GPS测量基本原理
gps测量仪原理
gps测量仪原理
GPS测量仪是一种利用全球卫星定位系统（GPS）技术来测量位置、速度和航向的仪器。
其工作原理如下：
1. GPS系统：GPS系统由一组运行在地球轨道上的卫星和地面控制站组成。
卫星向地面发射定位信号，接收器通过接收多颗卫星的信号，利用三角测量原理计算自身的位置。
2. 测距原理：GPS测量仪通过接收来自多颗卫星的信号，测量从卫星到接收器的信号传播时间，然后乘以光速即可得到距离。
至少需要接收到四颗卫星的信号来进行三维位置测量。
3. 定位算法：GPS测量仪使用一种称为“三角测量法”的算法来计算自身的位置。
该算法利用接收器与多颗卫星之间的距离关系，将其转化为三角形，并利用三角形的几何关系来计算位置坐标。
4. 时钟同步：GPS测量仪中的时钟非常关键，因为定位精度与时钟的同步程度有关。
GPS测量仪会通过接收卫星的时间信号来进行时钟同步，并校准自身的时钟误差。
5. 数据处理：GPS测量仪会收集并记录卫星信号的时间和强度等信息，并将其传输至数据处理单元。
数据处理单元会对这些信息进行处理和分析，最终得出位置、速度和航向等测量结果。
综上所述，GPS测量仪利用卫星定位和三角测量原理，通过
测量卫星信号的传播时间和强度等信息，来计算位置、速度和航向等参数。
第五章 GPS定位基本原理
第五章 GPS定位基本原理
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2)、相对定位
• 确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对 位臵的方法。可以消除许多相同或相近的误差（如卫星钟、 卫星星历、卫星信号传播误差等），定位精度较高。但其 缺点是外业组织实施较为困难，数据处理更为烦琐。
• 在大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域内 得到广泛的应用。
j为卫星数，j=1,2,3,…
第五章 GPS定位基本原理
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三、用测距码来测定伪距的特点
• 利用测距码测距的必要条件
– 必须了解测距码的结构
（1）易于将微弱的卫星信号提取出来。
卫星信号的强度一般只有噪声强度的万分之一或更低。 只有依据测距码的独特结构，才能将它从噪声的汪洋大海中 提取出来；
第五章 GPS定位基本原理
接收机钟差
t tk t tk (G) t (G) tk t
j j
j
信号真正传播时 间
第五章 GPS定位基本原理 22
如果不考虑大气折射的影响，则有：
' ct c[tk t ]
j
c tk (G ) t (G ) c(tk t )
j j
ρ = τ*C= △t*C 上式求得的距离ρ并不等于卫星至地面测站的真正距 离，称之为伪距。
第五章 GPS定位基本原理 19
二、伪距测量的观测方程
• 码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星钟和接 收机钟是完全同步的。
• 但实际上这两台钟之间总是有差异的。因而在R(t) =max 的情况下求得的时延τ就不严格等于卫星信号的传播时间 Δt，它还包含了两台钟不同步的影响在内。
第五章 GPS定位基本原理 17
GPS导航定位原理以及定位解算算法
GPS导航定位原理以及定位解算算法GPS（全球定位系统）是一种基于卫星信号的导航系统，用于确定地球上任意点的位置和时间。
GPS导航定位的原理基于三个基本原则：距离测量、导航电文和定位解算。
首先，定位解算的基本原理是通过测量卫星与接收器之间的距离差异来确定接收器的位置。
GPS接收器接收卫星发射的信号，并测量信号从卫星到接收器的时间延迟。
通过已知卫星位置和测量时间延迟，可以计算出接收器与卫星之间的距离。
至少需要接收到4个卫星信号才能进行定位解算，因为每个卫星提供三个未知数（x、y、z三个坐标）和一个时间未知数。
其次，GPS导航系统通过导航电文提供的卫星轨道参数来计算卫星的精确位置。
