CN107728181B - 一种实时周跳探测修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实时周跳探测修复方法，包括以下步骤：S1、利用双频接收机接收GPS或北斗信号，采集双频伪距和载波相位数据；S2、采用伪距变化率拟合法探测大周跳并加以修复；S3、采用载波相位宽巷组合和超宽巷组合的方式探测不等周周跳并加以修复；S4、利用窄巷组合二次差分和无几何距离组合一次差分分别探测低仰角和高仰角情况下的等周周跳，并加以修复；S5、采用电离层残差法探测历元同周连续周跳，并加以修复。本发明修复方法在低仰角及高仰角下均可实现周跳探测，同时易于编程实现，可用于实时载波相位数据预处理，为实时精密单点定位提供“干净”的数据源。

Description

一种实时周跳探测修复方法

技术领域

本发明涉及卫星定位数据处理技术领域。更具体地，涉及一种实时周跳探测修复方法。

背景技术

GPS定位的基本观测量为伪距和载波相位。伪距是卫星到接收机之间距离一个测量值，测量的伪距等于发射时刻卫星与接收时刻接收机之间的几何距离加上或减去几个修正值(包括钟差、电离层、对流层、地球潮汐、相对论效应及多路径效应等)，其测量精度为几米(C/A码)到几分米(P码)，主要用于精度要求不高的定位场合。载波相位是在接收时刻接收的卫星信号的相位相对于接收机产生的载波信号相位的测量值，通过移动接收机产生的载波相位来跟踪接收到的信号以实现测量。在信号初始捕获时并不能得到接收机与卫星之间的完整载波个数。因此测量载波相位就是对载波的小数部分进行测量，并对载波的周数变化进行跟踪。载波相位的测量精度好于波长的1％，即为毫米级，用于精密单点定位。

然而，在载波相位的测量中存在一个整周模糊度的问题。如果信号发生失锁，相位测量必须重新开始，这种现象叫做整周跳变，即由于信号的中断导致整周计数重新开始。周跳产生的结果就是载波相位观测量会跳过周数的整数倍，从而导致观测模型中，整周模糊度变为一个新的值。通过周跳探测可以确保模糊度参数得到修正。

在传统的精密定位中，由于采用事后处理方式，可以利用周跳前后大量的数据来判定周跳是否发生，同时，若发生连续周跳的状况还可以剔除该时段数据，重新解算整周模糊度，周跳探测修复难度低。从2012年开始，IGS开始通过网络服务器发播实时精密星历和精密星钟数据。这项服务大大推动了实时精密单点定位技术的发展，实时周跳探测修复对保证实时精密单点定位精度有着至关重要的作用。然而实时周跳探测与修复仅能使用当前时刻及历史观测数据，探测与修复难度极大。

因此，需要提供一种实时周跳探测修复方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时周跳探测修复方法，为实时精密单点定位提供“干净”的数据源。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

在本发明中，将周跳区分为大周跳(周跳大小超出伪距变化幅度，明显发生周跳)、不等周周跳(两频点载波相位数据周跳大小不等)、等周周跳(两频点载波相位数据周跳大小相等)、历元同周连续周跳(每个历元均发生周跳且每次周跳大小均相等)四部分，分别进行探测并加以修复。

具体的，本发明一种实时周跳探测修复方法，包括以下步骤：

S1、利用双频接收机接收GPS或北斗信号，采集双频伪距和载波相位数据；

S2、采用伪距变化率拟合法探测大周跳并加以修复，即剔除大周跳；

S3、采用载波相位宽巷组合和超宽巷组合的方式探测不等周周跳并加以修复；

S4、利用窄巷组合二次差分和无几何距离组合一次差分分别探测低仰角和高仰角情况下的等周周跳，并加以修复；

S5、采用电离层残差法探测历元同周连续周跳，并加以修复。

进一步，S1中，所述双频伪距的两个频点分别为L1、L2；所述双频伪距和载波相位数据的时长为10～100秒。所述双频伪距和载波相位数据的时长不能设置太长，也不能设置太短，太长会引入大周跳，太短会导致数据质量差的情况探测失败，因此，针对常用的1Hz输出情况，时长取10～100秒。

