的整周未知数往往不是一个整数，称为实数解。然后采用四舍五入的方法，将实数解凑整为最接近的整数。此时可以认为整用模糊度未知数为精确已知值．再重新进行平差解算，以求解基线向量的最后值。显然，这种整周未知数的整数约束解法，只有当第一次的实数解的精度优于ｌ，４波长，才精确可靠，否则将使凑整的照周未知毁产生整周的误差，而降低解的精度。因此，这种方法只适用于短基线，第二种是实数解．当基线较长时，由于误差的相关性降低，许多误差消除得不够完全．使得基线向量和整周模糊度的解都带有误差影响。此时再应用整数约束解已经没有实际意义，无助于提高解的精度。这种情况下，通常就将实数解作为最后解，又称为浮动解。４．２“停一走”法对ＧＰＳ观测数据分析发现，一旦整周模糊度被准确确定之后，就能以厘米级的精度测定基线向量。因此进行ｍｍ级或ｃｍ级糖度的静态相对定位所必需的时间，实际上就是准确确定整周未知数所需要的时间。１９８６年Ｒｅｍｏｄｉ提出“停一走”测量方法，其基本思想是：在连续的载波相位测量中，各历元观测值均含有相同的初始历元的整周未知数＾－；那么只要设法首先确定整周未知数，并在随后的接收机移动过程中始终保持对卫星的跟踪，则当接收机到达新的测站后．就不需要再确定＾‘。困此，在新点上只需进行很短时间的观测．几分钟甚至几秒钟，就可以精确的测定基线向量。这种方法通常是将一台接收机固定设置在已知点进行连续观测（称为基准站）：其余接收机可采用下面３种技术的一种来确定＾０。然后按计划迁往各待定点。与基准站进行相对观测定位。在接收机移动的过程中，各接收机均需保持对卫星的连续跟踪。确定初始历元整周未知数的方法有以下三种，统称为静态初始化方法：第一种是采用常规静念测量确定初始基线。它是将活动接收机设置在一个待定点上，与基准站进行常规静态测量，观测１－３小时；按照经典方法确定整岗未知数，并解算基线向量。然后，活动接收机保持对卫星的跟踪，移动到其他待定

西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法点，在这些待定点进行很短时间的定位观测。这种方法的缺点是初始化的时间长，优点是在初始化过程既可以确定一个待定点的相对位置。第二种是在已知基线上进行初始化。它是将基准接收机和插动接收机均设置在已知点上，进行短时间观测（如２～５分钟）。由于两点的坐标均为已知，所以利用短时间观测值便可以准确的解算出整周模糊度。采用这种方法．要求已知萋线的精度优于±５ｃｍ。在观测相位已经进行对流层、电离层修正之后，并且忽略小项的情况下，单差观测方程可以简写为：ｆ△中。（‘）＝三【刷（‘）一耐“）】＋，乱：（‘）一心ｌ胂：ｑ）＝；眨氆）一对（伽＋，６ｔｎ（ｔ，）一雌ＶＡＯ：！ｖ醵＋ＶＡＮ其中（４－１）似－２）ＶＡＯ＝△中＆“）一△母：纯）ＶＡＲ＝々刷（‘）一叫ｑ）一磷（‘）＋对“）】（４－３）ＶＡＮ＝聪一心因为两个测站为己知点，卫星星历已知，故吲，唰，群，趟为已知。所以由上式可以求得整周模糊度：ＶＡＮ；ｖ△中一！ＶＡＲ丑（４—４）４．３天线交换法在观测之前，先在基准站附近５－１０ｍ处选择一个天线交换点，将两台接收机天线分别安置在该基线两端，同步观测２．８个历元后，相互交换天线，并继续观测若干历元：最后将两天线恢复到原来位置．此时固定站与天线交换点之间的基线向萱视为起始基线向基，利用天线交换前后的同步观测量，求解基线向量，进而确定整周未知数。图４－１是天线交换法示意图，实际作业中由于电缆足够长。交换天线时接收机无需搬动。西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法图４－ｌ交换天线法这种方法的原理与已知基线法相似，只是ｖ△Ｒ由观测值确定。由第一次观测数据可以列出双差观测方程：ｖ△中（＾）＝喜ｖ△Ｒ（，。）＋ＶＡＮ天线交换后．由第二次观测数据可以得出：（４?５）ＶＡＯ（ｔ２）：一｛ｖＡＲ（ｒ２）＋ＶＡＮ由上两式相减，消去整周未知数项，可得（４－６）ＶＡｍ（ｔ０一ＶＡＯ（ｔ２）：｛Ⅳ．６矗（ｔ１）＋ｖ．＾Ｒ（‘）】由此观测方程可解出基线向量．当基线向量已知。则可以求出：（４－７）即可求得ＶＡＲ（ｔ。）和Ｖ衄（ｔ２）（４－８）（４＊９）ＶＡＮ＝ＶＡＯ（ｔ．）一ｉ１Ｖ欲“）ＶＡＮ：ＶＡＯ（ｔ２）＋｛ｖ欲也）或者ｖ△Ⅳ＝；【（ｖ△西（＾）＋ＶＡｔ》（ｔ：））一｛（审△Ｒ（＾）一ＶＡＲ（ｔ２））】（４－Ｉｏ）ｚ＾当两天线恢复原位置后，第三次观测数据可以用于检核和控制。天线交换法简单、易实现和快速，而且不需要己知基线，因而被广泛的采用。４．４快速解算整周模糊度算法快速解算整周模栅度算法（ｆａｓｔａｍｂｉｇｕｉｔｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈ，ＦＡＲＡ）．足１９９０年由Ｅ．Ｆｒｅｉ和Ｇ．Ｂｅｕｔｌｅｒｔ提出的一种方法。基Ｊ’此方法的静态相对定位所需要的２９西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法观测时间缩短到几分钟。对于１０ｋｍ以下的短基线，其定位精度于经典静态定位精度大致相当。徕卡（Ｌｅｉｃａ）公司率先在ｗｉｌｄ２００接收机的ＳＫＩ基线解算软件中采用ＦＡＲＡ技术。国内的同济大学采用该技术研制的ＴＪＧＰＳ基线向量计算软件中也具有快速静态相对定位功能。ＦＡＲＡ方法的基本思想是，以数理统计的参数估计和假设检验为基础，充分利用初始平差的解向量（点的坐标和整周模糊度的实数解），及其精度信息（方差与协方差阵和单位权中的误差），确定在某一置信区间，整周模糊度可能的整数解的组合，然后依次将整周模糊度的每一组合作为已知值，重复的进行平差计算，其中能使估值的后验方差（或方差和）为最小的一组整周模糊度，即为所搜索的整周模糊度的最佳估值。现以载波相位观测量的双差模型为例，具体分析ＦＡＲＡ方法的基本工作原理．