一种顾及GNSS接收机钟跳的导出多普勒观测值构造方法与流程

本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及一种顾及GNSS接收机钟跳的导出多普勒观测值构造方法。

背景技术：

速度和加速度是表征物体运动状态的重要参数，GNSS的出现为高精度获取运动载体的运动速度和加速度提供了新的手段，通常利用多普勒观测值直接求解载体的运动速度/加速度。利用该方法求解时，需要GNSS接收机能输出多普勒观测值，但是在实际应用中，并非所有的GNSS接收机均能输出原始多普勒观测值，对于不能输出原始多普勒观测值的GNSS接收机，则需要利用载波相位观测值来构造多普勒观测值，本发明中称之为导出多普勒观测值。

构造导出多普勒观测值需要利用到载波相位观测值及其相对应的时标，而载波相位观测值的时标是由接收机所采用的频标提供的，由于该频标通常为接收机内部的石英振荡器产生，其震荡频率易受环境影响，钟漂较大，因此，随着观测的进行，接收机的钟差会逐渐漂移。而同时为了保持接收机时标与GNSS系统时间同步(通常为1ms)，多数接收机都采用插入周期性的钟跳进行控制。

接收机钟跳对载波相位观测值产生与周跳类似的影响，使得数据跳变，通常做法是将钟跳当成周跳进行探测和修复，如利用钟跳发生之前的连续载波相位观测值插值钟跳发生时刻的载波相位观测值，进而正确构造导出多普勒观测值。这种方式将导致发生钟跳时刻的所有卫星都被判定为发生周跳，进而需要对每颗卫星进行周跳修复，由此产生了许多不必要的周跳探测和修复过程，影响了方法的执行效率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种顾及GNSS接收机钟跳的导出多普勒观测值构造方法。

本发明所采用的技术方案是：一种顾及GNSS接收机钟跳的导出多普勒观测值构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：接收GNSS原始观测数据和广播星历；

步骤2：采用伪距单点定位求得接收机钟差；

步骤3：利用钟差序列构造钟跳检验量；

步骤4：进行钟跳判断；

如果钟跳检验量大于阈值，说明存在钟跳，则执行步骤5；

如果钟跳检验量小于等于阈值，说明不存在钟跳，则执行步骤6；

步骤5：修改接收机钟面采样时标使之与载波相位观测值相对应；

步骤6：采用一阶相位中心差分法构造导出多普勒观测值。

本发明的优点及有益效果是：

本发明通过修改采样时标而非修正载波相位观测值的方式，使得载波相位观测值和其真实的采样时标对应起来，有效避免了许多不必要的周跳探测和修复过程，显著地提高了构造导出多普勒观测值的执行效率、正确性和可靠性。本专利源于中国地震局地震科技星火计划攻关项目(XH16053)：联合高频GNSS和强震仪的地震实时监测技术方法研究。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图；

图2是本发明实施例1中测站METS的钟差结果序列图；

图3是本发明实施例1中测站METS的钟跳结果序列图；

图4是本发明实施例1中测站METS的速度结果序列图；

图5是本发明实施例1中测站METS的加速度结果序列图；

图6是本发明实施例2中机载实验的钟差结果序列图；

图7是本发明实施例2中机载实验的钟跳结果序列图；

图8是本发明实施例2中机载实验的速度结果序列图；

图9是本发明实施例2中机载实验的加速度结果序列图；

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：静态模拟动态实验。

选取IGS(International GNSS Service，国际GNSS服务)观测网中的METS站作为实例说明对象。对于静态观测数据，在理论意义上，其速度和加速度存在真值，即为“0”，将结果与其比较，可用作评定本发明方法效果。

图1示出了本发明公布的顾及GNSS接收机钟跳的导出多普勒观测值构造方法流程图，该方法包括以下步骤：

(a)接收GNSS伪距、载波相位等观测数据和广播星历；

在本步骤中，下载METS站2011-04-10(年积日：100)原始观测数据和广播星历，数据采样率为1Hz，所选数据时间范围从00:00:00至02:00:00，共计7200秒，以备后续求解测站速度和加速度时使用。

(b)在构造导出多普勒观测值前，增加伪距单点定位过程，求得接收机钟差；

在本步骤中，利用伪距进行逐历元标准单点定位计算，得到钟差序列结果δt_i(i＝1,2,…,7200)，如图2所示。

(c)钟差序列做差求得钟跳值，并判断钟跳是否存在，t_i+1时刻的钟跳检验量T_{CR_i+1}为：

T_{CR_i+1}＝|(δt_i+1-δt_i-1)| i＝2,3,…,7199 (1)

其中，t_i是按从前到后顺序的接收机钟面采样时刻，δt_i是相应钟面采样时刻的接收机钟差，round()是一个四舍五入函数，如果T_{CR_i+1}≥0.5ms，就认为t_i+1发生钟跳，图3是METS站的钟跳情况，可知该站每隔6～7分钟发生一次钟跳，钟跳较为频繁。钟跳值为：

τ_{CR_i+1}＝round(δt_i+1-δt_i-1) i＝2,3,…,7199 (2)

(d)如果t_i+1发生钟跳，修改接收机钟面采样时标使之与载波相位观测值相对应：

t_{i+1_new}＝t_i+1-τ_{CR_i+1} i＝2,3,…,7199 (3)

(e)最后采用一阶相位中心差分法构造导出多普勒观测值：

其中，和是接收机接钟面采样时刻收到的载波相位观测值。需要说明的是t_i+1发生钟跳，该时刻接收到的其实是利用得到的导出多普勒观测值可进行速度、加速度求解。考虑到两小时数据量较大，图4中仅截取了2分钟的METS测站速度结果，图5中仅截取了2分钟的METS测站加速度结果。在图中，虚圈线是未考虑钟跳影响下构造导出多普勒观测值进行测速测加速度的结果，可知与钟跳时刻相关的速度、加速度结果均出现了异常跳变，与实际情况不符；星点线是本发明方法所得结果，可知与钟跳时刻相关的速度、加速度结果依旧正常，在“0”附近位置，由此说明本发明方法十分有效。

实施例2：动态机载实验。

选取某次航空Lidar测量实验所采集的GPS数据进行分析，采用TRIMBLE4000SSI接收机，数据采样率为1Hz，数据时长共计3小时50分，包含了飞机起飞、飞行和降落的过程。

依据图1示出的本发明方法步骤进行计算：

(a)接收GNSS伪距、载波相位等观测数据和广播星历。

(b)利用伪距进行逐历元标准单点定位计算，得到钟差序列结果，如图6所示。

(c)利用钟差序列构造钟跳检验量T_CR，当T_CR≥0.5ms时，就认为存在钟跳，图7是该机载实验的钟跳情况，可知钟跳在飞机起飞前、飞行中和降落后均发生，共有6处，每处钟跳值为-1ms。

(d)对于发生钟跳的时刻，修改接收机钟面采样时标使之与载波相位观测值相对应。

(e)采用一阶相位中心差分法构造导出多普勒观测值，然后进行速度和加速度求解。

考虑到数据量较大，图8中仅截取了飞机飞行中的C处钟跳前后的速度结果，图9中仅截取了飞机飞行中的C处钟跳前后的加速度结果。在图中，虚圈线是未考虑钟跳影响下构造导出多普勒观测值进行测速测加速度的结果，可知与钟跳时刻相关的速度、加速度结果均出现了异常跳变，与实际情况不符；星点线是本发明方法所得结果，可知与钟跳时刻相关的速度、加速度结果依旧正常，由此说明本发明方法对动态数据也十分有效。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。