每个卫星通过导航电文向接收器传递关于卫星识别码、卫星轨道和钟差等数据。
接收器使用这些参数来计算卫星的准确位置。
最后，通过定位解算算法，将接收器收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数进行计算，可以确定接收器的位置。
定位解算算法主要有两种：三角测量法和最小二乘法。
三角测量法基于三角学原理，通过测量多个卫星与接收器之间的距离差异，然后根据这些距离差异以及卫星的位置信息来计算接收器的位置。
这种算法的优势是计算简单，但受到测量误差的影响较大。
最小二乘法是一种数学优化方法，通过最小化接收器位置与测量距离之间的误差平方和来求解接收器的位置。
该方法考虑到了测量误差的影响，并通过对多个卫星信号进行加权以提高解算的准确性。
除了上述的定位解算算法，GPS导航系统还使用了差分GPS和惯性导航等技术来提高定位精度和可靠性。
差分GPS通过接收器与参考站之间的信号比对，消除了大部分的误差，提高了定位精度。
惯性导航通过测量加速度和角速度来估计接收器的位移，可以在信号丢失或弱化的情况下提供连续的导航定位。
综上所述，GPS导航定位通过距离测量、导航电文和定位解算算法来确定接收器的位置。
通过接收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数，定位解算算法能够计算出接收器的位置，并提供准确的导航信息。
gps测量的原理
gps测量的原理
GPS(Global Positioning System)是一种通过卫星信号和接收器
来测量和确定地理位置的技术。
GPS系统由全球范围内的一
组卫星组成，它们绕地球轨道运行，并通过无线电信号传输时间和位置信息。
GPS测量的原理是基于卫星定位和三角测量原理。
当接收器
接收到至少四颗卫星发出的信号后，它会使用卫星信号传输的时间信息来计算每颗卫星与接收器之间的距离。
通过同时测量多颗卫星与接收器之间的距离，可以确定接收器的精确位置。
具体来说，GPS接收器会接收多颗卫星发出的信号，信号中
包含卫星的识别码和发射时间等信息。
接收器会记录下信号接收时间和卫星的发射时间，然后计算信号传播的时间差。
由于光速是已知的，可以通过时间差乘以光速来计算信号传播的距离。
然后，接收器会将测得的多个卫星与接收器之间的距离与卫星的位置信息结合起来，使用三角测量方法来确定接收器的位置。
三角测量原理是利用三个已知的点（即卫星的位置）与这些点到未知位置（接收器位置）的距离来计算未知位置。
通过多次三角测量，可以提高测量的精度和确定性。
值得注意的是，由于卫星位置的精确度以及信号传播的误差等因素的影响，GPS测量的精度会受到一定的限制。
然而，通
过采用多个卫星进行测量并使用各种校正技术，可以提高
GPS测量的准确性。
GPS_百度百科
GPS_百度百科一、GPS的基本概念和原理GPS，全称为全球定位系统（Global Positioning System），是一种基于卫星导航系统的定位技术。
它由一系列的卫星、地面控制站和用户设备组成，能够准确测量地球上任意点的位置坐标，并提供导航、定位等功能。
GPS的原理主要基于三个方面：卫星发射的信号、接收器接收的信号和测量时间。
首先，GPS系统中有24颗卫星（包括备用卫星），它们通过人造卫星轨道在地球上的分布。
这些卫星以恒定速度绕地球旋转，每颗卫星每天都会固定几次跟踪站的位置，并通过无线电信号发送卫星的位置信息。
其次，GPS接收器位于地面或者其他移动设备中，用来接收卫星发射的信号。
接收器会接收到至少四颗卫星的信号，并通过测量信号的传播时间来计算接收器到每颗卫星的距离。
通过将这些距离进行三角测量，GPS接收器能够确定接收器所在的位置。
最后，GPS接收器需要测量时间来确定信号传播的速度，并精确计算出定位信息。
GPS接收器内置一个高精度的原子钟，用来测量信号传播的时间。
接收器通过比较卫星发射信号的时间和它接收到信号的时间差来计算信号的传播时间，从而得出定位信息。
二、GPS的应用领域GPS的应用广泛，涵盖了几乎所有与位置有关的领域。
下面简要介绍几个主要的GPS应用领域：1.车辆导航和交通管理：GPS可以实时导航汽车、飞机等交通工具，提供最佳路线和交通信息，并帮助交通管理部门监控交通流量和疏导交通。
