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Update 06-RTKLIB源码阅读(六)观测数据读取:RINEX、RTCM、NMEA、接收机原始数据.md
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LiZhengXiao99 committed Oct 6, 2024
1 parent 103f753 commit a3a896e
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### 1、时间、伪距

1. 伪距 $\rho \left ( t \right )$的定义:信号接收时间 $t_u\left ( t \right )$与信号的发送时间 $t^{(S)}\left ( t-\tau \right )$的差乘以光在真空中的速度 c,即:
1. 伪距 $\rho \left ( t \right )$ 的定义:信号接收时间 $t_u\left ( t \right )$ 与信号的发送时间 $t^{(S)}\left ( t-\tau \right )$ 的差乘以光在真空中的速度 c,即:
$$
\rho \left ( t \right ) =c( t_u\left ( t \right ) - t^{(S)}\left ( t-\tau \right ) )
$$
表示接收机天线到卫星天线的距离,包含了接收机钟差、卫星钟差和其它偏差(如:大气延迟atmospheric delays)的影响,所以称之为“伪距”,伪距观测方程:
表示接收机天线到卫星天线的距离,包含了接收机钟差、卫星钟差和其它偏差(如:大气延迟atmospheric delays)的影响,所以称之为“伪距”,伪距观测方程:
$$
\rho =r+c\left ( \delta t_u-\delta t^{s} \right ) +cI+cT+\varepsilon _\rho
$$
其中 $r$ 表示接收机卫星间的几何距离,$\delta t_u$ 表示接收机钟差,$\delta t^{s}$ 表示卫星钟差,$I$ 表示电离层延迟,$T$ 表示对流层延迟,$\varepsilon _\rho$ 表示伪距测量噪声。$\delta t^{s}$$I$ 、$T$ 都可通过模型消除,视为已知量,因此我们定义校正后的伪距测量值$\rho_c$ :
其中 $r$ 表示接收机卫星间的几何距离,$\delta t_u$ 表示接收机钟差, $\delta t^{s}$ 表示卫星钟差, $I$ 表示电离层延迟, $T$ 表示对流层延迟,$\varepsilon _\rho$ 表示伪距测量噪声。$\delta t^{s}$$I$ 、 $T$ 都可通过模型消除,视为已知量,因此我们定义校正后的伪距测量值 $\rho_c$ :
$$
\rho _c=\rho +\delta t^{(s)}-I-T
$$

2. 信号发送时间$t^{(s)}$的获取:
2. 信号发送时间 $t^{(s)}$ 的获取:

* 接收机直接测量的不是信号的发射时间$t^{(s)}$是码相位(CP),信号发送时间$t^{(s)}$和伪距 $\rho$ 是在码相位测量值的基础上组装起来的。
* 接收机直接测量的不是信号的发射时间 $t^{(s)}$ 是码相位(CP),信号发送时间 $t^{(s)}$ 和伪距 $\rho$ 是在码相位测量值的基础上组装起来的。

* 码相位通过接收机内部码跟踪环路上的 C/A 码发生器和 C/A 码相关器获得的,码相位反应最新接收到C/A码在一整个周期 C/A 码中的位置,其值在 0—102 3间,且通常不是一个整数。

* 只有当接收机接收到卫星信号并进入子帧同步状态后,才能将 $t^{(s)}$ 构筑出来,构筑公式:
* 只有当接收机接收到卫星信号并进入子帧同步状态后,才能将 $t^{(s)}$ 构筑出来,构筑公式:
$$
t^{(s)}=TOW +\left ( 30w+b \right )\times 0.020+\left ( c+\frac{CP}{1023} \right ) \times 0.001
$$
其中 TOW 是周内秒子帧起始时间,每个字 30 比特,w 个字,b 个比特,每个比特 0.02s,c 个周期,CP 码相位,C/A 码周期 0.001s。
其中 TOW 是周内秒子帧起始时间,每个字 30 比特,w 个字,b 个比特,每个比特 0.02s,c 个周期,CP 码相位,C/A 码周期 0.001s。