如果在基线的两端点的ＧＰＳ接收机对同一组卫星（卫星数为？１１）进行同步观测，观测的历元数一，那么由前面介绍过的双差模型的分析，可以获得相应的误差方程组为ｙ：叫嚣）降］＋工’ＬⅣＪ、（４—１１）式中积ｊ＝【盘２毋２国２】７Ｎ＝ＩＮｌＮ２…Ｎ．１】７假设Ｑ。为相应的整周模糊度解向量的协方差矩阵，ｍ。２为单位权验后方差，其估算公式为：，ｖｒｐｖｍｏ‘。—（ｎ－—ｕ）（４－１２、式中：”为观测方程数：Ｉ．Ｉ为未知数个数；（ｎ－ｕ）为自由度。如果符号‰表示任一整周模糊度经过初始平差后实数解的误差，则有：ｍＭ＝ｍ０√吸Ｈ（４．１３）由此，在一定置信水平条件下，相应于任一整周模糊度的置信区间应为Ｍ—ｍ＾，，ｔ（ａ／２）ｓＭ。玉ⅣＪ＋ｒｎＮｔ（Ｃｒ／２）（ｉ＝１，２，３，…，∥一１）（４．１４）式中：ｔ（ｃｚ／２）为显著水平口和自由度的函数，当口和自由度确定之后，ｔ（ａ／２）值可由ｔ值分布表中查得。将置信区间内整周模糊度的各种可能组合，依次作为固定值，代入到（４．１１）式中进行平差计算，最终取坐标值的后验方差为最小的那一组平恙结果，作为整周模糊度的最后取值。根据上述分析可知在双差平差模型中，整岗摸糊度的可能组合度，征胃信水’ｎ西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法平确定的情况下，其数量主要取决于初始平差后所得整周模糊度的方差大小和所观测卫星的数量。当同步观测时间较短时，经初始平差后，所得未知数的方差较大时．计算工作量将会很大。因此如何减少平差计算工作量，缩短搜索整周模糊度最佳估值的时间，并提高其可靠性．乃是当前研究快速相对定位技术的一个有重要意义的问题。４．５模糊度函数法模糊度函数法ＡＭＦ（ＡｍｂｉｇｕｉｔｙＦｕｎｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ）是利用模糊度的整数特性来确定模糊度的一种方法。先建立模糊度函数，然后以未知点的近似解为半径，建立模糊空间，寻找使模糊度函数为最大的点作为未知点的解。模糊度函数的定义为：ｆｌ』一１ＬＩｌＡ（Ｘ，ｙ，ｚ）＝∑ｌ∑∑ｅｘｐ｛ｉ２Ⅲ△Ｖ中∥（Ｋ，Ｋ，ｚ０）一ＡＶＯ：：ＣＸ，Ｙ，ｚ）】）Ｉ（４－１５）ｋ＊１１１－１ｈ１其中盖为历元数；Ｊ为每个历元同步观测的未知数；￡为观测所用的频率个数；△ｖｏｏ＂（ｘｏ，Ｋ，ｚｏ）为由观测站芷确位置（Ｘｏ，Ｋ，ｚｏ）处的双差载波相位观测值；△Ｖ中∥（ｘ，一ｚ）为某一检测点（ｘ，】，，ｚ）计算出来的相应的双差载波相位计算值。模糊度函数法确定整周模糊度的方法可以分为三步进行：首先，确定未知点的初始坐标，建立搜索空闻。未知点的初始坐标可以用伪距或相位平滑伪距的差分定位方法来确定，也可以用三差法来确定。搜索空间是以初始点位为中心的一个三维坐标区域，其边长可选择为固定边长（如２ｍ），或以初始点定位解的精度为指标（如３口）来确定。接下来进行逐点搜索．为了提高搜索速度，一般以分级搜索方式来进行。第一步先将搜索空间划分为较粗的网格，为了不至于因网格太粗而丢失正确的点，网格边长一般选择为Ｏ．１＾量级，然后对每个网格点分别计算模糊度函数值。在实际中一般仅计算实值部分，即余弦项．更多的采用的是标准化模糊度函数：ＮＡ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝Ａ（ｘ，Ｙ，Ｚ）／（Ｋ，，，￡）（４．１６）标准化模糊度函数的值在［０，ｌ】区间内。若在搜索过程中某一网格点处的标准化模糊度函数的数值大于某限值，即ＮＡ（Ｘ，Ｙ，ｚ）＞ｚ（Ｚ～般选为０．８５－－０．９５之间），即将该网格点存入临时文件，以便在后续处理中进行进一步搜索。在第一步搜索后，可能存在多个ＮＡ（Ｘ，Ｙ，ｚ）＞五的网格点，须进行第二步搜索。以第一步搜索中网格ＮＡ（Ｘ，Ｙ，ｚ）＞茸的网格点为中心，重新建立较小的搜索空间，其边长选为第一次搜索空间网格的边长．然后再划分为较小的网格，网格边长为西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模朔度解算方法０．０１＾量级。对网格点计算其标准化模糊度函数。并保存ＮＡ（Ｘ，Ｙ，ｚ）＞ｔ（正一般选为０．９５～０。９９之间）的网格格点及其＾Ｈ值。对于每一个小搜索区只需保存一个ＮＡ值最大的网格点。最后是固定整周模糊度。如果通过前面的搜索获得了唯一的ＮＡ（Ｘ，Ｌｚ）＞五的检测点，则以该点的坐标反求各双差模糊度并取整即可。若ＮＡ（Ｘ，Ｙ，ｚ）＞ｔ有多个，则说明数据量不够，不足以将正确的模糊度区分出来，必须增加计算历元数，直到ＮＡ（Ｘ，Ｙ，ｚ）＞正的检测点唯一为止。模糊度函数法的优点在于不依赖伪据观测量，对于静态定位或单个历元的解算对周跳不敏感。其缺点是计算时间长，难以满足实时定位的要求。４．６最ｄ＇－－乘搜索法最小二乘搜索法ＬＳＡＳＴ（ＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓＡｍｂｉｇｕｉｔｙＳｅａｒｃｈＴｅｃｈｎｉｑｕｅ）的基本思想是在所有的双差模糊度中，只有３个是独立，只要能确定３个双差模糊度，其他的双差模糊度就可以唯一的确定了。最小二乘搜索法的基本步骤如下：首先，确定未知点的初始坐标并建立模糊度搜索空间。用伪距双差观测量求得未知点的初始坐标，以伪距差分解的精度口，，口，，ｄ，作为指标，一般取个坐标分量的３倍均方根差，建立一个三维坐标搜索空间。以该空间的８个顶点坐标，选择３个基本双差观测量，分别计算出相应的整周模糊度初值。然后根据每个顶点上所计算出来的模糊度初值，确定这３个ｊ双差模糊度各自的最大整数值．ⅣＬ和最小整数值＾０。在这一搜索空间内所需检测的模糊度组合总数为：Ｋ＝ｎ（叱一心＋１）（４一Ｉ７）接着进行最小二乘搜索。扶模糊度搜索空间中选取一组待检测的模糊度（称为基本模糊度组），利用相应的双差观测量计算动态点坐标。利用求得的动态点坐标计算其他双差载波相位的整周模糊度（称为剩余模糊度组）。根据上面求得的所有双差模糊度，利用该历元所有的双差载波相位观测值再进行一次动态点坐标及相应的残差向量ｙ的计算。接下来计算方差因子砰爵；ｉｖｒＱ－＊ｖ（４．１８）式中：Ｑ为双差观测值的权逆阵；ｒｌ为双差载波相位观测值的个数；。为未知数的个数，“＝３。若磊小ｒ某一限值，则将该组模糊度和磊存入结果文件否｜Ｊ！ｌＪ就剔除。