2.航海和航空：GPS已经成为航海和航空领域的重要工具，可用于船舶和飞机的导航定位、航线规划等。
3.军事应用：GPS最初是作为军事导航系统而研发的，现在仍广泛应用于军事领域，用于战术导航、目标定位、军事通信等。
4.地质勘探和测绘：GPS能够提供高精度的地球表面位置坐标，因此在地质勘探、测绘和地质灾害预警等方面有重要应用。
5.环境监测和气象预测：GPS可以用于监测大气湿度、气压和大气延迟等数据，从而提供准确的气象预测和环境监测。
GPS定位原理和简单公式
GPS定位原理和简单公式GPS是全球定位系统的缩写，是一种通过卫星系统来测量和确定地球上的物体位置的技术。
它利用一组卫星围绕地球轨道运行，通过接收来自卫星的信号来确定接收器（GPS设备）的位置、速度和时间等信息。
GPS定位原理基于三角测量原理和时间测量原理。
1.三角测量原理：GPS定位主要是通过测量接收器与卫星之间的距离来确定接收器的位置。
GPS接收器接收到至少4颗卫星的信号，通过测量信号的传播时间得知信号的传播距离，进而利用三角测量原理计算出接收器的位置。
2.时间测量原理：GPS系统中的每颗卫星都具有一个高精度的原子钟，接收器通过接收卫星信号中的时间信息，利用接收时间和发送时间之间的差值，计算出信号传播的时间，从而进一步计算出接收器与卫星之间的距离。
简单的GPS定位公式：1.距离计算公式：GPS接收器与卫星之间的距离可以通过测量信号传播时间得到。
假设接收器与卫星之间的距离为r，光速为c，传播时间为t，则有r=c×t。
2.三角测量公式：GPS定位是通过测量与至少4颗卫星的距离，来计算接收器的位置。
设接收器的位置为(x,y,z)，卫星的位置为(x_i,y_i,z_i)，与卫星的距离为r_i，根据三角测量原理，可得到以下方程：(x-x_1)^2+(y-y_1)^2+(z-z_1)^2=r_1^2(x-x_2)^2+(y-y_2)^2+(z-z_2)^2=r_2^2...(x-x_n)^2+(y-y_n)^2+(z-z_n)^2=r_n^2这是一个非线性方程组，可以通过迭代方法求解，求得接收器的位置。
3.定位算法：GPS定位一般使用最小二乘法来进行计算。
最小二乘法是一种数学优化方法，用于最小化误差的平方和。
在GPS定位中，通过最小化测量距离与计算距离之间的差值的平方和，来确定接收器的位置。
总结：GPS定位原理基于三角测量和时间测量原理，通过测量接收器与卫星之间的距离，利用三角测量公式和最小二乘法来计算接收器的位置。
gps测量基本原理
gps测量基本原理
GPS测量基本原理是通过使用全球定位系统（GPS）技术来确定一个接收器的位置。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和
用户接收器组成。
首先，GPS系统中的卫星通过发送信号来广播自己的位置和
时间信息。
这些信号到达地面上的接收器，接收器通过测量信号的传播时间来计算卫星与其之间的距离。
接收器同时接收并处理至少四个卫星的信号，然后使用三角测量原理来确定自身的位置。
通过比较接收器与卫星之间的距离，可以确定接收器与每个卫星之间的球面上的交点。
多个卫星的交点交叉在一起，确定了接收器的位置。
为了提高测量精度，GPS系统还使用了精确的时钟和差分
GPS技术。
精确时钟对于精确测量信号的传播时间至关重要。
差分GPS技术使用附近的基准站的位置信息来纠正接收器位
置的误差，从而提高测量的准确度。
总结来说，GPS测量基本原理是通过测量接收器与卫星之间
的距离来确定接收器的位置。
这是通过接收卫星的信号，计算信号传播时间并使用三角测量原理来实现的。
同时，精确时钟和差分GPS技术也是提高测量精度的重要因素。
gps 测量 原理
gps 测量原理
GPS测量原理是基于卫星信号的接收和计算。
基本原理如下：
1. 卫星发射信号：GPS系统由全球一定数量的卫星组成，它
们以非常准确的时间间隔向地面发射无线电信号。
2. 接收器接收信号：GPS接收器接收到卫星发射的信号。
接
收器内部有一块接收天线用来接收信号，并将信号送入接收器电路。
