CN106066485A - 一种周跳探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及GPS技术领域，尤其涉及一种周跳探测方法及装置，包括：根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的；若周跳检验量与周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。该方法使用载波相位双差观测值在历元间求差，完全消除模糊度，基本消除电离层、对流层延迟，只剩三差星间距的缓慢变化，由于载波的测距精度远高于伪距，克服了M_W组合法受伪距精度的影响，同时适用于单频和多频接收机，采用了切比雪夫多项式分段拟合，达到误差抑制效果。

Description

一种周跳探测方法及装置

技术领域

本发明涉及GPS(Global Positioning System，全球定位系统)技术领域，尤其涉及一种周跳探测方法及装置。

背景技术

准确可靠的周跳探测修复方法是用GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球卫星导航系统)载波相位观测值进行高精度定位的必要前提，现有技术一般都包含三个过程：一是判断是否出现周跳；二是判断出现周跳的卫星和所在历元；三是周跳的修复。周跳探测首先要构造合适的检验量，该检验量在没有周跳出现时呈现的是某一稳定的特性(如时间序列的平滑性)，周跳的出现会破坏这一稳定特性，进而探测出周跳出现的时间和周跳的大小。

根据检验量的构成，常用的周跳探测方法有：多项式拟合法、高次差法、伪距相位组合法、电离层残差法及二级组合法等。

方法一、多项式拟合法先根据无周跳的载波相位观测值计算出多项式的拟合系数，在后续探测过程中，将实际载波相位观测值和经多项式拟合出的载波相位观测值进行比较，当其差值超过阈值时，即认为出现周跳。

方法二、高次差法先在相邻历元求载波相位观测值的一次差，再对相邻历元的一次差做二次差，依次类推得到三次差、四次差、五次差。高次差法其实是利用了非随机误差的放大原理，如果不出现周跳，在四次差后会趋于零，如果在某个历元出现了n周的周跳，在四次差时最大会放大到3n周，以此探测出周跳出现的时间和大小。

方法三、伪距相位组合法以宽巷相位减窄巷伪距组合(M_W组合)为例，该组合观测方程为：

${\mathrm{\λ}}_W{N}_W\left(i\right)=\frac{1}{f_1-f_2}\left(f_1{L}_1\right(i)-f_2{L}_2(i\left)\right)-\frac{1}{f_1+f_2}\left(f_1{P}_1\right(i)+f_2{P}_2(i\left)\right)$

其中，λ_W为宽巷波长、N_W为宽巷模糊度、f₁和f₂分别为载波L₁和L₂的频率，P₁和P₂为伪距观测值。M_W组合消除了站星间的几何距离和电离层的影响，基本只剩多路径和观测噪声的影响。检验值在没有周跳出现时，会在一微小范围内不规则波动，周跳的出现会令其发生跳变，从而探测周跳出现的位置和大小。

方法四、电离层残差法是利用电离层残差检测历元间的变化来探测是否出现周跳，在双频相位观测方程间求差，得

${\mathrm{\λ}}_1{L}_1-{\mathrm{\λ}}_2{L}_2=-(1-r_{12}^2)I+({\mathrm{\λ}}_1{N}_1-{\mathrm{\λ}}_2{N}_2)+({\mathrm{mL}}_1-{\mathrm{mL}}_2)+({\mathrm{\δL}}_1-{\mathrm{\δL}}_2)$

较之单频，该组合电离层影响减少到原来的减少约65％。电离层残差组合包含了模糊度之差、多路径之差和接收机噪声，站星间几何距离、接收机和卫星钟差都被消除，电离层被大大削弱，故在历元间求差便可构造电离层残差法的周跳探测检验量。

方法五、二级组合法的思想是结合优缺点互补的两种及以上的周跳探测检验量，来达到提高周跳探测的精度和可靠性。如应用较广泛的TurboEdit方法就是采用了M_W组合和电离层残差法来构造组合周跳探测检验量。

上述现有技术在探测周跳时，分别存在以下缺陷：

对于上述方法一，由于观测数据中包含接收机中差、卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟、多路径误差等大量的非偶然误差，采用多项式拟合进行周跳探测时对小周跳无能为力。