西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法下来重复上述过程，直到检测完所有的模糊组合。最后固定整周模糊度。若某历元进行第二步搜索后，仅剩一组模糊度参数则该组为正确的模糊度。否则应对结果文件中保存的群进行以下检验：肚糍杂＝繁∥。Ｑ“ｙ）“、舔ｍ的一组或Ｒ大于某一限值为止。“－１９）若Ｒ大于某一限值（一般选为大于２的常数值），则认为簖最小所对应的模糊度组为正确的，否则还需利用下一历元的数据进行最ｄ，－－乘搜索，直到剩下唯一最小二乘搜索采用“基本模糊度组”的思想。就减少了模糊度搜索空间中模糊度组合的数量，提高了搜索效率，但也带来了一些问题。首先，选择基本卫星组至关重要；其次，如果在搜索过程中，基本卫星组中某一颞卫星出现失锁，则前面的搜索工作无效，必须重新开始搜索。４．７模糊度协方差法模糊度协方差法是多种ＯＴＦ方法的总称。这类方法的特点是将模糊度参数当作未知向量的一部分，利用所有可用的观测值一起进行平差处理，从而获得表征模糊度参数间相关关系的模糊度协方差矩阵。此时，正确的模糊度搜索过程实际上是寻找使残差平方和最小的模糊度组合的问题。设历元｝的双差载波相位可以表示成以下线性模型Ｙｋ＝Ａｋｘｘ＋ＢｌＮ＋｛ｌ（４－２∞式中Ｋ表示历元ｋ双差载波相位观澳《值向量与其计算值向量之差；ｘ。为历元ｋ动态位置的改正数向量（实数）：Ⅳ为双差模糊度向量（整数）；４为ｘ。的系数阵，称为设计矩阵；置为．Ⅳ的系数矩阵；蠡为观测噪声向量。式（４．２０）的最小二乘估计准则为：砩＝（墨一＾墨一丑Ⅳ）７西‘（Ｋ一４墨一只Ⅳ）＝ｍｉｎ（４－２１）式中：对为取差载波相位整周模糊度Ｎ的整数估计值；萱。为ｘ。的实数估计值：见为观测向量Ｋ的协方差阵。由于在模型（４－２０）式中，模糊度参数整数约束条件的限制，式（４－２１）不能采用常规的最小二乘法来求解。它是一个混合最小化问题，不存在解析解。通常的做法，足将式（４—２１）的混合最小化问题转化为～个普通最小化问题和一个整数最小化问题。于是式（４．２１）可以改写成：两北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法Ｙｋ＝Ａｋｘｘ＋Ｂ一＋｛ｔ“一２２）ｆ４－２３）ＤＮ：Ⅳ式中置∈彤，ＮＥＲ”，贾ＥＺ“。这是一个附有约束条件的高斯一马尔可夫模型。在式（４—２２）和式（４．２３）ｑｂ，整周模糊度参数Ⅳ将首先为实数变量进行估计，并将进一步由约束条件式（４－２３）Ｉ固定为整数。当采用约束条件（４－２３）求解线性模型（４．２２）时最小化准则为：ｑ＝（‘一４毫一Ｂ霄）７簖１（耳一Ａｋ．ｔ—只Ⅳ）＋（埘～霄）７蝶（蚺一Ⅳ）；ｍｉｎ若Ｄ＝１．则有：ｆ４—２４）ｑ＝（耳一４置一Ｅ霄）’甄１（Ｅ一４爱一Ｂ霄）＋（费一霄，Ｑ盎（再一贾）＝ｍ．ｎ（４－２５）式中：霄为附加约束条件（４－２３）式时的线性模型（４－２２）对模糊度参数Ｎ的实数估计；Ｑｍ为其相应的协方差矩阵。最小二乘法则式（４－２５）与最小二乘法则式（４．２１）是等价的。根据式（４－２５），混合整数最小化问题式（４－２Ｄ，可以分解为以下两步来进行求解：首先，对式（４－２１）进行无约束最小二乘平差，则有哦’＝瓴一＿。墨一噩贾，∥（Ｋ一４爱一玩霄）＝ｒａｉｎ式中：童∈Ｒ”，霄ＥＲ”。（４—２６）然后。模糊度参数的整数值可以由以下最小化问题解决ｑ’＝（府一再）’Ｑ蠹（霄～霄）＝ｒａｉｎ（４－２７）式中：膏Ｅ彤，霄ＥＺ”。Ｑｋ＝Ｑ、｝ｏ：（４－２ｓ）由于式（４—２７）中霄是整数值，因此这一最小化问题也不存在解析解，它只能用整周模糊度搜索技术来求解。在上述讨论中，估计值霄及其协方差矩阵‰的估计值，仅用一时元的观ｉｊｌｊ数据，因此，它是一个局部解。当采用多个时元的观测数据时，可由多个时元的观测数据来求解Ⅳ和Ｑ‰，其数学模型为：¨＝４Ｋ＋置Ｊｖ＋考以及（ｉ＝ｌ，２，３＇‘一，ｔ）（４－２９）西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法Ⅳ＝Ｎ“一３０）式中：Ｎ∈Ｒ”，霄∈秽，Ｚ∈Ｒ”。若假设各时元观测数据不相关整周模糊度：首先，整周模糊度参数Ⅳ及未知数ｘ的实数估计值由以下最小二乘准则估计：★与单时元求解类似，可分成下列两步解算出００＝∑（（ｚ一４置一墨霄）７西１（ｉＸｌ—Ａ，Ｘ＇ｊ—Ｂ，Ｎ）｝＝ｒａｉｎＪ－Ｉ（４?３１）式中：．Ⅳ∈Ｒ”，ＺＥＲ’。以上最小化问题可以由序贯最小二乘平差的方法求解。接下来，根据第一步求得的整周模糊度实数估计值庸，整周模糊度参数的整数全局解由求解下面的瑷小化问题得到‘０＝（霄一霄）７Ｑ盎【女，的（贾一露）＝ｒａｉｎ式孛：斥ｅＺ４。（４．３２）与单时元求解类似，上面的最小二乘问题也只能由搜索的方法求解。式（４．３２）与（４－２７）的区别在于，式（４－３２）中用到的模糊度浮点估计霄及其协方差矩阵Ｑ∞（女，Ｉ），是基于所有可用时元的观测数据，而式（４１２７）仅用蛩ｌ单时元的观测数据。多时元观测的残差平方和为：ｆｋ；‰’＋％。（４，３３）在这一类ＯＴＦ方法中，前面介绍过的瑞士学者Ｆ№ｉ博士和Ｂｅｕｔｌｅｒ博士于１９９０年提出的用于快速静态定位整周模糊度解算的“ＦＡＲＡ”（ｆａｓｔａｍｂｉｇｕｉｔｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈ）澉认为是最早的模糊度协方差方法。其后又出现了一些可用于动态定位的模糊度协方差方法。