3. 测量信号延迟时间：接收器通过测量信号从卫星发射到接收器的时间差，计算出信号所经过的距离。
信号的传播速度为光速，所以信号延迟时间可以转化为距离。
4. 信号三角定位：接收器至少接收到3颗卫星信号后，可以通过三角定位的方法计算出自身的位置。
这是因为每颗卫星都处于已知的轨道上，接收器通过计算与每颗卫星的距离，得到三个距离值，再通过三角计算得到准确的位置。
5. 改善精度：接收器接收到的卫星信号可能会受到空气湿度、大气延迟、接收器钟差等因素的影响，会导致测量结果不够准确。
为了提高定位精度，GPS测量还会使用一些校正方法，
如差分GPS和载波相位测量等。
总的来说，GPS测量原理是通过接收卫星发射的信号，测量
信号延迟时间并利用三角定位原理计算出位置坐标。
同时还需进行额外的校正以提高精度。
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1> 概述测量学中有测距交会确定点位的方法。
与其相似, 无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统,其定位原理也就是利用测距交会的原理定位。
就无线电导航定位来说,设想在地面上有三个无线电发射台,其坐标为已知,用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法分别测得了接收机至三个发射台的距离d1,d2,d3。
只需以三个发射台为球心,以d1,d2,d3为半径作出三个定位球面,即可交会出用户接收机的空间位置。
如果只有两个无线电发射台的话,则可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置。
这种无线电导航定位系统就是迄今为止仍在使用的飞机船舶的的中导航定位方法。
近代卫星大地测量中的卫星激光测距定位也就是应用了测距交会定位的原理与方法。
虽然用于测距的卫星(表面安装有激光反射镜)就是在不停的运动中,但总可以利用固定于地面上三个已知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的距离d1,d2,d3,应用测距交会的原理便可确定该时刻卫星的空间位置。
如此,可以确定三可以上卫星的空间位置。
如果第四个地面点上(坐标未知)也有一台卫星测距仪同时参与了测定改点到三颗卫星的空间距离,则利用所测定的三个空间距离可交会出该地面点的空间位置。
将无线电信号发射台从地面搬到卫星上,组成一颗卫星导航定位系统,应用无线电测距交会的原理,便可利用三个以上地面已知点(控制站)交会处卫星的位置,反之利用三颗以上的卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点(用户接收机)的位置。
这便就是GPS卫星定位的基本原理。
GPS卫星发射测距信号与导航电文,导航电文中含有卫星的位置信息。
用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三个以上的GPS卫星信号,测量出测站点(接收机天线中心)P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间位置坐标,据此利用距离交会法解算出测站P的位置坐标,如下图所示,设在时刻t i 在在测站P用GPS接收机同时测出P点至三颗GPS卫星的距离ρ1,ρ2,ρ3,通过GPS电文解释出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为(Ｘｉ,Ｙｉ,Ｚｉ),ｊ＝１,２,３。
用距离交会的方法求解出Ｐ点的三维坐标(Ｘ,Ｙ,Ｚ)的观测方程为121122222232332X X Y Y ()X X Y Y ()X X Y Y ()Z Z Z Z Z Z =-++-=-++-=-++-221222223ρ（）（-）ρ（）（-）ρ（）（-）在ＧＰＳ定位中,ＧＰＳ卫星就是高速运动的卫星,其坐标随时间在快速变化着,需要实时地由ＧＰＳ卫星信号测量测站至卫星之间的距离,实时地由卫星的导航电文解算出卫星的坐标值,并标定测站点的定位,依据测距的原理,其定位原理与方法主要由伪距法定位,载波相位测量定位以及差分ＧＰＳ定位等,对于待定点来说,根据其运动状态可以将ＧＰＳ定位分为静态定位与动态定位。
