TDCP时间差分载波相位
基于抗干扰阵列天线的北斗RTK解算与数据分析
2023年 9月 Sep 2023Digital Technology &Application 第41卷 第9期Vol.41 No.9数字技术与应用190中图分类号:P228.1文献标识码:A文章编号:1007-9416(2023)09-0190-03DOI:10.19695/12-1369.2023.09.59基于抗干扰阵列天线的北斗RTK 解算与数据分析中国电子科技集团公司第五十四研究所 应俊俊 惠沈盈 陈秀德在多种型号雷达等复杂电磁干扰环境下，由于GNSS 卫星信号功率微弱，极易受到干扰信号影响，在恢复信号后，针对高于10°仰角的卫星，天线相位中心仍有1cm 左右的偏差。
对于高精度测量型接收机而言，阵列天线引入的载波相位误差较大，会导致整周模糊度固定错误，进而引起较大的位置误差，因此，卫星导航抗干扰技术受到高度重视。
其中，阵列天线抗干扰技术在空域进行信号处理，利用不同阵元信号的自适应加权合成，在干扰来波方向形成零陷，具有很好的抗干扰性能，因而受到广泛关注。
但阵列天线抗干扰的同时也对GNSS 载波相位观测值造成一定影响，进而导致RTK 定位成功率和精度迅速下降，如何在抗干扰的同时实现高精度的RTK 定位也成为GNSS 研究的主要方向之一[1-3]。
1 抗干扰阵列天线设计高精度测量对天线相位中心的稳定性要求较高，通用的高精度测量型天线相位中心偏差都在2mm 以内，抗干扰阵列天线由于布阵、互耦、单元天线设计等原因，其相位中心偏差会更大，导致定位误差甚至达到分米级以上，无法应用于高精度场景，因此，如何设计高稳定度的零相位中心天线是关键技术之一。
采用基于FSS（频率选择表面）/UC-EBG（共面紧凑型电子带隙）的零相位阵列天线设计及标校技术可解决上述问题，天线阵设计上采用基于FSS/UC-EBG 设计的零相位阵列天线技术，通过加载FSS 天线罩、两馈点微带叠层天线阵元、天线地板加载UC-EBG 等技术手段实现；同时采用基于二维矩阵的阵列天线相位中心标校技术进行阵列接收天线的相位中心标定，经过校正以后，使得阵列天线的相位中心变化量能够满足高精度测量的应用需求。
安卓智能手机GNSS单点测速性能评估
第9卷第3期导航定位学报 Vol.9，No. 3 2021年6月Journal of Navigation and Positioning Jun.，2021Vb 引文格式：张嘉骅，陶贤露，朱锋. 安卓智能手机GNSS单点测速性能评估[J]. 导航定位学报, 2021, 9(3): 26-35.（ZHANG Jiahua, TAO Xianlu, ZHU Feng. The performance evaluation of GNSS absolute velocity determination for Android smartphone[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2021, 9(3): 26-35.）DOI:10.16547/ki.10-1096.20210305.安卓智能手机GNSS单点测速性能评估张嘉骅，陶贤露，朱锋（武汉大学测绘学院，武汉430079）摘要：针对很少有人使用安卓（Android）智能手机搭载的低成本全球卫星导航系统（GNSS）芯片研究测速的问题，采用多普勒频移、载波相位中心差分和载波相位历元间差分（TDCP）三种GNSS单点测速方法，评估了小米8和华为P10安卓智能手机在不同场景中的测速精度。
结果表明：在静态场景中，小米8手机的多普勒频移测速精度达到厘米每秒级，载波相位中心差分和TDCP法测速精度可达毫米每秒级；P10手机的三种测速法的测速精度达到分米每秒级。
在开阔动态场景中，两部手机多普勒频移在水平方向及垂直方向上的测速精度分别约为1 dm/s、2 dm/s，而两种载波相位测速法的测速精度可达厘米每秒级；在树荫遮挡场景中，两部手机多普勒频移的三维测速精度为4~5 dm/s。
两种载波相位测速法受到观测环境影响而导致精度下降，但仍优于多普勒频移的测速精度。
在高楼遮挡场景中，两部手机多普勒频移的三维测速精度约为7 dm/s，小米8手机TDCP法在垂直方向的测速误差可达1.25 m/s。
基于TDCGP1的激光测距仪的设计
2、激励源(泵浦源)