这些方法在搜索空间的定义以及加速搜索计算速度方面都取得了比较大的成功。其中比较著名的有：优化Ｃｈｏｌｃｓｋｙ分解算法，ＦＡＳＦ（ｆａｓｔａｍｂｉｇｕｉｔｙｓｅａｒｃｈｆｉＩｒｅｒ）方法，ＬＡＭＢＤＡ（Ｌｅａｓｔｓｑ）．１ａｒｅＡＭＢｉｇｕｉｔｙＤｅｃｏｒｒｅｔａｔｉｏｎｇｄｊｕｓｌｍｅｎｔ）方法（在后文中会详细介绍这种方法）。其他的方法还有：直接整周模糊度搜索ＤＩＡＳ（ｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｇｅｒａｍｈ／ｇｕｉＩｙｓｅａｒｃｈ）方法以及基因法等。各种模糊度协方差方法的优点，在于它们都以“近似最优”的方式应用所有的观测信息，因此往往只需要最少的搜索时元来确定正确的整周模糊度。此外，由于初始整周模糊度的实数估计及其协方差阵，采用序贯最小二乘法或卡尔曼滤波法解求，且每一时元均对搜索空闼内所有的整周模蝴度组合进行检验。因此不会因极个别对元的个别卫星的载波相位观测值噪声稍大而拒绝正确的整周模糊度组。当然，这一类方法也有其缺点，即当整周模糊度搜索失败时，难以确定导致失败的原囡。例如，由于伪距和载波相位测量的统计特性足先验给定的。如果伪距测量噪声比正常噪声大得多，整周模糊度搜索则有可能失败。ｌｍＨ。由于在解算过程中所由ｌ的伪蹲西北工业大学硕士学位论文第四章ＧＰＳ整周模糊度解算方法和载波相位观测值是混合在一起而共同求解的，因此难于确定导致搜索过程失败的具体原因，但是。模糊度协方差法，仍然可以认为是最佳的ＯＴＦ方法，至少对短距离的应用是如此的。两北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现在载波相位差分定位系统中，考虑到ＧＰＳ动态测量的机动性和观测环境的复杂性，高精度实时动态相对定位的关键就是载波相位整周模糊度的动态确定，其基本思想是：根据ＧＰＳ接收机在运动过程ｃＰ（ＯＴＦ）对卫星载波相位的短时间观测，与参考站的同步观测数据一起，利用快速解算整周模糊度的技术，确定整周模糊度的初始值，而在求解初始值过程中载体的瞬时位置，则是根据随后确定的整周未知数，利用逆向求解的方法确定。当整周模糊度的初始值确定之后，载波相位变化的整周部分便被自动计数，不足一周的小数部分可以通过接收机和卫星载波的比较得到。在载体运动过程中，移动站观测的卫星一旦失锁，载体不再需要停下来，重新进行初始化工作，它可在载体运动过程中实现整周模糊度的确定”】。在ＧＰＳ双差观测量的数学模型中，存在两组来知参量，他们是：基线坐标和接周模糊度。对这些未知量的浮动估计，可以利用普通最小二乘法得到。但是，为了在较短的时间内得到更加精确的定位结果，就必须利用模糊度的整数特性。基丁：模糊度域的整周模糊度搜索无疑是解决这一问题的有效平段，在这方面的众多算法中，ＬＡＭＢＤＡ（ｔｈｃＬｅａｓｔ－ｓｑｕａｒｅｓＡｍｂｉｇｕｉｔｙＤｃｅｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）就是其中性能较好，理论体系较为完善的算法之一。这种算法主要包括模糊度去相关运算和整周模糊度的搜索ｉ４１［’］［Ｓ］ｉｇＩ［埘。５．１．整数最＇ｂ－－乘估计传统的ＧＰＳ相对定位技术用标准的最小二乘法来求解，把整参量口当作实参量处理。如此得到口、卢的实值最小二乘估计（浮点解）和它们的协方差矩阵。『幺％］【‰岛Ｊ（５－１）当观测数据收集时间足够长时（一至几小时），卫星与接收机的相对几何位置已经发生了显著的变化。此时得到的模糊度浮点解声非常接近它们的正确整数解．因此简单地把模糊度浮点解舍入到最接近的整数就得到了正确的整周模糊度解。一般情况下，这种简单的舍入方法的成功需要一至数个小时的载波相位观测数据。对Ｊ‘搬短的观测时段，得到的模糊度浮点解有可能偏离正确值达数个波长。因此，州｝。快速精密定位丽亩，舍入方法是不适用的。考虑刘模糊腹参数口的整数特性，

西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现不能解析求解，最基本的求解方法是逐个搜索法，也就是说，根据一定的法则在整周模糊度空间中搜索正确的整周模糊度组合口。但是，口参量是实参量，具有连续性，可以解析求解。因此问题的求解过程实际上是离散搜索和解析求解的一个混合过程。原则上，求解过程可以如下进行。首先，在整周模糊度空间ｚ。中固定一个待选整周模糊度组合口，然后，用解析方法求解Ｔ面ｆｓ－２）式的最小化问题，得到口的一个解和相应的一个极小值。显然，可用标准的最小二乘法求解。翌．ｍ１１ｚ一』ａ一嚣硝（５－２）第二步，按一定顺序逐步改变口的值，重复求解（５．２）式，将得到一系列的极小值。每一个极小值对应于整周模糊度空间ｚ。中的一个各选整周模糊度组合。对应于这些极小值中的最小值的各选整周模糊度组合卢就是被选定的最优整周模糊度解。以上过程等价于求解下面的最小值问题；ｍ＾ｚｉｎ，ｒａ。。∥ｉｎ．］．Ｚ一｜４口一童琊（５－３）所以，通过标准的最小二乘法可以得到模糊度组的浮点解口及其协方差矩阵Ｑｊ。据此可以求得浮点情况下最小化问题的最，ｊ，－－乘残差，即ａ，口均取实数值时的最小二乘残差，以ｏ。表示，即：ｏ。＝。。≯囊Ｐ｜ｌｚ—Ａａ一占捌２（５－４）相应地，用Ｑ表示口取实数值而口取整数值情况下的最小二乘残差，即ｎ＝。赡ｒｎｚ—Ａａ一置部（５－５）可以证明：Ｑ＝Ｑ。＋ＣＰ一历１Ｑ－Ｉ（卢一卢）（５－６）利用模糊度的浮点解和它的协方差矩阵，我们可以计算整周模糊度的整数解。ｍ弘（ｐ－Ｍ彰（卢一觑ｐＥｚ‘（５－７）对（５－６）式的最小值问题的求解方法一般称为涛方差方法，这类方法比较多，最典型的包括最优Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解方法，ＬＡＭＢＤＡ方法，非线性整数规划方法和遗传算法等。５．