静态定位指的就是对于固定不动的待定点,将ＧＰＳ接收机安置于其上,观测数分钟乃至更长的时间,以确定该点的三维坐标,又叫绝对定位,若以两台ＧＰＳ接收机分别置于两个不同的固定不动的待定点上,则通过一定时间的观测,可以确定两个待定点之间的相对位置,又叫相对定位。
而动态定位则至少有一台ＧＰＳ接收机处于运动状态,测定的就是各观测时刻(观测历元)运动中的接收机的点位(绝对点位或相对定位)利用接收到的卫星信号(测距码)或载波相位,均可进行静态定位。
实际应用中,为了减弱卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层与对流层的折射误差的影响常采用载波相位观测值的各种线性组合(即差分值)作为观测值,获得两点之间高精度的GPS 基线向量(即坐标差)。
2> 伪距测量伪距法定位就是由GPS 接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS 卫星的伪距以及已知点的卫星位置,采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。
所测伪距就就是由卫星发射的测距码信号到达接收机的传播时间乘以光速所得的量测距离。
由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层与对流层中的延迟,实际测出的距离ρ’与卫星到接收机的几何距离有一定的差距,因此一般称量测出的距离为伪距。
用C/A 码进行测量的伪距为C/A 码伪距,用P 码测量出来的伪距为P 码伪距。
伪距法定位虽然一次定位精度不高(P 码定位误差约为10cm,C/A 码定位误差为20~30m),但因其有定位速度快,且无多值性问题等优点,仍然就是GPS定位系统进行导航的最基本的方法。
同时,所测伪距又可以作为载波相位测量中解决整波数不确定性问题(模糊度)的辅助资料。
因此,有必要了解伪距测量以及伪距法定位的基本原理。
2、1 伪距测量GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构的测距码,该测距码经过τ时间的传播后的到达接收机。
接收机在自己的时钟控制下产生一组结构完全相同的测距码——复制码,并通过时延器使其延迟时间τ’将这两组测距码进行相关处理,若自相关系数R(τ’)≠1,则继续调整延迟时间τ’直至自相关系数R(τ’)=1为止。
使接收机所产生的复制码与接收到的GPS卫星测距码完全对齐,那么其延迟时间τ’即为GPS卫星信号从卫星传播到接收机所用的时间τ。
GPS卫星信号的传播时一种无线电信号的传播,其速度等于光速c,卫星至接收机的距离即为τ’与c的乘积。
为什么采用码相关技术来确定伪距呢？GPS卫星发射出的测距码就是按照某一规律排列的,在一个周期内每个码对应某一特定的时间。
应该说识别出每一个码的形状特征,即用每个码的某一标志推算出时延值τ进行伪距测量。
但实际上每个码在产生过程中都带有随机误差,并且信号经过长距离传播后也会产生在自相关系数R(τ’)=MAX的情况下来确定信号的传播时间τ。
这样就排除了随机误差的影响,实质上就就是采用了多个码特征来确定τ的方法。
由于测距码与复制码在产生的过程中均不可避免地带有误差,而且测距码在传播过程中还会由于各种外界干扰而产生形变,因而自相关系数往往不可避免地带有误差,而其自相关系数不可能达到“1”,只能在自相关系数为最大的情况下来确定伪距,也就就是本地码与接收码基本上对齐了。
这样可以最大幅度地消除各种随机误差的影响,以达到提高精度的目的。
测定自相关系数R(τ’)的工作由接收机锁相环路中的相关器与积分器来完成。
如下图由卫星钟控制的测距码α(t)在GPS时间t时刻自卫星天线发出,经传播延迟τ到达GPS接收机,接收机所接收到的信号为α(t-τ)。
由接收机钟控制的本地码发生器产生一个与卫星发播相同的本地码α’(t+Δt),Δt为接收机钟与卫星钟的钟差。
