CN110727000A - 一种基于gnss高采样率数据的小周跳修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，包括以下步骤：采集双频GNSS数据，并根据GNSS数据构建组合观测量；对组合观测量进行差分处理，得到差分后的组合观测量
Figure DDA0002278315050000011
根据差分后的组合观测量获取小周跳，并对小周跳进行修复。本发明复杂度低，易于实现，且计算效率高，无需引入伪距观测值，能够很好的探测与修复小周跳；同时，本发明无需接收机位置信息，适用于动态和静态模式下的周跳探测与修复。

Description

一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法
技术领域
本发明涉及双频GNSS周跳修复领域，具体涉及一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法。
背景技术
GNSS高精度定位依赖于毫米级精度的载波相位观测值，连续的GNSS高精度定位更是要求每个历元的载波相位的周跳能够被正确的探测和处理。即便是一周的周跳也会对高精度定位造成很大影响。虽然目前已经存在多种GNSS载波相位的周跳处理方法，但现有技术存在以下问题：
1、逐颗卫星进行周跳探测与修复的方法常常需要引入伪距观测量，由于伪距精度较低，进而导致此类方法不容易探测出小周跳；
2、多颗卫星同时进行周跳探测与修复的方法，虽然能够较好的探测修复小周跳，但对于动态观测条件下有多颗卫星发生小周跳时，方法的性能会降低，且这种方法一般需要较大的计算量，所以不能很好的适用于高采样率的数据，尤其是当观测卫星个数较多的情况；
3、常用的几何距离无关组合方法虽然能够很好探测出周跳，但无法定位周跳发生的频率，也无法修复周跳的大小。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法解决了现有技术存在的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，包括以下步骤：
S1、采集双频GNSS数据，并利用GNSS数据构建组合观测量；
S2、根据组合观测量，获取各频率载波相位的小周跳；
S3、获取周跳候选值，并确定最终的周跳值，对小周跳进行修复。
进一步地，所述步骤S1中组合观测量
Figure BDA0002278315030000021
为：
Figure BDA0002278315030000022
其中，
Figure BDA0002278315030000023
和
Figure BDA0002278315030000024
表示频率不同的以周为单位的载波相位观测值，λ1表示载波相位
Figure BDA0002278315030000025
的波长，λ2表示载波相位
Figure BDA0002278315030000026
的波长，N1表示载波相位
Figure BDA0002278315030000027
的整周模糊度，N2表示载波相位
Figure BDA0002278315030000028
的整周模糊度。
进一步地，所述步骤S2中小周跳为：
Figure BDA0002278315030000029
其中，|δN'1|<β1，δN'1表示与
Figure BDA00022783150300000211
对应载波的小周跳，|δN'2|<β2，δN'2表示与
Figure BDA00022783150300000212
对应载波的小周跳，表示k历元的组合观测量
Figure BDA00022783150300000214
表示历元间差分的组合观测量，(·)d表示取小数运算，e表示整数，且
Figure BDA00022783150300000215
Sgn(·)表示取符号运算，λ1表示载波相位
Figure BDA00022783150300000216
的波长，λ2表示载波相位
Figure BDA00022783150300000217
的波长，β1表示与
Figure BDA00022783150300000218
对应载波的周跳计算系数，β2表示与
Figure BDA00022783150300000219
对应载波的周跳计算系数，βi＝fi/(f1-f2)，i＝1或2，f1表示载波相位
Figure BDA00022783150300000220
的频率，f2表示载波相位
Figure BDA00022783150300000221
的频率。
进一步地，所述步骤S3中的周跳候选值为δNi(1)和δNi(2)，所述δNi(1)和δNi(2)具体为：
Figure BDA00022783150300000222
其中，i为1或2，i＝1时，i'为2；i＝2时，i'为1；Sgn(·)表示取符号运算。
进一步地，所述步骤S3中确定最终周跳值δNi"的具体方法为：
其中，δNi(1)和δNi(2)均表示周跳候选值，R(·)表示四舍五入运算，DNI(X)＝|R(X)-X|。