２去相关的整数变换用最小二乘法和信息滤波器等方法获得的载波相位模糊度的协方差矩阵伤虽然是对称正定的，但并不是对角矩阵，这说明双差整周模糊度之问是有相关忡的，３８西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现而且这种相关性往往相当强。整周模糊度之间的相关性有时会严重地影响搜索算法的计算速度，因此，如果能找到一种整数变换．将Ｑｊ变换成对角矩阵或近似于对角矩阵，相当于对整周模糊度进行去相关，则整周模糊度搜索范围将变成超球形或近似于超球形。整周模糊度搜索算法的计算速度特大大加快。上述分析可以表示为：寻找整数变换ｒ，作变换屏＝丁卢，屏＝ｒ卢，Ｑ五ｒ＝２鼍≥ｒ１（５?８）使Ｑｔ为对角矩阵或近似于对角矩阵。ｒ的逆变换为Ｔ～，卢＝ｒ“屏，声＝ｒ。序，Ｑ口＝７“Ｑ耳ｒ。（５?９）经ｒ变换后最小值问题（２１８）式变为：ｎ。‰＋（芦一ｐ，Ｑ｝（卢一向＝‰＋仃“序－Ｔ’１窍）７仃。酸Ｔ４）１《ｒ“屏－Ｔ。戽）＝ｏ。＋ＣＡ一屏）’Ｔ。Ｔ。Ｑ荟７７１。１（屏一孱）＝ｎｏ＋（孱一屏）１Ｑ盖（辟一屏）（５－１０）由上菌可得，经过ｒ交换之后的最小值问题的形式并不改变。５．３模糊度搜索空伺的构造利用搜索的方法求解最小值的过程，首先需要确定一系列候选整数向量，构成摸糊度搜索空问，模糊度搜索空间的选择必须考虑到既包含整周模糊度解，又要尽量减少不正确候选整数矢量的个数。基于这一思想，模糊度搜索空间被定义为：（卢一伪７Ｑ：１（卢一历５∥（５－１１）经过去相关的整数变换，模糊度搜索空间的形状已缀大大改善，转换后的搜索空间变得更圆，模糊度变得更加不相关。这时，对于模糊度搜索区域，其搜索空间的大小完全由ｚ２决定。为了保证搜索空间包含所要搜索的整周模糊度解，ｚ２就不能选择太小，那样会有可能在搜囊区域内不包含整周模糊度解，同样ｚ２也不能选择太大，太大就会使得搜索空间出现大量的不必要的搜索解，加重了Ｔ作量，降低了效率。西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现５．４ＬＡＭＢＤＡ算法的对比特点用最优Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解、ＬＡＭＢＤＡ和ＬＳＡＳＴ等方法进行整周模糊度解算…ｊ。参考文献［７】给出了几种方法的性能比较如下：三种方法的计算速度都可以满足实时性偿ｔ据输出率ＩＨｚ），比较起来ＬＡＭＢＤＡ方法的计算速度最快。在消除了半周跳的情况下，用最小二乘法和Ｃｈ０１ｅｓｋｙ分解法可以在２００?３００秒左右确定正确的整周模糊度解，进行得到接收机精确位置。在不消除半周跳的情况下则需要３００．６００秒的时间。在消除了半周跳的情况下，用模糊度最小＝乘法和Ｃｈｏｌｃｓｋｙ分解法解算整周模糊度收敛性和稳定性良好，但通过统计检验需要较长的时间。显然，ＬＡＭＢＤＡ方法的计算速度比最优Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法要快得多，可以说ＬＡＭＢＤＡ方法解决了整周模糊度搜索算法的计算速度问题。５．５算法的ＤＳＰ实现５．５．１ＤＳＰ概述ＤＳＰ芯片，即数字信号处理芯片．也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理的运算的微处理器，其主要应用是实时快速的实现各种数字信号处理算法ｎｌｌｉｔｅｒＩｔ．…。Ｔｌ公司的ＴＭＳ３２０系列芯片的基本结构包括：１哈佛结构２流水线操作３专用的硬件乘法器４特殊的ＤＳＰ指令５快速的指令周期。这些特点使得ＴＭＳ３２０ＤＳＰ芯片可以快速实现ＤＳＰ的运算．并使大部分的运算（例如乘法）能够在一个指令周期内完成。由于ＴＭＳ３２０ＤＳＰ芯片是软件可编程的器件。，因此具有通用处理器方便灵活的特点。Ｃ５４Ｘ是Ｃ５０００系列的一个子系列，Ｃ５４芯片支持１９２Ｋ存储空间的管理．分为三个部分，６４ＫＢ的程序段，６４ＫＢ的数据段，６４ＫＢ的１／ｏ段。它采用了增强的哈佛结构，有四个并行总线：１个程序总线ＰＢ，３个数据访问总线——写数据线ＥＢ，读数据线ｃＢ和ＤＢ，因此ＣＰ０具有同时访问数据区和程序区的能力，还可以进行双操作数读操作，３２位的双字读和并行的单字数据读／写能力。为了满足数据处理的需要，除了提供哈佛结构的总线。功能强大的ＣＰＵ以及大地址空间的存储器外，Ｃ５４Ｘ器件还提供了必要的片内外部设备部件。Ｃ５４Ｘ器件的片内外部设备包括：通用的输入／输出管脚ｘＦ和一Ｂ１０；计时器和时钟发生器：等待状态发生器：边界转换模块：串行Ｉ／０接几：直接内存存取ＤＭＡ：本次设计算法实现选用ＴＭ￥３２０Ｃ５４Ｘ系列。ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ是为实现低功耗、高性能而专ｆＪ啦计的定点ＤＳＰ芯片，其上要４ｎ两北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法发其ＤＳＰ实现应用是无线通信系统等。该芯片的内部结构与ＴＭＳ３２０Ｃ５Ｘ不同，因而指令系统与ＴＭＳ３２０ＣＳＸ和１Ｍ￥３２０Ｃ２Ｘ等是互不兼容的。ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ的主要特点包括：（１）运算速度快。指令周期为２５／２０／１５／１２．５／１０ｎｓ，运算能力为４０／５０／６６／８０／１００ＭＩＰＳ；（∞优化的ＣＰＵ结构。内部有１个４０位的算术逻辑单元，２个４０位的累加器，２个４０位加法器，１个１７×１７的乘法器和１个４０位的桶形移位器。有４条内部总线和２个地址产生器。此外，内部还集成了维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度。先进的ＤＳＰ结构可高效地实现无线通信系统中的各种功能，如用ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ实现全速率的ＧＳＭ需１２．