Avståndet till en satellit bestäms vid bärvågsmätning genom att bestämma hur många hela våglängder plus en sista del av en våglängd som det är mellan satelliten och mottagaren. Bärvågsmätning ger möjlighet till en mer noggrann avståndsmätning än kodmätning, men är mer komplicerat än kodmätning, eftersom signalens bärvåg saknar tidsmarkörer.
Principen för bärvågsmätning
Avståndet mellan satellit och mottagare vid bärvågsmätning kan i princip uttryckas som ett antal hela våglängder plus en del av den sista våglängden (se bild nedan). Del av den sista våglängden bestämmer du noggrant genom fasmätning, men antalet hela våglängder kommer inledningsvis att vara okänt.
Bestämning av antalet hela våglängder
Antalet hela våglängder som avståndet mellan satellit och mottagare består av vid mätningens början kallas periodobekant, eller ambiguity på engelska. Korrekt bestämning av periodobekanta är mycket kritisk för noggrann positionering. Om periodobekanta till exempel bestäms fel till angränsande heltal, medför detta att den sökta sträckan mellan satellit och mottagare blir 19 centimeter för lång eller kort!
Bestämningen av periodobekanta underlättas genom
- relativ positionering, som reducerar felkällorna
- mätning på flera frekvenser
- goda matematiska modeller
- kombination med kodmätning, som ger möjlighet att begränsa eller ”ringa in” antalet möjliga periodobekanta.
I samband med realtidsmätning vill man på olika sätt kombinera dessa faktorer för att minimera tiden från påbörjad mätning till så kallad fixlösning har uppnåtts, det vill säga när heltalet periodobekanta har bestämts (”fixerats”). Processen kallas initialisering och kräver att GNSS-mottagaren behåller låsning på signalen från det att du inleder fasmätningen. Tillfälliga avbrott medför att okänt antal perioder förloras i mätningen, så kallade periodbortfall. Om man inte kan korrigera periodbortfallen med lämplig metod så måste initialiseringen av fasmätningen börja om på nytt.
Beskrivning av bärvågssignalen
Bärvågen på L1 har en mycket högre frekvens än C/A-koden, 1575 MHz, vilket motsvarar en våglängd på 19 centimeter. Utifrån tumregeln att signalupplösningen är cirka en procent av våglängden så kan en enskild bärvågsmätning i princip göras med en noggrannhet på ungefär två millimeter!
Varför sker då inte all mätning med bärvåg om den är så mycket noggrannare än kodmätning? Det enkla svaret är att bärvågsmätning är mer komplicerad, både med avseende på utrustning och på mätmetod.
Den kodade signalen, till exempel C/A-kod för GPS, är avsiktligt konstruerad för att underlätta signalmatchning och tidsbestämning. Bärvågen saknar däremot helt tidsmarkörer, eftersom varje hel våglängd eller period i bärvågen är den andra lik (se bild ovan; i verkligheten är dock satellitsignalen dopplerförskjuten).