为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励;也可以用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化的称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断的泵浦以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
1.3.2相位测距法6
1.3.3三角测距法8
1.3.4反馈测距法8
1.4现行的激光测距技术比较8
1.5基于时间数字转换器TDC-GP1的激光测距方法9
1.6本文研究的内容9
1.7本文结构10
第二章基于TDC-GP1的激光测距系统组成10
2.1硬件系统构成10
2.2系统主要工作过程11
第三章TDC-GPl芯片结构与功能特性11
has larger scale，higher speed higher differentiate,and smaller error.It can cut short the scale of
时间数字转换器TDC
时间数字转换器TDC( Time to Digital Convert )---- 高精度短时间间隔测量技术与方法---时间间隔的测量技术，尤其是高精度的时间间隔(皮秒1ps=10E-12s量级) 的测量技术意义重大，不论是电信通讯，芯片设计和数字示波器( Digital Oscilloscope)等工程领域，还是原子物理、天文观测等理论研究，以及激光测距、卫星定位等航天军事技术领域都离不开高精度的时间间隔测量技术。
时间间隔测量分辨率和精度与其应用环境有很大关系。
在日常生活中，精确到分钟的测时精度已能满足人们的普通需要了，但现代军事、通讯、导航等领域对时间精确度的要求越来越高。
1 秒的测时误差会导致大海中的舰船偏离航线数百米，1 微秒的测时误差会导致航天飞机不能安全返航。
精密时间间隔测量是高精度激光脉冲测距、超声波测距和雷达测距的物理基础。
测量波束在测距仪器和被测目标之间往返的时间间隔与距离成正比，测距精度直接由时间间隔测量精度决定。
激光测距、雷达测距和超声波测距在军事、航天、航空、冶金等方面都有着广泛应用。
军事上对打击目标的精确测距是精确打击的基础，提高时间间隔测量的分辨率，就意味着有效提高制导、引爆的精确度；在航空航天领域，飞行器通过精确测量波束往返所需的时间间隔来进行导航和高度标定等，飞行过程对时间间隔测量精度和实时性要求更为苛刻，实时精确地测量时间间隔，可以保障飞行器的安全飞行。
综上所述，精密时间间隔测量技术在航空、航天、精确制导以及核物理等领域有着广泛的应用，是导航、空间技术、通讯、工业生产、电力等应领域不可缺少的关键技术。
精密时间间隔测量对测控技术在工业、国防及学技术的进步方面起到了举足轻重的作用。
各学科的发展前沿，对时间、率电子测量技术的发展提出了越来越高的要求，研究微小时间间隔的测量法，进一步提高时间、频率测量分辨率，是当今科技高速发展所亟待解决课题。
这方面所取得的新技术及成果，将会产生巨大的经济效益。
GPS考试提纲
GPS信号接收机:GPS接收机，能够接受、跟踪、变换、和测量GPS卫星信号的接收设备。
作用：能够捕获按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,并跟踪这些卫星的运行,对所接收的GPS信号进行变换,放大和处理,以测出GPS信号从卫星到接收机的传播时间,解译出GPS卫星所发送的导航电文,实时的计算出测站的三维位置,三维速度和时间,从而视线导航和定位。
组成: GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部分。
分类方式:按接收机的用途分类（导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机）;按接收机的载波频率分类（单频接收机、双频接收机）;按接收机通道数分类（多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机）;按接收机工作原理分类（码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机、干涉型接收机）。
SA技术和AS技术的含义GPS的SA技术，有选择可用性技术,即人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中,故意降低GPS精度,使C/A码定位精度从20m降到100m。