S2进一步包括以下步骤：

S21、对L1、L2伪距分别进行线性拟合，拟合所得斜率即为伪距变化率值，伪距变化率除以L1、L2载波波长转换为以波长为单位的伪距变化率；

S22、对L1、L2载波相位做历元间差分，即用后项减前项，获得载波相位变化率序列；

S23、载波相位变化率序列与步骤S21所得伪距变化率作差，并四舍五入，获得载波相位变化率跳变序列，即大周跳值；

S24、对S23所得周跳值按历元累计即可获得各历元大周跳修复值，并进行修复。

S3进一步包括以下步骤：

S31、对大周跳修复后的结果分别计算宽巷组合、超宽巷组合；

S32、宽巷组合按历元做二次差分，结果四舍五入，有非零项转进入步骤S33，若无非零项则表示不存在不等周周跳，直接进入S4进行等周周跳探测；

S33、超宽巷组合按历元做二次差分，S32中非零项历元对应超宽巷组合二次差分值若为3的倍数则周跳在L1频点，若为4的倍数则周跳发生在L2频点；

S34、S33所得结果为载波相位变化率的跳变结果，即不等周周跳值，将其对时间积分，获得各历元不等周周跳修复值，并进行修复。

S4进一步包括以下步骤：

S41、若高度角低于30度，采用窄巷组合，进入S42，否则采用无几何距离组合进入S43；

S42、对不等周周跳修复结果计算窄巷组合序列，对窄巷组合做历元间二次差分，差分结果除以2后，四舍五入，若结果非0，即为等周周跳值，对其做时间积分获得载波相位周跳值，即为等周周跳修复值；

S43、对不等周周跳修复结果计算无几何距离组合，对无几何距离组合计算一次差分，差分结果除以17后，四舍五入，若结果非0，即为等周周跳修复值；

S44、依据S42或S43结果进行周跳修复。

S5进一步包括以下步骤：

S51、对S4等周周跳修复后的结果，计算其无几何距离组合序列；

S52、对无几何距离组合序列按历元做一次差分，获得无几何距离差分值；

S53、对无几何距离差分值求平均值，即得电离层残差均值；

S54、依据电离层残差均值查找周跳分配表，获得L1、L2周跳值；

S55、对S54所得结果按时间累计，获得各历元同周连续周跳修复值，并进行修复。

本发明的有益效果如下：

本发明实时周跳探测修复方法为实时精密单点定位提供“干净”的数据源，从而为求解模糊度、得出高精度的定位结果奠定基础，解决现有周跳探测修复方法难以实时探测，以及低仰角、数据质量差的情况下无法探测的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出实时周跳探测与修复流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

表1 电离层残差法L1、L2周跳分配表

实施例1实时周跳探测修复

S1、采集双频伪距和载波相位数据

利用双频接收机接收GPS信号，得到表2中数据，具体的表2所示为MJD(57711，9)至MJD(57711，18)共10个历元L1、L2双频GPS伪距和载波相位数据，单位均为m，卫星编号PRN2，该时间段内卫星高度角约为24.26°，L1载波波长为λ₁＝0.190m，L2载波波长为λ₂＝0.244m，进一步对其进行周跳探测修复。

表2 双频伪距、载波相位原始数据

S2、大周跳探测与修复

如表3所示，第一、二列为P1、L1对应周数(表2中P1、L1列除以L1波长)，第三列为第一列拟合的伪距变化率、第四列为第二列差分值，即载波相位变化率序列，第五列为第三列与第四列作差并四舍五入所得值，即载波相位变化率跳变序列(周跳值)，第六列为第五列按历元累计值(对时间积分)，即为L1周跳修复值。

表4为L2频点相应结果，具体含义和表3相同。

表3 大周跳探测与修复(L1频点)

表4 大周跳探测与修复(L2频点)

S3，不等周周跳探测与修复

如表5所示，第一列为完成大周跳修复后计算所得宽巷组合序列，第四列为相应的超宽巷组合序列，第二、五列为对宽巷组合和超宽巷组合差分值，第三、六列为二次差分值四舍五入所得结果，由第五行第三列数据为1，表明周跳为1，第五行第六列数据为-4，为4的倍数，表明在L2频点发生周跳；同理第七行数据中第三列周跳为-1，第六列为3是3的倍数，表明在L1频点发生周跳，对周跳值做时间积分得到L1、L2周跳修复值，见第七、八列，需注意宽巷组合探测所得L2周跳值进行周跳修复时应取相反数。