对于上述方法二，高次差法要求采样间隔相同，当接收机通过周期性插入钟跳来调整接收机时钟时，该方法便不再适用。在低采样率情况下，历元间电离层变化及其他剩余误差均较大，并且随着求差次数的增加，剩余误差逐步放大，高次差法将无法区分出周跳与电离层变化量、观测噪声等因素的影响。并且该方法不适用于RTK(Real-time kinematic，实时动态差分法)应用。

对于上述方法三，M_W组合法受到伪距测量精度的影响，当采用C/A码组成伪距窄巷观测值时，C/A码的测距精度为2.9m，通过误差传播定律，以三倍检验量中误差为限，该方法只能探测5～6周以上的周跳。且该方法探测的是双频周跳差，故无法探测两个频率上大小相等的周跳。

对于上述方法四，电离层残差法能探测出大于一周的周跳，但存在探测盲区，当L₁和L₂的周跳比值为9/7该方法无法探出。且该方法依赖于接收机的双频观测值，不适用于单频接收机。

对于上述方法五，二级组合法同样只适用于双频接收机。

综上所述，现有的技术在RTK应用中或探测灵敏度和可靠性不高、或探测存在盲区、或无法实时探测等，无法准确可靠的探测周跳。

发明内容

本发明提供一种周跳探测方法及装置，用以解决现有技术中存在的在RTK应用中或探测灵敏度和可靠性不高、或探测存在盲区、或无法实时探测等，无法准确可靠的探测周跳的技术问题。

一方面，本发明实施例提供一种周跳探测方法，包括：

根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；

根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；

若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。

本发明实施例提供的方法，根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。该方法具有以下有益效果：

1)、多项式拟合法和高次差法不能包含误差较大，不能探测小周跳，本发明载波相位双差观测值在历元间求差，完全消除模糊度，基本消除电离层、对流层延迟，只剩三差星间距的缓慢变化，周跳探测精度和可靠性高，可探测RTK中包含一周的小周跳；；

2)、由于载波的测距精度远高于伪距，因此该方法克服了M_W组合法探测受伪距精度的影响；

3)、电离层残差法探测精度较高，但存在探测盲区，且探测出的周跳无法直接用于双差观测值，本发明采用的是RTK定位用到的双差载波相位观测值，探测盲区在双差过程中都被消除；

4)、利用载波相位双差观测值构成周跳检验量，不必要求提供双频观测值，同时适用于单频和多频接收机；

5)、不必知道出现周跳是哪颗卫星到哪个测站的观测值上，直接将载波双差周跳修正到RTK观测方程中，利于程序实现和提高RTK的测量精度和稳定性；

6)、为避免拟合误差对周跳探测的影响，采用了切比雪夫多项式进行分段拟合，达到很好的误差抑制效果。

可选地，所述确定t时刻出现周跳之后，还包括：

对所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值进行取整，得到周跳修复值；

根据所述周跳修复值，修复t时刻的载波相位双差观测值。

可选地，所述周跳检验量方程为：

其中，D为周跳检验量，为t+Δt时刻的载波相位双差观测值，为t_x采样时刻的载波相位双差观测值，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，为卫星接收机与卫星的双差真实距离，为对流程延迟双差未知数，为电离层延迟双差未知数，为模糊度双差未知数，Y表示卫星接收机r或者卫星接收机m，Z表示卫星i或者卫星j，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y对卫星的载波相位观测值，表示模糊度未知数，λ表示载波的波长，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y到卫星的真实距离，表示t_x采样时刻的对流程延迟未知数，表示t_x采样时刻的电离层延迟未知数，V_Y(t_x)表示t_x采样时刻的卫星接收机钟差未知数，V_Z(t_x)表示表示t_x采样时刻的卫星钟差未知数，表示双差。

可选地，所述周跳拟合方程为：

$D_t=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i{T}_i\left(\mathrm{\τ}\right),$

其中，D_t为t时刻的周跳拟合值，C_i为切比雪夫多项式的第i个拟合系数，n为切比雪夫多项式的阶数，T_i(τ)满足以下关系：T₀(τ)＝1，T₁(τ)＝τ，T_i(τ)＝2τT_i-1(τ)-T_i-2(τ),i＝2,3,...,n，-1≤τ≤1，t∈[t₀,t₁]，[t₀,t₁]为拟合区间。