本发明的有益效果为：
(1)本发明在进行小周跳修复时，不需要引入伪距离观测量，且能够精准地探测出小周跳。
(2)本发明复杂程度低，计算效率高，易于实现，能够很好地适用于高采样率数据。
(3)本发明无需接收机位置信息，适用于动态和静态模式下的周跳探测与修复。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1所示，一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，包括以下步骤：
S1、采集双频GNSS数据，并利用GNSS数据构建组合观测量；
S2、根据组合观测量，获取各频率载波相位的小周跳；
S3、获取周跳候选值，并确定最终的周跳值，对小周跳进行修复。
在本实施例中，所述步骤S1中采集的双频GNSS数据的载波相位观测方程为：
Figure BDA0002278315030000041
其中，ρ表示卫星到接收机的距离，c表示光速，dt表示接收机钟差，dT表示卫星钟差，T表示对流层延迟，γ表示表示电离层系数，γ＝f1 2/f2 1，f1表示载波相位
Figure BDA0002278315030000042
的频率，f2表示载波相位
Figure BDA0002278315030000043
的频率，
Figure BDA0002278315030000044
和
Figure BDA0002278315030000045
表示频率不同的以周为单位的载波相位观测值，λ1表示载波相位
Figure BDA0002278315030000046
的波长，λ2表示载波相位
Figure BDA0002278315030000047
的波长，N1表示载波相位的整周模糊度，N2表示载波相位
Figure BDA0002278315030000049
的整周模糊度，I1表示载波相位
Figure BDA00022783150300000410
的电离层延迟。
所述步骤S1中组合观测量
Figure BDA00022783150300000411
为：
Figure BDA00022783150300000412
在本实施例中，所述步骤S2包括以下分步骤：
S2.1、将组合观测量用历元表示，得到k历元的组合观测量为
Figure BDA00022783150300000413
S2.2、将k历元的组合观测量
Figure BDA00022783150300000414
进行历元间差分处理，忽略高采样率数据的历元之间电离层的变化后，得到差分后的组合观测量为：
Figure BDA00022783150300000416
其中，
Figure BDA00022783150300000417
表示k历元的组合观测量，
Figure BDA00022783150300000418
表示历元间差分的组合观测量，
Figure BDA00022783150300000419
Figure BDA00022783150300000420
表示k-1个历元的组合观测量，δ表示历元之间的差分，δN1表示与
Figure BDA00022783150300000421
对应载波的周跳，δN2表示与
Figure BDA00022783150300000422
对应载波的周跳，δN1和δN2均为整数；
S2.3、根据差分后的组合观测量获取周跳δN1和周跳δN2的关系为：
Figure BDA0002278315030000051
S2.4、将周跳δN1和周跳δN2的关系式进行取小数运算，得到公式6和公式7：
Figure BDA0002278315030000052
Figure BDA0002278315030000053
S2.5、令βi＝fi/(f1-f2)，可以得到公式8和公式9：
Figure BDA0002278315030000054
Figure BDA0002278315030000055
S2.6、若|δN1/β1|小于1，则载波相位对应的周跳为小周跳，且周跳δN1小于4周；若|δN2/β2|小于1，则载波相位
Figure BDA0002278315030000057
对应的周跳为小周跳，且周跳δN2小于3周；并由公式8和公式9可以得到小周跳表达式为：
Figure BDA0002278315030000058
Figure BDA0002278315030000059
其中，|δN'1|<β1，δN'1表示载波相位对应的小周跳，|δN'2|<β2，δN'2表示载波相位
Figure BDA00022783150300000511
对应的小周跳，f1表示载波相位的频率，f2表示载波相位
Figure BDA00022783150300000513
的频率，(·)d表示取小数运算，e表示整数，且
Figure BDA00022783150300000514
i＝1或2，Sgn(·)表示取符号运算，β1表示与
Figure BDA00022783150300000515
对应载波的周跳计算系数，β2表示与