GPS的AS技术，即反电子欺骗技术。
它将P码与W码相加,形成新的严格保密的Y码。
其目的是防止敌方使用P码进行经学的导航定位。
GPS现代化中军事和民用部分的技术措施增加卫星发射的信号强度,以增强抗电子干扰能力; GPS信号频道上,增加新的军用码（M码）,与民用码分开,有更好的抗破译的保密和安全性能;军用接收设备比民用的具有更好的保护装置,特别是抗干扰能力和快速初速化功能;创造新技术,阻止或阻扰地方使用GPS。
美国GPS新政策的根本目标是什么能够提供连续不断的定位,导航和授时服务;满足国家安全,国土安全经济,民用,科研和商业增长的需求;能保持军用星基定位,导航和授时的卓越服务;能够提供优于民用星基定位,导航和授时服务的竞争能力;能保持星基定位,导航和授时服务在国际上的霸主地位;能够提高美国在星基定位,导航和授时应用领域的技术领先定位。
简述GPS在国民经济各领域发展和国防建设中的应用概念。
TDCP时间差分载波相位精讲
1
LOREM IPSUM DOLOR
LOREM IPSUM DOLOR
2、数据频率
VADASE能够在频率为20、10、5、2和1Hz下传送速度和位移数
据。下面的表格展示了在五分钟的时间内不同频率下的一个GNSS 参考站静态时在东、北、竖直方向上的速度。
从图中可以看出当频率再增加的时候，速度和3D速度正在增加。
Leica VADASE简介
Leica VADASE全称 Leica Velocity And Displacement Autonomous Solution Engine即莱卡自动确定速度、位移的解 决工具。Leica VADASE提供全自动的GNSS站天线的高频速度 信息。这让科学家和工程师们可以立即获取实时可靠的快速运动 的位移和波形的分析。 Leica VADASE应用独特的GNSS加工算法利用标准的广播信息 和从独立接收机实施获取的观测值来自动工作。
TDCP技术不受载波相位模糊度的影响，如果
观测值是连续的，没有周跳，那么就可以通
过对载波相位求差来消除。
对两个连续的载波相位求差能够消除或降低 多种误差的影响，提高所求速度的精度。
TDCP技术的缺点
TDCP技术至少需要两个连续历元中的四个载波 相位观测值，而多普勒测速只需要某个历元的 多普勒观测值。 TDCP技术受周跳影响较大，对载波相位求差之 前需要先探测和修复周跳。 传统的广播星历选择标准不适合TDCP技术，使 用不同的广播星历会造成TDCP测量值不连续。
阶段任务汇报
张光俊
Leica VADASE
LOREM IPSUM DOLOR
目录
1、Leica VADASE简介 2、 VADASE算法的技术背景 3、与Leica RefWorx 及Leica SpiderQC的集成 4、Leica VADASE的静态表现 5、Leica VADASE的动态表现
载波相位差分原理
载波相位差分原理由于自身结构及测量中随机噪声误差的限制测距码差分GPS 仅可满足m 级动态定位需要；载波相位测量噪声误差远低于测距码，在静态相对定位中已实现10-6~10-8的精度，但整周未知数求解需进行长时间的静止观测，数据需事后处理，限制了该方法在动态定位中的应用。
然而快速逼近整周模糊度技术的出现使利用载波相位差分技术实时求解载体位置成为可能。
具有快速高精度定位功能的载波相位差分测量技术，简称RTK （real time Kinematic ）技术。
载波相位差分定位技术是在基准站上安置一台GPS 接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电传输设备实时地将观测数据及测站坐标信息传送给用户站；用户站在接收卫星信号的同时通过无线接收设备接收基准站信息，根据相对定位原理实时处理数据并以cm 级精度给出用户站的三维坐标。
载波相位差分定位技术可分为修正法和求差法：前者将载波相位的修正量发送给用户站，对用户站的载波相位进行改正实现定位；后者将基准站的载波相位发送给用户，由用户站将观测值求差进行坐标解算。
星站间的相位差值由三部分组成()()ji j i j i j i t t N t N δϕ+-+=Φ00 （1）式中()0t N j i 为起始整周模糊度，()0t t N j i -为从起始时刻至观测时刻的整周变化值，ji δϕ为观测相位的小数部分。