７ＭＩＰＳ，实现半速率ＧＳＭ需２６，２ＭＩＰＳ，而实现全速率ＧＳＭ语音编码器仅需２．３ＭＩＰＳ，实现ＩＳ．５４／１３６ＶＳＥＬＰ语音编码仅需１２．８ＭＩＰＳ：（３）低功耗方式。ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ可以在３ｔ３ｖ或２．７ｖ电压下工作，三个低功耗方式（１ＤＬＥｌ、ＩＤＬＥ２和ＩＤＬＥ３）可以节省ＤＳＰ的功耗，ＴＭｓ３２０Ｃ５４Ｘ特别适合于无线移动设备。用ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ实现ＩＳ５４／１３６ＶＳＥＬＰ语音编码仅需３１．１ｍＷ，实现ＧＳＭ语音编码器仅需５．６ｍＷ；（４）智能外设．除了标准的串行口和时分复用（ＴＤＭ）串行口外，ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ还提供了自动缓冲串行口ＢＳＰ（ａｕｔｏ－ＢｕｆｆｅｒｅｄＨＰＩ（ＨｏｓｔＰｏｒｔＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ）和与外部处理器通信的Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）接口．ＢＳＰ可提供２Ｋ字数据缓冲的读写能力，从而降ｂｉｆｆｓ，低处理器的额外开销，指令周期为２０ｎｓ时，ＢＳＰ的最大数据吞吐量为５０Ｍ即使在ＩＤＬＥ方式下，ＢＳ＇Ｐ也可以全速工作。ＨＰＩ可以与外部标准的微处理器直接接口。５．５．２ＣＣＳ集成开发环境ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏ简称ＣＣＳ，是ＴＩ公司推出的为开发ＴＭＳ３２０系列ＤＳＰ软件的集成开发环境（ＩＤＥ）ｔ”ｌ【１３Ⅱ¨１。ＣＣＳ工作在Ｗｍｄｏｗｓ操作系统下，类似于ｖｃ＋＋的集成开发环境，采用图形接口界面，提供有编辑工具和工程管理工具。它将各种代码产生工具，诸如汇编器，链接器，ｃ，ｃ＋＋编译器，建库工具等集成在一个统一的开发平台上。ＣＣＳ所集成的所有代码调试工具具有各种调试功能．包括原ＴＩ公司提供的Ｃ源代码调试器和模拟器所具有的所有功能。能对ＴＭＳ３２０系列ＤＳＰ进行指令级的仿真和进行可视化的实时数据分析。此外，还提供了丰富的输入／输出库函数和信号处理库函数，极大的方便了ＴＭＳ３２０系列ＤＳＰ软件的丌发过程。Ｃ５０００ＣＣＳ是专为开发Ｃ５０００系列ＤＳＰ应用设计的，包括ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ和西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现ＴＭＳ３２０Ｃ５５ＸＤＳＰ。本次设计采用的基于ＣＣＳ集成环境下的ｃ语言实现，算法利用ＣＣＳ下的调试工具进行调试。５．５．３集成开发环境下的开发流程１系统初始化：在ｃ程序运行之前，首先必须建立ｃ语言的运行环境㈣ｎ３ｆｌｌ４ｌ，这项任务由ｃ初始化程序（ｂｏｏｔ）完成。这个引导程序是一个名为ｃｉｎｔ００的函数。运行ｃｉｎｔ００函数有很多方法，可以跳转到这个函数，也可以调用这个函数，还可以把它作为硬件复位后的中断矢量入口。这个函数包含在运行支持库中，必须与其他的ｃ目标模块相链接。在链接时，需要包含如．１沁运行支持库，并且用．Ｃ，．ｃｒ选项，ｃｉｎｔ００就会自动链入，在包含出．１ｉｂ时，如果＾ｓ．１ｉｂ就在当前目录内，则不需要指定什么特别的选项，但是如果它不在当前目录内，那么就必须使用－ｌ参数告诉链接器要寻找的目录名称。链接Ｃ程序时，链接器可执行模块的入口点为ｃ２建立工程ｉｎｔ００。ＣＣＳ不能对单独的Ｃ程序进行编译、链接后执行，而是对程序采用了更为科学的工程（ｐｒｏｊｃｃＯｆｆ＇Ｊ集成管理方法，有些类似于一些其他的可视化的软件开发的集成环境如ｖＣ．Ｈ．工程保持跟踪在生成目标程序或库过程中的所有信息。一个工程记录包括以下内容：源代码的文件名和目标库的名称：编译器，汇编器，链接器选项以及有关的包括文件。所以我们必须为算法程序创建一个工程（ｐｒｏｊｅｃｔ）来实现系统任务。首先创建一个名为ｌａｍｂｄａ的工程，并使用添加文件命令将一些相关的文件加入其中。使得工程包括以下的文件类型和文件扩展名：（１）工程文件，ＣＣＳ用它来定义一个工程和生成～个程序。（２１ｃ程序的源文件。（３）ｃ程序的头文件。（４）ｒｔｓ．１ｌｂ此文件为采用ｃ开发ＤＳＰ应用程序的运行支持库文件。（５）ｖｅｃｔｏｒ．ａｓｍ此文件中包含有将ＲＥＳＥＴ中断指向Ｃ程序入口Ｃｉｎｔ００的汇编指令，如果要调试的程序更为复杂，则可在ｖｃｃｔｏｒ．ａｓｍ文件中定义更多的中断矢量，也可以用ＤＳＰ／ＢＩＯＳ自动定义所有的中断矢量。由于这个工程主要是对算法的测试，所以不需用更多的中断定义。（６）ｌａｍｂｄａ．ｃｍｄ链接命令文件，将块映射到存储器中。３Ｃ程序代码优化ｒ程在将文件添加完全之后，在正式的构建（ｂｕｉｌｄ）．？＿ｆｉｌｊ，可以进行程序优化