Figure BDA00022783150300000516
对应载波的周跳计算系数。
在本实施例中，因为|(δN1/β1)d|<1，
Figure BDA00022783150300000517
可以得出|e|≤1，且由公式8可以得出e的符号与
Figure BDA00022783150300000518
的符号一致，从而得到e的候选值为：
Figure BDA00022783150300000519
在本实施例中，所述步骤S3包括以下分步骤：
S3.1、根据e的候选值，确定修复后的周跳候选值δNi(1)和δNi(2)；
S3.2、对周跳候选值进行判断，确定最终的周跳值δNi"；
S3.3、根据最终的周跳值δN"i，对小周跳进行修复。
所述步骤S3中的周跳候选值为δNi(1)和δNi(2)，所述δNi(1)和δNi(2)具体为：
Figure BDA0002278315030000061
其中，i为1或2，i＝1时，i'为2；i＝2时，i'为1；Sgn(·)表示取符号运算。
所述步骤S3中确定最终周跳值δN"i的具体方法为：
Figure BDA0002278315030000062
其中，R(·)表示四舍五入运算，DNI(X)＝|R(X)-X|。
本发明在进行小周跳修复时，不需要引入伪距离观测量，且能够精准地探测出小周跳。本发明复杂程度低，计算效率高，易于实现，能够很好地适用于高采样率数据。本发明无需接收机位置信息，适用于动态和静态模式下的周跳探测与修复。

Claims (5)

1.一种基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集双频GNSS数据，并利用GNSS数据构建组合观测量；
S2、根据组合观测量，获取各频率载波相位的小周跳；
S3、获取周跳候选值，并确定最终的周跳值，对小周跳进行修复。
2.根据权利要求1所述的基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，其特征在于，所述步骤S1中组合观测量为：
Figure FDA0002278315020000012
其中，
Figure FDA0002278315020000013
和
Figure FDA0002278315020000014
表示频率不同的以周为单位的载波相位观测值，λ1表示载波相位
Figure FDA0002278315020000015
的波长，λ2表示载波相位
Figure FDA0002278315020000016
的波长，N1表示载波相位
Figure FDA0002278315020000017
的整周模糊度，N2表示载波相位
Figure FDA0002278315020000018
的整周模糊度。
3.根据权利要求1所述的基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，其特征在于，所述步骤S2中小周跳为：
Figure FDA0002278315020000019
Figure FDA00022783150200000110
其中，|δN'1|<β1，δN'1表示与
Figure FDA00022783150200000111
对应载波的小周跳，|δN'2|<β2，δN'2表示与
Figure FDA00022783150200000112
对应载波的小周跳，表示k历元的组合观测量
Figure FDA00022783150200000114
表示历元间差分的组合观测量，(·)d表示取小数运算，e表示整数，且Sgn(·)表示取符号运算，λ1表示载波相位
Figure FDA00022783150200000116
的波长，λ2表示载波相位的波长，β1表示与
Figure FDA00022783150200000118
对应载波的周跳计算系数，β2表示与
Figure FDA00022783150200000119
对应载波的周跳计算系数，βi＝fi/(f1-f2)，i＝1或2，f1表示载波相位
Figure FDA00022783150200000120
的频率，f2表示载波相位
Figure FDA00022783150200000121
的频率。
4.根据权利要求3所述的基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，其特征在于，所述步骤S3中的周跳候选值为δNi(1)和δNi(2)，所述δNi(1)和δNi(2)具体为：
Figure FDA0002278315020000021
其中，i为1或2，i＝1时，i'为2；i＝2时，i'为1；Sgn(·)表示取符号运算。
5.根据权利要求1所述的基于GNSS高采样率数据的小周跳修复方法，其特征在于，所述步骤S3中确定最终周跳值δN"i的具体方法为：
其中，δNi(1)和δNi(2)均表示周跳候选值，R(·)表示四舍五入运算，DNI(X)＝|R(X)-X|。
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