则星站间距离为载波波长与星站相位差的乘积，即()()()j ij i j i j i t t N t N δϕλρ+-+=00~ （2）若在基准站利用已知坐标和卫星星历可求得星站间的真实距离ji ρ，星站间伪距观测值则可表示为()i i j i j i j i j i j i V M T I t t c ++++-⋅+=δδδδδρρ~ （3）公式中i M δ为多路径效应，i V 为GPS 接收机噪声。
在基准站可求出伪距改正数()i i j i j i j i j i j i j i V M T I t t c ++++-⋅=-=δδδδδρρδρ~ （4）用此改正数对用户站伪距观测值进行修正，有()()()()()i k i k j ij k j i j k i k j k j i j k V V M M T T I I t t c -+-+-+-+-⋅+=-δδδδδδδδρδρρ~ （5）当基准站和用户站之间的距离小于30km ，可认为j i j k I I δδ=，ji j k T T δδ=，则 ()()()()()()δρδδδδρδρρ∆+-+-+-=-+-+-⋅+=-222~kjkjkjik i k i k j k j i j k Z ZY YX XV V M M t t c （6）式中()()()i k i k i k V V M M t t c -+-+-⋅=∆δδδδδρ。
射频与基带参考时钟不同源对GPS载波相位平滑伪距定位的影响
∫
t ri
[
δ f ro （ t ） δ f bo （ t ） dt + δt i － f ro f bo （ 10 ）
]
2ห้องสมุดไป่ตู้
2． 1
理论分析
平滑伪距钟差与参考时钟的关系 设接收机的基带参考时钟标称频率为 f bo ， 频率误差
6］给出的非递归形式的载波相位平滑伪距 根据文献［ 公式 1 ～ ρk = k
本文的理论分析表明： 在新增卫星时，射频和基带参考时钟不同源将使新增星和原有星的平滑伪距钟差产生偏差，进而导 ，开展了大量硬件实验，验证 致大幅度定位误差。在时钟同源和不同源两种条件下，利用自研的 GPS 基带芯片 “航芯 2E” 了理论分析的正确性。论文得出的载波相位平滑伪距定位的接收机其射频和基带参考时钟必须同源的结论，对于 GPS 射频 和基带芯片的模块化、系列化的规划和设计具有指导意义 。 关键词： 载波相位平滑伪距定位； 钟差； 同源参考时钟； 新增卫星 中图分类号： TN967． 1 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 0530 （ 2010 ） 08 － 1132 － 05
1
引言
源。从 GPS 接收机的射频和基带信号处理过程可以看 ［1 ］ 出 ， 接收机信号处理不需要射频和基带参考时钟同 源。在 GPS 伪距定位体制中， 伪距提取时刻由基带参 考时钟计时排定， 参考时钟频率误差引起的计时误差 。 就是伪距钟差 在同一时刻进行的伪距测量中， 所有
［2 ］ 可见星的伪距钟差相同且不受射频参考时钟影响 ， 因此 GPS 伪距定位也不需要接收机射频和基带参考时
［ 5 ］ ， ［ 6 ］
∫
tri +T － δt i
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2、数据频率
VADASE能够在频率为20、10、5、2和1Hz下传送速度和位移数 据。下面的表格展示了在五分钟的时间内不同频率下的一个GNSS 参考站静态时在东、北、竖直方向上的速度。 从图中可以看出当频率再增加的时候，速度和3D速度正在增加。
2、VADASE算法算位移
VADASE算法算位移主要是通过下面的公式对测好的速度进行积 分来获取的。
VADASE与Leica RefWorx 及Leica SpiderQC的集成
Leica RefWorx:
Leica RefWorx是固定在LEICA GR/GM-series GNSS的参考站 和监测接收机上的固件解决方案。这套固件解决方案集成了 VADASE，并且VADASE适用于RefWorx V3.20上。V&-DE可能 会用内嵌式的交互页面。如果能用，那么天线的估计速度和位移 可以用两种新的莱卡所有的NMEA-type的信息，即LVM和LDM。 另外，当V&-DE能用是，对每一段检测的位移，它的起始时间、 每段路程的总长度将在事件日志消息中报告出来。
对两个连续的载波相位求差能够消除或降低 多种误差的影响，提高所求速度的精度。