可选地，根据下列方式得到所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数：

根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值；

根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差；

若所述方差大于方差阈值，则返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；

若所述方差小于或等于所述方差阈值，则根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。

另一方面，本发明实施例提供一种周跳探测装置，包括：

周跳检验量确定单元，用于根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；

周跳拟合值确定单元，用于根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；

周跳确定单元，用于若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。

可选地，所述装置还包括周跳修复单元，用于：

对所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值进行取整，得到周跳修复值；

根据所述周跳修复值，修复t时刻的载波相位双差观测值。

可选地，所述周跳检验量方程为：

其中，D为周跳检验量，为t+Δt时刻的载波相位双差观测值，为t_x采样时刻的载波相位双差观测值，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，为卫星接收机与卫星的双差真实距离，为对流程延迟双差未知数，为电离层延迟双差未知数，为模糊度双差未知数，Y表示卫星接收机r或者卫星接收机m，Z表示卫星i或者卫星j，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y对卫星的载波相位观测值，表示模糊度未知数，λ表示载波的波长，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y到卫星的真实距离，表示t_x采样时刻的对流程延迟未知数，表示t_x采样时刻的电离层延迟未知数，表示t_x采样时刻的卫星接收机钟差未知数，V_Z(t_x)表示表示t_x采样时刻的卫星钟差未知数，表示双差。

可选地，所述周跳拟合方程为：

$D_t=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i{T}_i\left(\mathrm{\τ}\right),$

其中，D_t为t时刻的周跳拟合值，C_i为切比雪夫多项式的第i个拟合系数，n为切比雪夫多项式的阶数，T_i(τ)满足以下关系：T₀(τ)＝1，T₁(τ)＝τ，T_i(τ)＝2τT_i-1(τ)-T_i-2(τ),i＝2,3,...,n，-1≤τ≤1，t∈[t₀,t₁]，[t₀,t₁]为拟合区间。

可选地，所述装置还包括周跳拟合方程确定单元，用于根据下列方式得到所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数：

根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值；

根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差；

若所述方差大于方差阈值，则返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；

若所述方差小于或等于所述方差阈值，则根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种周跳探测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种周跳探测方法详细流程图；

图3为本发明实施例提供的一种周跳探测装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的一种周跳探测方法，包括：

步骤101、根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；

步骤102、根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；

步骤103、若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。

传统的周跳探测方法往往以观测值的周跳本身为研究对象，试图探测出各个频率、各颗卫星观测值的周跳，本文跳出这个固定思维，以周跳对最后参与RTK解算的双差观测方程的影响为研究对象，找到了一种精度高、灵敏度高、实时可靠的RTK周跳探测修复方法，最后通过切比雪夫多项式得到周跳拟合方程，从而有效抑制了拟合过程中的拟合误差。

本发明中，使用到了两个方程来判断t时刻是否有周跳出现，第一个方程是周跳检验量方程，本发明中的周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值，周跳检验量方程可用于获取t时刻的周跳检验量，其中，根据周跳检验量方程得到的周跳检验量表示的含义为t时刻的真实周跳检验量；第二个方程是周跳拟合方程，通过周跳拟合方程可以得到t时刻的周跳拟合值，其中，周跳拟合值是一个预测值，或者称为一个理论值，表示的含义为无周跳出现时，t时刻应该得到的周跳检验量。

通过上述两个方程，下面给出本发明实施例检验周跳的方法。

上述步骤101中，根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；

根据上述步骤102、根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；

上述步骤103中，将步骤101中得到的周跳检验量与步骤102中得到的周跳拟合值进行比较，若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳；若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值小于周跳阈值，则确定t时刻没有周跳出现。

例如，周跳阈值设置为0.5周，当得到的t时刻的周跳检验量与得到的周跳拟合值之间相差大于或等于0.5周，则确定t时刻出现周跳，否则t时刻没有周跳出现。

并且，可选地，所述确定t时刻出现周跳之后，还可以对t时刻出现的周跳进行修复，具体地，首先对所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值进行取整，得到周跳修复值；然后根据所述周跳修复值，修复t时刻的载波相位双差观测值。

举例来说，假设周跳检验量与所述周跳拟合值的差值为0.8周，进行取整后得到取整后的差值D_int＝1周，然后得到修复后的周跳检验量等于修复前的周跳检验量减去D_int，从而可以实现对检测到的周跳进行修复。