### 2、载波相位测量值、多普勒频移、积分多普勒

1. **载体相位差**是实际上是对卫星信号的接收载波和接收机产生的参考频率之间的差频的测量。若能测得信号传播过程中两点的载波相位差,就可推断出两点的距离。在接收机采样时刻$t_u$ ,接收机内部复制的载波相位为$\phi_u$,接收机接收到的卫星载波信号相位为$\phi^{(s)}$,则载波相位测量值:
1. **载体相位差**是实际上是对卫星信号的接收载波和接收机产生的参考频率之间的差频的测量。若能测得信号传播过程中两点的载波相位差,就可推断出两点的距离。在接收机采样时刻$t_u$ ,接收机内部复制的载波相位为$\phi_u$,接收机接收到的卫星载波信号相位为$\phi^{(s)}$,则载波相位测量值:
$$
\phi=\phi_u-\phi^{(s)}
$$
以周为单位,一周360度,距离上对应一个载波波长。乘以波长就转化为距离
以周为单位,一周360度,距离上对应一个载波波长。乘以波长就转化为距离
$$
\phi=\lambda^{-1}r+N
$$
其中,$r$为卫星到接收机的几何距离,$N$为整周模糊度。如果能确定$N$的值,就可反推出几何距离$r$。考虑到误差可将载波相位观测方程式写为:
其中, $r$ 为卫星到接收机的几何距离,$N$为整周模糊度。如果能确定$N$的值,就可反推出几何距离 $r$ 。考虑到误差可将载波相位观测方程式写为:
$$
\phi=\lambda^{-1}(r+\delta t_u+\delta t^(s)-I+T)+N+\varepsilon_\phi
$$

2. **多普勒频移**:一个静止不动的信号发射频率为$f$的信号,而接收机以速度$v$运行,那接收机收到的信号频率$f_r$不是信号发设频率频率$f$,而是$f+f_d$,我们将这种信号接收频率随发射源和接收机间相对运动而变化的现象称为多普勒频移,将$f_d$称为多普勒频移。这样多普勒频移$f_d$等于信号接收频率与信号发送频率的差,即:
2. **多普勒频移**:一个静止不动的信号发射频率为$f$的信号,而接收机以速度$v$运行,那接收机收到的信号频率$f_r$不是信号发设频率频率$f$,而是$f+f_d$,我们将这种信号接收频率随发射源和接收机间相对运动而变化的现象称为多普勒频移,将$f_d$称为多普勒频移。这样多普勒频移$f_d$等于信号接收频率与信号发送频率的差,即:
$$
f_d=f_r-f
$$
从电磁波传播的基本理论出发,我们可以严格推导出以下多普勒频移值的计算公式:
从电磁波传播的基本理论出发,我们可以严格推导出以下多普勒频移值的计算公式:
$$
f_d=\frac{v}{\lambda } \cos \beta =\frac{v}{c}f\cos \beta
$$
其中,$\lambda$是信号发送频率对应的波长,$c$为光速,$\beta$为入射角。推广到移动型信号发射源:
$$
f_d=\frac{(v-v^{(s)})I^{(s)}}{\lambda } =-\frac{(v^{(s)}-v)I^{(s)}}{\lambda }=\frac{-\dot{r} }{\lambda }
$$
对于静态信号发射源,$\beta$ 指接收机运动方向到信号入射方向的夹角。接收机朝信号方向运动时,$\beta$小于$90^\circ$ ,$f_d$大于0,相同的时间里接受到的载波周数更多。由此我们可以总结:多普勒频移反应信号发射源与接收机之间连线距离的变化快慢,与接收机运行速度在连线方向上的投影成正比。
对于静态信号发射源, $\beta$ 指接收机运动方向到信号入射方向的夹角。接收机朝信号方向运动时, $\beta$ 小于$90^\circ$ , $f_d$ 大于0,相同的时间里接受到的载波周数更多。由此我们可以总结:多普勒频移反应信号发射源与接收机之间连线距离的变化快慢,与接收机运行速度在连线方向上的投影成正比。

3. 为测量接收到的卫星信号的载波相位,接收机内部复制的不是频率始终为$f$的载波,而是通过内部的跟踪环路尽可能复制每时每刻的载波,并让复制出的载波相位与接收到卫星信号的载波一致。根据锁定的频率、相位的不同,载波跟踪环路存在**频率锁定环路**(FLL)和**相位锁定环路**(PLL)两种形式;**FLL直接输出多普勒频移测量值****而PLL输出的是积分多普勒测量值**

4. **积分多普勒**:$d\phi$是多普勒频移$f_d$对时间的积分,即:
4. **积分多普勒**:$d\phi$是多普勒频移$f_d$对时间的积分,即:
$$
d\phi _k=d\phi (t_k)=-\int_{t_0}^{t_k}f_d(t)dt
$$
其中,$d\phi _k$代表接收机在历元$k$时输出的积分多普勒测量值。在载波跟踪环路刚锁定或重锁定载波信号的一刻,接收机一般将积分多普勒值重置为0,也就是说
其中, $d\phi _k$代表接收机在历元$k$时输出的积分多普勒测量值。在载波跟踪环路刚锁定或重锁定载波信号的一刻,接收机一般将积分多普勒值重置为0,也就是说

- **$k$ 时刻的积分多普勒值等于 0~k 时间的载波相位测量值的变化量**
- 积分多普勒 $d\phi _k$ 乘以波长 $\lambda$ 后的值等于这段时间内卫星与接收机间的距离变化量,所以积分多普勒也称为**积分距离差**(ADR)。
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