讴北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现方法有基于手工的优化和基于优化工具的程序优化。手工优化是将ｃ程序转为汇编代码之后手工优化；而基于优化工具的程序优化刚方便的多：选择ｃ程序优化器和汇编优化器，对编码器的特定性能如代码长度、计算速度等进行优化。使用方法是在编译（ＢｕｉｌｔＯｐｔｉｏｎｓ）时设定不同的编译选项来控制优化目标。其中，选择下列几项进行优化对提高计算速度等的影响较大：（１）．ｐｍ：程序级全局优化，包括程序的外部访问、全局变量的优化和函数的外部调用。（２）．０３：采用三级优化技术。其中第一级优化主要完成消除无用赋值和局部公共表达式等，第二级优化主要完成循环算法的优化并将循环中的数组访问转化为指针增量形式、实旋循环展开．消除全局公共了表达式和无用赋值等，第三级优化主要完成消除冗余代码、简化表达式和语句、使用内联（ｉｎｌｉｎｅ）函数并展开等。－０３在上述基础上还完成消除从未使用的函数、对函数声明进行重排序和对函数使用的内联形式等。（３）使用内联函数（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）。’Ｃ５４０２编译器提供的ｉｎｔｒｉｎｓｉ可以快速优化ｃ代码。Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ是赢接映射为内联的＇Ｃ５４０２指令的特殊函数（ＥＴＳ［函数）。Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ用前下划线表示，使用时同函数的调用一样。５．５．４ＣＣＳ中的模拟调试使用ＣＣＳ集成开发环境开发ＤＳＰ应用程序，对应用系统进行，可以使用Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ在目标板的情况下模拟ＤＳＰ程序的运行．在ＣＣＳ软件下，运行ＣＣＳ可启动Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ的运行：如果系统中同时安装了Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ和Ｅｍｕｌａｔｏｒ的驱动程序，则运行ＣＣＳ时将启动并口调试管理器（ＰａｒａｌｌｅｌＩ）ｅｂｕｇＭａｎａｇｅｒ）的运行，此时需要从菜单中选择Ｏｐｅｎ－－＞ＣＳ４ｘｘＳｉｍｕｌａｔｏｒ以启动Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ的运行。探测点（ｐｒｏｂｅｐｏｉｎｔ）在算法开发过程中是一个有用的工具，可用来与ＰＣ主机进行数据通信。探酒ｌ点允许使用特殊的窗口从文件中为算法的指定点更新或读写数据的样品。这将信号的探测点与算法中的探测点相联系。探测点与ＣＣＳ的文件Ｉ／Ｏ能力一起使用，可将一个数据流与ＤＳＰ的代码中的特殊的点相连接。当到达算法中的探测点时，可将在特殊的存储器区域中的数据流与文件进行数据交换。文件输入，输出是调试中另一重要工具。ＣＣＳ可在实际的或模拟的目标上的数据和Ｐｃ的主机文件之间进行通信。或者作为数据流进行传输。这样．可用已知的数据对代码进行模拟分析。文件Ｉ／Ｏ功能实用上面介绍的探测点的概念。可以通过在代码中任何点设置探测点，然后将它与文件相连，从丽实现文件Ｉ／Ｏ功能。可以使文件与某个输入或输出信号相联系。在指定的探测点，可以从指定的文件中读出数据或将数据写入文件。文件的ｆ｛输过程可以通过一个控制窗口控制，并在其４３西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现中显示文件传输进展的区域观察文件传输进展情况。但是，文件Ｉ／Ｏ不支持实时数据传输，实时数据传输需采用ＣＣＳ的实时数据交换技术。整个调试过程在集成开发环境中完成。使用ＰｒｏｂｅＰｏｉｎｔ将ＰＣ文件中的数据传递给模拟的目标板，再将目标板上的输出数据传送到ＰＣ文件中。程序剖析工具是程序开发以及代码优化过程中一个常用工具１１６１。要进行代码优化，必须找到程序中的瓶颈所在，也就是占用了大部分ＣＰＵ时间的代码。ＣＣＳ提供的代码剖析工具Ｐｒｏｆｉｌｅｒ可以帮助程序开发人员很快了解某个函数或者某一块代码使用了多少时钟周期，从而对关键函数进行优化。实际上，ＣＣＳ中的程序剖析工具除了可以统计代码执行的时钟周期之外，还可以统计如程序运行中的中断、子程帛调用、程序分支、返回、指令预取等信息。刹析时钟是程序在割析状态下，程序连续或者单步运行时的时钟周期计数，随着程序的运行而相应的增加。剖析的过程实际上是在特定的剖析点插入软件新点，碰到矫点之后，剖折器读取剖析时钟的值，从而计算两个剖析点之间的剖析时钟之差，即为此段代码的执行周期数。集成在ＭＡＴＬＡＢ６．５中的ＭＡＴＬＡＢＬｉｎｋｆｏｒＣＣＳＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＴｏｏｌｓ（简称ＣＣＳＬｉｎｋ）提供了ＭＡＴＬＡＢ、ＴＩＤＳＰ集成开发环境（ｃｃｓ）和硬件ＤＳＰ的双向连接，允许开发者在ＭＡＴＬＡＢ的环境下就可以完成对ＣＣＳ和硬件目标ＤＳＰ的操作，是一种ＤＳＰ程序模拟调试的高级工具‘”１［１８］ｏ利用此工具可以像操作ＭＡＴＬＡＢ变量一样来操作ＴＩＤＳＰ的存储器或寄存器，即整个目标ＤＳＰ对于ＭＡＴＬＡＢ好像是透明的，开发人员在ＭＡＴＬＡＢ环境中就可以完成对ＣＣＳ的操作。ＭＡＴＬＡＢＬｉｎｋｆｏｒＣＣＳＤｅｖｇ｜ｏｐｍｃｎｔＴｏｏｌｓ可以支持ＣＣＳ能够识别的任何昏际板，包括１１公司的ＤＳＰ，ＥＶＭ板和用户自己开发的目标ＤＳＰ（Ｃ２０００，Ｃ５０００，Ｃ６０００）板。开发者可以利用ＭＡＴＬＡＢ中强大的可视化、数据处理和分析函数对来自ＣＣＳ和ＴＩＤＳＰ的数据进行分析和处理，而在ＤＳＰ集成开发环境ＣＣＳ下，要完成这些操作往往是相当困难的。ＣＣＳＬｉｎｋ主要特点总结如下：（１）ＭＡＴＬＡａ函数可以自动完成调试、数据传递和验证。（２）在ＭＡＴＬＡＢ和ＤＳＰ之间实时传递数据，而不用停在ＤＳＰ中程序的执行。（３）支持ＸＤＳ５１０／ＸＤＳ５６０仿真器，可以高速调试硬件ＤＳＰ目标板。（４）提供嵌入式对象，可以访问ｃ，ｃ”变量和数据。（５）对测试、验证和可视化ＤＳＰ代码提供帮助。（６）扩展了ＭＡＴＬＡＢ和ｅＸｐｒｅｓｓＤＳＰ工具的调试能力。（７）符合ＴＩｅＸｐｒｅｓｓＤＳＰ标准。ＣＣＳＬｉｎｋ提供了＿二兰种方式实现ＭＡＴＬＡＢ！－ｊＣＣＳ和Ｆｌ标ＤＳＰ板的数据交换：西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现（Ｉ）与ＣＣＳ的连接对象利用与ＣＣＳ的连接对象可以创建ＣＣＳ与ＭＡＴＬＡＢ的连接。