下面对本发明实施例提供中使用到的两个方程进行详细说明。

一、周跳检验量方程

可选地，所述周跳检验量方程为：

其中，D为周跳检验量，为t+Δt时刻的载波相位双差观测值，为t_x采样时刻的载波相位双差观测值，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，为卫星接收机与卫星的双差真实距离，为对流程延迟双差未知数，为电离层延迟双差未知数，为模糊度双差未知数，Y表示卫星接收机r或者卫星接收机m，Z表示卫星i或者卫星j，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y对卫星的载波相位观测值，表示模糊度未知数，λ表示载波的波长，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y到卫星的真实距离，表示t_x采样时刻的对流程延迟未知数，表示t_x采样时刻的电离层延迟未知数，表示t_x采样时刻的卫星接收机钟差未知数，V_Z(t_x)表示表示t_x采样时刻的卫星钟差未知数，表示双差。

下面对上述周跳检验量方程的推到过程进行详细说明：

精密相对定位中，主要用到卫星接收机提供的是载波相位观测值，举例来说，假设对于卫星接收机r和卫星i，则表示载波相位观测值，加上模糊度未知数就构成处理后的载波相位观测值，其与卫星到卫星接收机的真实距离关系如下：

上式中λ是载波的波长，为卫星i到卫星接收机r的真实距离，为对流程延迟未知数，为电离层延迟未知数，为卫星钟差未知数，为接收机误差未知数。

现在假设有两个卫星接收机分别为r、m，以及两个卫星分别为i、j，并且分别在卫星接收机r、m处同步同步观测卫星i、j，则可以得到另外3个类似于公式1的公式，分别为：

并且，在上述公式1～公式4中，模糊度未知数都是与时间无关的参数，因此上述公式1～公式4可以写为：

其中，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，Δt较短。

通过上述公式5，则可以通过做双差消除接收机钟差和卫星钟差，得到载波相位双差观测方程：

上式中，为双差符号，例如

载波相位双差观测值消除了接收机钟差和卫星钟差，电离层、对流层延迟被大大削弱，仅剩下双差的模糊度、站星距离和一些变化缓慢的残差。

然后对t+Δt时刻的载波相位双差观测方程和t时刻的载波相位双差观测方程再做一次差值，可以消除其中的模糊度双差未知数，即可得到本发明中使用的周跳检验量方程：

D中完全消除模糊度，基本消除电离层、对流层延迟，只剩下三差的站星距离变化，该变化相对缓慢，在RTK(采样间隔<10s,测站距离20km)中一般小于一周。在无周跳出现时D的时间序列是一条变化缓慢的平滑曲线，当有周跳出现时，D的时间序列会在周跳出现的历元发生跳变。

二、周跳拟合方程

可选地，所述周跳拟合方程为：

$D_t=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_i{T}_i\left(\mathrm{\&tau;}\right),$

其中，D_t为t时刻的周跳拟合值，C_i为切比雪夫多项式的第i个拟合系数，n为切比雪夫多项式的阶数，T_i(τ)满足以下关系：T₀(τ)＝1，T₁(τ)＝τ，T_i(τ)＝2τT_i-1(τ)-T_i-2(τ),i＝2,3,...,n，-1≤τ≤1，t∈[t₀,t₁]，[t₀,t₁]为拟合区间。

本发明中，使用n阶切比雪夫来拟合得到周跳拟合方程，周跳拟合方程是一个时间和周跳拟合值(即周跳检验量值)的函数。

想要得到一个n阶切比雪夫多项式中，只要得到其中的n+1个多项式系数C₀，C₁，...,C_n即可。

想要得到这n+1系数，可以使用m个方程来求解(其中m大于或等于n+1)，因此需要用选择m个无周跳载波相位双差观测值构成的来造成m个方程，来求解n阶切比雪夫多项式的n+1多项式系数。

需要说明的是，在选择m个载波相位双差观测值时，需要选择的是无周跳的跳载波相位双差观测值，对于选择的m个载波相位双差观测值中是否有周跳出现，可以不必具体知道其中哪一个载波相位双差观测值有周跳，只需要大致判断选择的m个载波相位双差观测值中是否有周跳即可，为此，本发明中在确定周跳拟合方程中的n+1个拟合系数时，还需要对选择的m个载波相位双差观测值进行大致判断其中是否有周跳，当没有周跳时，则将根据这m个载波相位双差观测值求解得到的n+1个拟合系数作为最终周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。

