更新时间：2024-07-06 21:39
载波相位观测量是测定 GPS 接收机所接收的卫星载波信号与接收机振荡器产生的参考载波信号之间的相位差。 载波相位观测量理论上是 GPS 信号在接收时刻的瞬时载波相位值。但实际上是无法直接测量出任何信号的瞬时载波相位值， 测量接收到的是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。 GPS信号被接收机接收后， 首先进行伪随机码的延时锁定， 即实现对卫星信号的跟踪。一旦跟踪成功， 接收机的本地伪随机码就与卫星的伪随机码严格对齐，给出伪距观测量。 之后利用锁相环实现相位的锁定，锁相后接收机本地信号相位与 GPS 载波信号相位相同，此时接收机本地信号相位与初始相位的差即为载波相位观测量。
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。利用载波相位测量的厘米级相位定位现已在测绘、大地测量、地球物理和很多工业应用领域得到了广泛的应用，载波相位测量中难点在于实时的、快速而准确的整周模糊度。
GPS 测姿定向技术就是利用 GPS 接收机对载体（ GPS 天线的负载平台）的姿态进行测量。其原理是通过 GPS天线接收机 GPS 卫星信号，测量不同天线的相对位置在当地水平坐标系中的表示， 并结合天线在载体坐标系中的已知安装关系， 确定出载体坐标系相对当地水平坐标系的姿态。
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（其两种载波频率分别为 、 ）、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，因而 GPS 测姿通常采用载波相位测量技术。
载波测量是在接收机的载波跟踪环中实现，其中载波预检测积分器，载波环检相器和载波环滤波器的可编程的方案确定 了接收 机载波环的特性。它确定了接收机载波环方案的两个最主要的性能特性：载波环的热噪声误差和最大视距动态应力门限。载波环电路如图 1所示。
载波环在工作时考虑到接收机最大视距动态应力等 情况，往往由 FLL（锁 频环）和PLL（锁相环）组成，在PLL上输出相位误差，在FLL 上输出频率误差。在实际工作中，FLL与PLL设计上有一定的冲突，如为提高接收机的动态应力，预检测积分时间应尽可能短，采用 FLL，并将载波环滤波器的带宽设计宽些。为了使载波测量精度提高，预检测积分时间应长，鉴别器采用 PLL，且载波环路滤波器的带宽取窄。为解决这个矛盾必须采用折中的方 案。在实际接收机工作时，由 FLL（锁 频环）首先完成对接收信号载波的快速频率捕获，再由PLL（锁相环）完成对载波相位的精确跟踪，同时完成对载波相位的精确测量。
环路滤波器的作用是降低噪声以便在其输出端对原始信号误差进行精确的估计，其设计的阶数和噪声带宽也决定了环路滤波器对信号的动态响应，如图2所示。图2示出了1个1阶FLL和3阶PLL构成载波环滤波器，采用该方式构成的环路滤波器可以对存在的加速度等动态应力有很好的适应能力，在实际设计中经常被采用，通过调整滤波器内的各系数完成对滤波器指标的调整。
设卫星上某一时刻的载波相位为 ，经过距离L后到达接收机时相位为 ，那么载波所经历过的载波相位变化为 ，其中，包括整周数和不足一周的小数部分。
其测距公式为：
式中：l为卫星到接收机的距离；λ为已知载波的波长； 为载波相位 中的整周期数部分；φ为载波相位 中不足一周的小数部分； 不能直接测量得到，即为载波测量中的整周模糊度，Δφ可以精 确测量。如果从上述公式中能确定，那么测距误差是很小。将其分别代入卫星时钟、接收机时钟和其它误差进行展开变换，可以得到载波相位测量的线性化方程：
式中：为观测随机误差；[为与卫星 j的位置和接收机 k的估算位置有关的常量；分别为接收机 k估算位置的修正量；为接收机钟差，未知量；为接收机 k接收第 j颗卫星的整周模糊数；为误差观测方程中的常数项。通过上面的线性方程可以进行接收机的位置计算。