运行ＭＡＴＬＡＢ命令就可以运行ＣＣＳ中的应用程序，与目标ＤＳＰ存储器和寄存器进行双向数据交换。（２）与ＲＴＤＸ（实时数据交换）的连接对象与ＲＴＤＸ的连接对象提供了ＭＡＴＬＡＢ与目标ＤＳＰ之间的实时通信通道。利用此通道可以实时地与目标ＤＳＰ进行数据交换而不用停止ＤＳＰ上正在执行的程序。（３）嵌入式对象在ＭＡＴＬＡＢ环境中能够创建一个代表嵌入在目标ｃ程序中的变量的对象。利用嵌入式对象可以像处理ＭＡＴＬＡＢ的变量那样直接访问嵌入在目标ＤＳＰ的存储器和寄存器中的变量。验证安装ＣＣＳＬｉｎｋ是否成功，在ＭＡＴＬＡＢ环境下输入：ｈｅｌｐｃｃｓｌｉｎｋ如果成功了将会出现如下的信息：ＭＡＴＬＡＢＬｉｎｋｆｏｒＣｏｄｅＣｏｍｐｏ∞ｒＳｔｕｄｉｏ（ｔｉｎ）Ｖｅｒｓｉｏｎ１．０限１３）２８－Ｊｕｎ－２００２ＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＭＡＴＬＡＢＬｉｎｋｆｏｒＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏ后面是列举的进行ＣＣＳ和ＲＴＤＸ操作的函数列表，若ＭＡＴＬＡＢ不能返回信息，则表明未正确安装ＣＣＳＬＩＮＫ需要重新安装．在进行对ＤＳＰ操作之前，应该建立一个ＤＳＰ目标，有两种选择ＤＳＰ目标的工具：ｃｃｓｂｏａＩｄｉｎｆ０函数和ｂｏａｒｄｐｒｏｃｓｃｌ图形界面。运行：【ｂｏａｒｄＮｕｍ，ｐｒｏｃＮｕｍ］＝ｂｏａｒｄｐｒｏｃｓｅｌ则ＭＡＴＬＡＢ通过ＣＣＳ的配置自动检测，并返回板卡编号和处理器编号：ｂｏａｒｄＮｕｍ＝０ｐｍｃＮｕｍ＝０运行：ｃｃｓｂｏａｒｄｉｎｆｏ返回本次设计使用开发环境的目标板和处理器信息：ＢｏａｒｄＮｕｍ０ＢｏａｒｄＮａｍｅＣ５４ｘｘＳｉｍｕｌａｔｏｒＰｒｏｃＮｕｍ０ＰｒｏｃｅｓｓｏｒＮａｍｅＰｒｏｃｅｓｓｏｒＴｙｐｅＣＰＵＴＭＳ３２０Ｃ５４００利用ｃｃｓｄｓｐ函数可以确立一个ＤＳＰ对象。ｃｃｓｄｓｐ以板ｋ编号和处理器编号为４５西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＩｖｌＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现参数，并在建立链接对象后返回它的属性。运行：ｃｃ＝ｃｃｓｄｓｐＣｂｏａｒｄｎｕｍ＇，ｂｏａｒｄＮｕｒｎ．‘ｐｒｏｃｎｕｍ’，ｐｒｏｃＮｎｍ）则返回：ＣＣＳＤＳＰＯｂｊｅｃｔ：ＡＰＩｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｒｔｙｐｃＰＴｏｃｅｓｓｏｒｎａｍｅ：１．３：ＴＭＳ３２０Ｃ５４００：ＣＰＵ：Ｎｏ：０Ｒｕｎｎｉｎｇ？ＢｏａｒｄｈｕｍｂｅｒＰｒｏｃｅｓｓｏｒｎｕｍｂｅｒ：０Ｄｅｆａｕｈｔｉｍｅｏｕｔ：１０．００ＳｅＣ￥ＲＴＤＸｃｈａｎｎｅｌｓ：０这样，就建立起一个ＣＣＳＩＤＥ句柄ｃｃ，通过ｃｃ，就可以在ＭＡＴＬＡＢ环境下实现对ＣＣＳ的操作从而控制ＤＳＰ的开发运行。５．６算法流程及结果分析由Ｃ程序实现的ＬＡＭＢＤＡ算法‘１９】嗍１≈∞口１１主要分以下几个步骤：ｌ初始化。输入整周模糊度的浮点解（实数解）及其协方差矩阵２利用对坍方差阵进行矩阵分解，来求出整数变换矩阵，将模糊度变换到另一空间。实现对双差模糊度去相关３计算边界参数，构造合适的搜索空间４搜索出最优估计值，和次优估计值５将结果进行整数逆变换，得到整周模糊度的固定解，并求出固定解与浮动界之间的最小二乘残差。算法实现后，我们将几组不同维数的测试数据输入进行解算，得到的结果如下所示：表５－１整周模糊度解算摄小二乘残差（单位：周）Ｉ、＼ｌ最优估计二维０１４．１０５ｌ三维Ｏ．２１８３０３０７３六维０－１８Ｓ２０．２２７４十二缍１５．０１６６３１．６３４８十八维Ｊ１次优估计ｌ１７９，９２５７ｌ１７０．８９７０西北工业大学硕士学位论文第五章ＬＡＭＢＤＡ算法及其ＤＳＰ实现通过将解算出的整周模糊度，与预先解算出的整周模糊度进行比对，发现大多数都能按既定的规则解算出模糊度，只有当数据维数过大且相关性很强，产生病态问题时，由于高阶运算的数值误差而是结果产生偏差。所以验证了在ＤＳＰ系统上实现的ＬＡＭＢＤＡ方法在动态载波相位差分定位系统中的适用性。需要注意的是，这里的计算速度是指在一个历元进行一次整周模糊度搜索过程所需的时间，与求解成功与否无关。由于一般采用每秒钟输出一次数据，因此最低限度要求进行一次整周模糊度搜索过程能在１秒的时间内完成，就可以理论上满足实时处理的要求，当然如果计算速度越快越好。通常某一历元完成一次模糊度搜索过程之后得到的整周模糊度组还需要进行统计检验，如果没有通过，则不能确定它为正确的整周模糊度解，在接收到下一个历元的数据后，重复整周模糊度搜索过程，再对其解进行统计检验，如此重复进行，直到得到的最优整周模糊度解，通常这个过程需要几个到几百个历元才能完成。表５－２整周模糊度求解运算性能分析（单位：秒）模糊度维散二维三雏六维运算时间去相关３２．９％３３．３％４２．３％计算搜索区域搜索整数解２４．３％３３．３％其他１４０．Ｏｌ∞０．０２００２８．似１６７％２％１６７％０％Ｏ－０３∞０＿０Ｓ∞Ｏ．１３∞２９６％１９．２％５．ｏ％２８．１％３６－３％４５．Ｏ％十二维十八维４Ｓ．Ｓ％５口％％０％通过上面结果可以看出，当使用高维数据。即多组卫星双差观测值，由ＬＡＭＢＤＡ方法解算时需要花费的工作量很大，但经过计算量估计，是可以满足实时处理要求，另外，程序调试运行中可以得出，算法运算的大部分时间开销都花费在对双差模糊度进行去相关这一步，所以，如何找到更高效率的去相关实现方法，将成为ＬＡＭＢＤＡ方法改进完善发展的主要方向。

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