下面对周跳拟合方程中的n+1个拟合系数的具体确定过程做具体描述，可选地，根据下列方式得到所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数：

根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值；

根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差；

若所述方差大于方差阈值，则返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；

若所述方差小于或等于所述方差阈值，则根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。

在上述方法中，首先根据周跳检验量方程，得到在拟合区间的的m个周跳检验量，然后将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值，由于这m个周跳检验量中有可能会有周跳，因此可以根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差，并将得到的方差与预先设定的方差阈值进行比较，如果得到的方差大于方差阈值，则可以认为选择的m个周跳检验量中可能有周跳，因此需要重新选择m个周跳检验量，即返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；如果得到的方差小于或等于方差阈值，则可以认为选择的m个周跳检验量中没有周跳，因此这m个周跳检验量是可以使用的，则可以根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。从而该方法保证了得到的周跳拟合方程可以尽可能精确表示检验量的变化规律，从而可以更加准确地检测出是否有周跳。

本发明实施例提供的方法，根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。该方法具有以下有益效果：

1)、多项式拟合法和高次差法不能包含误差较大，不能探测小周跳，本发明载波相位双差观测值在历元间求差，完全消除模糊度，基本消除电离层、对流层延迟，只剩三差星间距的缓慢变化，周跳探测精度和可靠性高，可探测RTK中包含一周的小周跳；；

2)、由于载波的测距精度远高于伪距，因此该方法克服了M_W组合法探测受伪距精度的影响；

3)、电离层残差法探测精度较高，但存在探测盲区，且探测出的周跳无法直接用于双差观测值，本发明采用的是RTK定位用到的双差载波相位观测值，探测盲区在双差过程中都被消除；

4)、利用载波相位双差观测值构成周跳检验量，不必要求提供双频观测值，同时适用于单频和多频接收机；

5)、不必知道出现周跳是哪颗卫星到哪个测站的观测值上，直接将载波双差周跳修复到RTK观测方程中，利于程序实现和提高RTK的测量精度和稳定性；

6)、为避免拟合误差对周跳探测的影响，采用了切比雪夫多项式进行分段拟合，达到很好的误差抑制效果。

下面对本发明实施例提供的一种周跳探测方法做详细描述，如图2所示，包括：

步骤201、根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值。

其中，所述周跳检验量方程为：

其中，D为周跳检验量，为t+Δt时刻的载波相位双差观测值，为t_x采样时刻的载波相位双差观测值，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，为卫星接收机与卫星的双差真实距离，为对流程延迟双差未知数，为电离层延迟双差未知数，为模糊度双差未知数，Y表示卫星接收机r或者卫星接收机m，Z表示卫星i或者卫星j，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y对卫星的载波相位观测值，表示模糊度未知数，λ表示载波的波长，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y到卫星的真实距离，表示t_x采样时刻的对流程延迟未知数，表示t_x采样时刻的电离层延迟未知数，V_Y(t_x)表示t_x采样时刻的卫星接收机钟差未知数，V_Z(t_x)表示表示t_x采样时刻的卫星钟差未知数，表示双差。

步骤202、根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n。

所述周跳拟合方程为：

$D_t=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_i{T}_i\left(\mathrm{\&tau;}\right),$

其中，D_t为t时刻的周跳拟合值，C_i为切比雪夫多项式的第i个拟合系数，n为切比雪夫多项式的阶数，T_i(τ)满足以下关系：T₀(τ)＝1，T₁(τ)＝τ，T_i(τ)＝2τT_i-1(τ)-T_i-2(τ),i＝2,3,...,n，-1≤τ≤1，t∈[t₀,t₁]，[t₀,t₁]为拟合区间。

并且，所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数是根据下列方式得到的：

根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值；根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差；若所述方差大于方差阈值，则返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；若所述方差小于或等于所述方差阈值，则根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。

步骤203、若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。

步骤204、对所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值进行取整，得到周跳修复值；根据所述周跳修复值，修复t时刻的载波相位双差观测值。

本发明实施例提供的方法，根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。该方法具有以下有益效果：

1)、多项式拟合法和高次差法不能包含误差较大，不能探测小周跳，本发明载波相位双差观测值在历元间求差，完全消除模糊度，基本消除电离层、对流层延迟，只剩三差星间距的缓慢变化，周跳探测精度和可靠性高，可探测RTK中包含一周的小周跳；；