经过码移位电路将本地码延迟τ’,送至相关器与所接收到的卫星发播信号进行相关运算,经过积分器后,即可得到自相关系数R(τ’)输出:T 1()(dtT R t t t τ'=α-τ)α(+∆-τ')⎰伪距测量原理图调整本地码延迟τ’,可使相关输出达到最大值max()()R t R t t t t ττ=⎧⎪⎨'-=+∆-⎪⎩ (1)可得t nTc t n ττρρλ⎧'=+∆+⎨'=+∆+⎩ (2)式中:ρ’为伪距测量值,ρ为卫星到接收机的几何距离,T 为测距码的周期,λ=cT 为相应测距码的波长,n=0,1,2,3……就是整数值,c 为信号传播速度。
式(2)中即为伪距测量的基本方程。
式中n λ称为测距模糊度。
如果已知待测距离小于测距码的波长(如用P 码测距),则n=0,具有ρ’=ρ+c Δt (3)称为无模糊度测距。
由式(3)可知,伪距观测值ρ’的待测距离与钟差等效距离之与。
钟差Δt 包含接收机钟差k δt 与卫星钟差j δt ,即jk t=-δt +δt ∆,若考虑到信号传播经电离层与大气对流层的延迟,则(3)式改写为:j 12k c t c t ρρδρδρδδ'=+++- (4)(4)式即为所测伪距与真正的几何距离之间的关系式。
式中1δρ,2δρ分别为电离层与对流层的改正项。
k δt 的下标表示接收机号,j δt 的上标j 表示卫星号。
2、2 伪距定位观测方程从(4)式中可以瞧出,电离层与对流层改正可以按照一定的模型进行计算,卫星钟差 jδt 可以自导航电文中取得。
而几何距离ρ与卫星坐标(X,Y ,Z)与接收机坐标(X,Y ,Z)之间有如下关系: 2222()()()s s s X X Y Y Z Z ρ=-+-+- (5)式中,卫星坐标可根据导航电文求得,所以式中只包含接收机坐标三个未知数。
如果将接收机钟差k δt 也作为未知数,则共有四个未知数,接收机必须同时至少测定四颗卫星的距离才能解算出接收机的三维坐标值。
为此,将(5)式代入(4)式,有:1/2222s (X )(Y )()j j j s s k X Y Z Z c t δ⎡⎤-+-+--⎣⎦12j j j j c t ρδρδρδ'=++- (6)式中,j=1,2,3……。
式(6)即为伪距定位的观测方程组。
3> 载波相位测量利用测距码进行伪距测量就是全球定位系统的基本测距方法。
然而由于测距码的码元长度较大,对于一些高精度应用来讲其测距精度还显得过低无法满足需要。
如果观测精度均取至测距码波长的百分之一,则伪距测量对P 码而言量测精度为30cm,对C/A 码而言为3m 左右。
而如果把载波作为量测信号,由于载波的波长短,1L λ=19cm,2L λ=24cm,所以就可以达到很高的精度。
目前的大地型接收机的载波相位测量精度一般为1~2mm,有的精度更高。
但载波信号就是一种周期性的正弦信号,而相位相关有只能测定不足一个波长的部分,因而存在着整周期数不确定的问题,使解算过程变得比较复杂。
在GPS 信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码与导航电文,因而接收到的载波的相位一不在连续,所以在进行载波相位测量以前,首先要进行解调工作,设法将调制在载波上的测距码与卫星电文去掉,重新获得载波,这一工作称为重建载波,重建载波一般可以采用两种方法,一种就是码相关法,另一种就是平方法。
采用前者,用户可同时提取测距信号与卫星电文,但用户必须知道测距码的结构;采用后者,用户无须知道测距码的结构,但只能获得载波信号而无法获得测距码与导航电文。
3、1 载波相位测距原理载波相位测量的观测量就是GPS 接收机所接收的卫星载波信号,与接收机本振参考信号的相位差相位差,以jk ()k t ψ表示k 接收机在接收机钟面时刻k t 时所接收到的j 卫星载波信号的相位值,k ()k t ψ 表示k 接收机在面钟时刻k t 时所产生的本地参考信号的相位值,则k 接收机在接收机钟面时刻k t 时观测j 卫星所取得的相位观测可写为k ()()()j j k k k kk t t t ψψψ=- (7)通常的相位或者相位差测量只就是测出一周以内的相位值。