表5 不等周周跳探测与修复

S4，等周周跳探测

由于卫星仰角为24°，仰角偏低，采用窄巷组合探测，如表6所示，第一列为S3周跳修复后计算的窄巷组合序列，第二列为窄巷组合差分值，第三列为窄巷组合二次差分值，第四列为窄巷组合二次差分值除以2四舍五入结果，没有非0项，可知没有等周周跳，故第五列L1、L2周跳修复值均为0。

表6 等周周跳探测与修复

S5，历元同周连续周跳探测

如表7所示，第一列S4周跳修复后计算所得无几何距离组合序列，对无几何距离组合序列按历元做一次差分，即得第二列无几何距离差分值，第三列为第二列平均值，即电离层残差均值，以该值作为判别依据查表1，可以得到L1、L2周跳分配值为(0，1)，该周跳为历元同周连续周跳，即每个历元均发生该大小周跳，相应周跳修复值为第六、七列。

表7 历元同周连续周跳探测与修复

最终四次周跳探测修复结果如表8所示，可以看出周跳结果为L1周跳为第5列，L2周跳为第10列，结果也表明，在S2伪距变化率拟合法探测周跳的同时也会引入周跳，但S2、S3、S4则将S2引入的周跳成功探测并加以修复。

表8 周跳探测修复结果

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种实时周跳探测修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用双频接收机接收GPS或北斗信号，采集双频伪距和载波相位数据；

S2、采用伪距变化率拟合法探测大周跳并加以修复；

S3、采用载波相位宽巷组合和超宽巷组合的方式探测不等周周跳并加以修复；

其中，所述S3进一步包括以下步骤：

S31、对大周跳修复后的结果分别计算宽巷组合、超宽巷组合；

S32、宽巷组合按历元做二次差分，结果四舍五入，有非零项转进入步骤S33，若无非零项则表示不存在不等周周跳，直接进入S4进行等周周跳探测；

S33、超宽巷组合按历元做二次差分，S32中非零项历元对应超宽巷组合二次差分值若为3的倍数则周跳在L1频点，若为4的倍数则周跳发生在L2频点；

S34、S33所得结果为载波相位变化率的跳变结果，即不等周周跳值，将其对时间积分，获得各历元不等周周跳修复值，并进行修复；

S4、利用窄巷组合二次差分和无几何距离组合一次差分分别探测低仰角和高仰角情况下的等周周跳，并加以修复；

S5、采用电离层残差法探测历元同周连续周跳，并加以修复；

其中，所述双频伪距的两个频点分别为L1、L2。

2.根据权利要求1所述的实时周跳探测修复方法，其特征在于，所述双频伪距和载波相位数据的时长为10～100秒。

3.根据权利要求1所述的实时周跳探测修复方法，其特征在于，S2进一步包括以下步骤：

S21、对L1、L2伪距分别进行线性拟合，拟合所得斜率即为伪距变化率值，伪距变化率除以L1、L2载波波长转换为以波长为单位的伪距变化率；

S22、对L1、L2载波相位做历元间差分，获得载波相位变化率序列；

S23、载波相位变化率序列与步骤S21所得伪距变化率作差，并四舍五入，获得载波相位变化率跳变序列，即大周跳值；

S24、对S23所得周跳值按历元累计即可获得各历元大周跳修复值，并进行修复。

4.根据权利要求1所述的实时周跳探测修复方法，其特征在于，S4进一步包括以下步骤：

S41、若高度角低于30度，采用窄巷组合，进入S42，否则采用无几何距离组合，进入S43；

S42、对不等周周跳修复结果计算窄巷组合序列，对窄巷组合做历元间二次差分，差分结果除以2后，四舍五入，若结果非0，即为等周周跳值，对其做时间积分获得载波相位周跳值，即为等周周跳修复值；

S43、对不等周周跳修复结果计算无几何距离组合，对无几何距离组合计算一次差分，差分结果除以17后，四舍五入，若结果非0，即为等周周跳修复值；

S44、依据S42或S43结果进行周跳修复。

5.根据权利要求1所述的实时周跳探测修复方法，其特征在于，S5进一步包括以下步骤：

S51、对S4等周周跳修复后的结果，计算其无几何距离组合序列；

S52、对无几何距离组合序列按历元做一次差分，获得无几何距离差分值；

S53、对无几何距离差分值求平均值，即得电离层残差均值；

S54、依据电离层残差均值查找周跳分配表，获得L1、L2周跳值；

S55、对S54所得结果按时间累计，获得各历元同周连续周跳修复值，并进行修复。

Images