2)、由于载波的测距精度远高于伪距，因此该方法克服了M_W组合法探测受伪距精度的影响；

3)、电离层残差法探测精度较高，但存在探测盲区，且探测出的周跳无法直接用于双差观测值，本发明采用的是RTK定位用到的双差载波相位观测值，探测盲区在双差过程中都被消除；

4)、利用载波相位双差观测值构成周跳检验量，不必要求提供双频观测值，同时适用于单频和多频接收机；

5)、不必知道出现周跳是哪颗卫星到哪个测站的观测值上，直接将载波双差周跳修复到RTK观测方程中，利于程序实现和提高RTK的测量精度和稳定性；

6)、为避免拟合误差对周跳探测的影响，采用了切比雪夫多项式进行分段拟合，达到很好的误差抑制效果。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种周跳探测装置，如图3所示，包括：

周跳检验量确定单元301，用于根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；

周跳拟合值确定单元302，用于根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；

周跳确定单元303，用于若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。

可选地，所述装置还包括周跳修复单元304，用于：

对所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值进行取整，得到周跳修复值；

根据所述周跳修复值，修复t时刻的载波相位双差观测值。

可选地，所述周跳检验量方程为：

其中，D为周跳检验量，为t+Δt时刻的载波相位双差观测值，为t_x采样时刻的载波相位双差观测值，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，为卫星接收机与卫星的双差真实距离，为对流程延迟双差未知数，为电离层延迟双差未知数，为模糊度双差未知数，Y表示卫星接收机r或者卫星接收机m，Z表示卫星i或者卫星j，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y对卫星的载波相位观测值，表示模糊度未知数，λ表示载波的波长，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y到卫星的真实距离，表示t_x采样时刻的对流程延迟未知数，表示t_x采样时刻的电离层延迟未知数，V_Y(t_x)表示t_x采样时刻的卫星接收机钟差未知数，V_Z(t_x)表示表示t_x采样时刻的卫星钟差未知数，表示双差。

可选地，所述周跳拟合方程为：

$D_t=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_i{T}_i\left(\mathrm{\&tau;}\right),$

其中，D_t为t时刻的周跳拟合值，C_i为切比雪夫多项式的第i个拟合系数，n为切比雪夫多项式的阶数，T_i(τ)满足以下关系：T₀(τ)＝1，T₁(τ)＝τ，T_i(τ)＝2τT_i-1(τ)-T_i-2(τ),i＝2,3,...,n，-1≤τ≤1，t∈[t₀,t₁]，[t₀,t₁]为拟合区间。

可选地，所述装置还包括周跳拟合方程确定单元305，用于根据下列方式得到所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数：

根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值；

根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差；

若所述方差大于方差阈值，则返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；

若所述方差小于或等于所述方差阈值，则根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。

本发明实施例，根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。本发明实施例具有以下有益效果：

1)、多项式拟合法和高次差法不能包含误差较大，不能探测小周跳，本发明载波相位双差观测值在历元间求差，完全消除模糊度，基本消除电离层、对流层延迟，只剩三差星间距的缓慢变化，周跳探测精度和可靠性高，可探测RTK中包含一周的小周跳；；

2)、由于载波的测距精度远高于伪距，因此该方法克服了M_W组合法探测受伪距精度的影响；

3)、电离层残差法探测精度较高，但存在探测盲区，且探测出的周跳无法直接用于双差观测值，本发明采用的是RTK定位用到的双差载波相位观测值，探测盲区在双差过程中都被消除；

4)、利用载波相位双差观测值构成周跳检验量，不必要求提供双频观测值，同时适用于单频和多频接收机；

5)、不必知道出现周跳是哪颗卫星到哪个测站的观测值上，直接将载波双差周跳修复到RTK观测方程中，利于程序实现和提高RTK的测量精度和稳定性；

6)、为避免拟合误差对周跳探测的影响，采用了切比雪夫多项式进行分段拟合，达到很好的误差抑制效果。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种周跳探测方法，其特征在于，包括：

根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；

根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；

若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定t时刻出现周跳之后，还包括：

对所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值进行取整，得到周跳修复值；

根据所述周跳修复值，修复t时刻的载波相位双差观测值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周跳检验量方程为：