TDCP技术的缺点
TDCP技术至少需要两个连续历元中的四个载波 相位观测值，而多普勒测速只需要某个历元的 多普勒观测值。
TDCP技术受周跳影响较大，对载波相位求差之 前需要先探测和修复周跳。
传统的广播星历选择标准不适合TDCP技术，使 用不同的广播星历会造成TDCP测量值不连续。
阶段任务汇报
Leica VADASE
LOREM IPSUM DOLOR
目录
1、Leica VADASE简介 2、 VADASE算法的技术背景 3、与Leica RefWorx 及Leica SpiderQC的集成 4、Leica VADASE的静态表现 5、Leica VADASE的动态表现
Leica VADASE简介
并且V&-DE会设置一个阈值，小于这个速度的阈值将被视作噪音 而忽视。
Leica SpiderQC是莱卡自主研发的一套专业化多用途的数据分 析软件，可用于详细的站评估，参考站网质量控制，接收机性 能测试，数据分析以及实时和事后处理坐标分析，以及电离层 变化、对流层变化、网络RTK性能监控：详细的站点评估，包 括多路径、信噪比、周跳等。随着Leica SpiderQC V5.3的发 布，与VADASE的集成来对线上线下的分析加入其中： LVM和LDM可以被译解，速度和位移的时间序列可被实时或者 后置处理中显示出来。
TDCP技术简介
TDCP技术，即时间差分载波相位技术，是实时处理测站载波相 位进行时间查分的定位方法。
三种常用测速方法的比较
1、对位置进行求导获得载体速度的方法精 度较低；
2、利用多普勒观测值测速的方法能达到厘 米级的精度；
3、载波相位的时间差分技术能达到毫米级 的精度；
TDCP技术的优点
TDCP技术不受载波相位模糊度的影响，如果 观测值是连续的，没有周跳，那么就可以通 过对载波相位求差来消除。
TDCP测速模型
载波相位的计算模型为：
•
图例模型为：
TDCP测速算法的步骤及结果分析
Leica VADASE全称 Leica Velocity And Displacement Autonomous Solution Engine即莱卡自动确定速度、位移的解 决工具。Leica VADASE提供全自动的GNSS站天线的高频速度 信息。这让科学家和工程师们可以立即获取实时可靠的快速运动 的位移和波形的分析。
Leica VADASE的静态表现
1、速度噪音的等级 2、数据频率 3、对GNSS的支持
1速度噪音等级：
当接收机的天线是静止的时候，VADASE仍会估算出一 个速度，在这种情况下会用一个符号σ来表示速度的平 均分布。
影响σ的因素有：参考点天线的位置精确度、跟踪在星
座几何的卫星数量、观测时间、星历精确度、电离层干
Leica VADASE应用独特的GNSS加工算法利用标准的广播信息 和从独立接收机实施获取的观测值来自动工作。
VADASE算法的技术背景
1、VADASE算法测速度
VADASE算法测速度利用时间差分相位观测的方法，即在连续历 元间进行位置差分，相当要求在给定时间内的速度平均值。因为 源于广播星历的速度都是某一历元时间的瞬时速度，所以提供补 偿值来获取在整个历元内的计算好的平均值非常必要！
扰是在Heerbrugg.Switerland的一个静 态参考站天线上的VADASE在5hours 1hz的情况 下的速度估算。
从图中可以看出竖直方向上的噪音等级是最高的。 在水平方向上，北向所谓噪音等级高于东向。这 是由于这是因为参考站上方东部和西部方向比南 北部有更多的卫星。
LOREM IPSUM DOLOR
LOREM IPSUM DOLOR
3、对GNSS的支持
VADASE的一个突出优点是它能够与多样的GNSS星座和不同的频率一起工作。 VADASE与不同的GNSS组合的静态表现在下表中展示：从表中我们可以得到用GPS L1的解决方案只比其他方案噪音稍大稍有偏差。这主要是受电离层的影像。但如果我 们利用双频的解决方案，则这种情况会大大消除。
Leica VADASE的动态表现
01 敏感性 02 与RTK作对比
1、敏感性
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2、与RTK解决方案的对比
利用载波相位时间差分技术进行 GNSS测速
目录
1、TDCP技术的简介 2、三种常用测速方法的比较 3、TDCP技术的优点 4、TDCP技术的缺点 5、TDCP测速模型 6、TDCP测速算法的步骤及结果分析 7、改进方式