其中，D为周跳检验量，为t+Δt时刻的载波相位双差观测值，为t_x采样时刻的载波相位双差观测值，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，为卫星接收机与卫星的双差真实距离，为对流程延迟双差未知数，为电离层延迟双差未知数，为模糊度双差未知数，Y表示卫星接收机r或者卫星接收机m，Z表示卫星i或者卫星j，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y对卫星的载波相位观测值，表示模糊度未知数，λ表示载波的波长，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y到卫星的真实距离，表示t_x采样时刻的对流程延迟未知数，表示t_x采样时刻的电离层延迟未知数，V_Y(t_x)表示t_x采样时刻的卫星接收机钟差未知数，V_Z(t_x)表示表示t_x采样时刻的卫星钟差未知数，表示双差。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周跳拟合方程为：

$D_t=\underset{i=0}{\overset{n}{\&Sigma;}}{C}_i{T}_i\left(\mathrm{\&tau;}\right),$

其中，D_t为t时刻的周跳拟合值，C_i为切比雪夫多项式的第i个拟合系数，n为切比雪夫多项式的阶数，T_i(τ)满足以下关系：T₀(τ)＝1，T₁(τ)＝τ，T_i(τ)＝2τT_i-1(τ)-T_i-2(τ),i＝2,3,...,n，-1≤τ≤1，t∈[t₀,t₁]，[t₀,t₁]为拟合区间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据下列方式得到所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数：

根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值；

根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差；

若所述方差大于方差阈值，则返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；

若所述方差小于或等于所述方差阈值，则根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。

6.一种周跳探测装置，其特征在于，包括：

周跳检验量确定单元，用于根据周跳检验量方程得到t时刻的周跳检验量，所述周跳检验量方程为相邻采样时刻的载波相位双差观测值的差值；

周跳拟合值确定单元，用于根据周跳拟合方程得到t时刻的周跳拟合值，所述周跳拟合方程是根据m个无周跳的周跳检验量及n阶切比雪夫多项式得到的，m大于n；

周跳确定单元，用于若所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值不小于周跳阈值，则确定t时刻出现周跳。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括周跳修复单元，用于：

对所述周跳检验量与所述周跳拟合值的差值进行取整，得到周跳修复值；

根据所述周跳修复值，修复t时刻的载波相位双差观测值。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述周跳检验量方程为：

其中，D为周跳检验量，为t+Δt时刻的载波相位双差观测值，为t_x采样时刻的载波相位双差观测值，t_x＝t或者t_x＝t+Δt，Δt为采样周期，为卫星接收机与卫星的双差真实距离，为对流程延迟双差未知数，为电离层延迟双差未知数，为模糊度双差未知数，Y表示卫星接收机r或者卫星接收机m，Z表示卫星i或者卫星j，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y对卫星的载波相位观测值，表示模糊度未知数，λ表示载波的波长，表示t_x采样时刻的卫星接收机Y到卫星的真实距离，表示t_x采样时刻的对流程延迟未知数，表示t_x采样时刻的电离层延迟未知数，V_Y(t_x)表示t_x采样时刻的卫星接收机钟差未知数，V_Z(t_x)表示表示t_x采样时刻的卫星钟差未知数，表示双差。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述周跳拟合方程为：

$D_t=\underset{i=0}{\overset{n}{\&Sigma;}}{C}_i{T}_i\left(\mathrm{\&tau;}\right),$

其中，D_t为t时刻的周跳拟合值，C_i为切比雪夫多项式的第i个拟合系数，n为切比雪夫多项式的阶数，T_i(τ)满足以下关系：T₀(τ)＝1，T₁(τ)＝τ，T_i(τ)＝2τT_i-1(τ)-T_i-2(τ),i＝2,3,...,n，-1≤τ≤1，t∈[t₀,t₁]，[t₀,t₁]为拟合区间。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括周跳拟合方程确定单元，用于根据下列方式得到所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数：

根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值；

根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，得到所述n+1个拟合系数的方差；

若所述方差大于方差阈值，则返回到根据所述周跳检验量方程，确定所述拟合区间的m个周跳检验量，并将所述m个周跳检验量作为m个周跳拟合值的步骤；

若所述方差小于或等于所述方差阈值，则根据所述m个周跳拟合值及所述n阶切比雪夫多项式，确定所述周跳拟合方程中的n+1个拟合系数。