一种用于频率驯服的实时gps载波相位周跳的探测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数据处理方法。更具体地，涉及一种用于频率驯服的实时GPS载波相 位周跳的探测方法。
【背景技术】
[0002] GPS载波相位技术，不仅可以实现高精度的定位、测绘和导航，在时间传递和频率 驯服等方面也有重要应用。对于频率驯服来说，利用载波相位观测量代替传统的C/A码观 测量，由于载波频率比C/A码速率高出约1000倍，可以更好的抑制接收机热噪声与大气延 迟，提高驯服频率源的准确度和稳定度，其中大气延迟包括电离层与对流层延迟。而且，由 于载波相位观测量的稳定性，可以使驯服的频率标准在更短的时间内达到其预定的工作性 能指标。
[0003] 对于载波相位观测量驯服频率来说，载波相位观测量要保持平滑连续，其周跳必 须被正确探测并修复。周跳会破坏GPS载波相位观测量的连续性，L1频点单周周跳会引入 约19cm的测距误差，对应0.635ns的定时误差。在频率驯服过程中，出现如此大的定时误 差将对驯服结果产生较大影响，使输出频率指标恶化。
[0004] 近年来，GPS实时动态RTK技术和精密单点定位PPP技术是热门的研究方向，其 中载波相位都是主要观测量。载波相位周跳探测修复的研究有很多，但这些方法主要都是 基于双站差分技术，不适用于单站GPS接收机的数据处理。另外，还有一些方法是基于GPS 和惯导数据的集成，这些方法很大程度上受到惯导系统应用的制约。一系列传统的周跳探 测方法，例如码相位比较，相位电离层残差，多普勒积分，时间相位差分等，都有各自的局限 性。码相位比较法由于码测量的低精度，无法修复1?2周的小周跳；多普勒积分法也同样 无法修复小周跳；相位电离层残差法对于两频点上特定的周跳对不敏感，且无法判断周跳 发生在哪个频点；时间相位差分法需要在检测历元上进行多项式拟合数据内插或外推，而 多项式拟合并不能保证所有的检测都成功，尤其在周跳较小时。
[0005] 另外，在频率驯服应用中，周跳探测还需要满足实时特性，以便可以及时反映出被 驯频率源的特性变化，及时对其进行驯服调整。
[0006] 因此，需要提供一种用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法。
[0008] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0009] -种用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，该方法包括如下步骤：
[0010]S1、利用观测方程，利用GPS的L1频点和L2频点的载波相位观测量与伪距观测 量，计算得到MW宽巷组合观测量；
[0011]S2、根据MW宽巷组合估算MW宽巷的模糊度；
[0012]S3、利用相邻历元的MW宽巷模糊度差分计算周跳判决项[ANi(k) -AN2 (k)];
[0013]S4、利用宽巷模糊度历史数据计算周跳判决门限，判断周跳判决项 [ANiOO-ANjk)]是否超过周跳判决门限，对历元（k)是否存在周跳进行探测，如果是则 结束流程，如果否则转入步骤S5 ;
[0014]S5、利用GPS的L1和L2频点载波相位观测量计算历元（k)的电离层电子含量变 化率TECR(k);
[0015]S6、根据TECR历史数据预测历元（k)的TECR值；
[0016] S7、利用TECR历史数据计算TECR法判决门限，将步骤S5中历元（k)的计算值与 步骤S6历元（k)的预测值求差值，判断差值是否超过TECR法判决门限，如果是则认为存在 周跳，如果否则无周跳。
[0017] 优选地，步骤S1进一步包括如下子步骤：
[0018]S1. 1、通过单台GPS双频接收机观测GPS卫星p，基于观测方程分别计算GPS的L1 频点的载波相位观测量#和伪距观测量、L2频点的载波相位观测量^和伪距观测量 i5/，公式如下：
【主权项】
1. 一种用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征在于，该方法包括 如下步骤： 51、 利用观测方程，利用GPS的L1频点和L2频点的载波相位观测量与伪距观测量，计 算得到MW宽巷组合观测量； 52、 根据MW宽巷组合估算MW宽巷的模糊度； 53、 利用相邻历元的MW宽巷模糊度差分计算周跳判决项[ANiOO-ANjk)]; 54、 利用宽巷模糊度历史数据计算周跳判决门限，判断周跳判决项[A& (k) -AN2 (k)] 是否超过周跳判决门限，对历元（k)是否存在周跳进行探测，如果是则结束流程，如果否则 转入步骤S5 ; 55、 利用GPS的L1和L2频点载波相位观测量计算历元（k)的电离层电子含量变化率 TECR(k)； 56、 根据TECR历史数据预测历元（k)的TECR值； 57、 利用TECR历史数据计算TECR法判决门限，将步骤S5中历元（k)的计算值与步骤 S6历元（k)的预测值求差值，判断差值是否超过TECR法判决门限，如果是则认为存在周跳， 如果否则无周跳。
2. 根据权利要求1所述的用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征 在于，所述步骤S1进一步包括如下子步骤： SI. 1、通过单台GPS双频接收机观测GPS卫星p，基于观测方程分别计算GPS的L1频点 的载波相位观测量碎和伪距观测量if、L2频点的载波相位观测量^和伪距观测量if，公 式如下：
公式中，&和f2分别为GPS的L1和L2频点的信号频率，X凋X2分别为GPS的L1和L2频点的信号波长，PPS接收机和卫星p之间的几何距离；dt为接收机的时钟误差；^^为 卫星P的星钟误差；c为真空光速；I为GPS的L1频点信号的电离层延时对应的距离；T为对 流层延时对应的距离；iVf和〗Vf分别GPS卫星p的L1和L2频点的整周模糊度；f= /；2 //22， 为GPS的L1和L2信号频率比的平方； S1. 2、利用各历元GPS的L1和L2频点的载波相位观测量和伪距观测量，计算得到GPS的MW宽巷组合观测量，公式如下：
3. 根据权利要求2所述的用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征 在于，步骤S2中估算丽宽巷的模糊度的公式如下：
公式中，为各历元宽巷模糊度估算值，Xwl=c/(fi-fj~ 86cm,为宽巷波长。
4. 根据权利要求3所述的用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征 在于，步骤S3中计算周跳判决项[ANiOO-ANjk)]的公式如下：
5. 根据权利要求4所述的用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征 在于，步骤S4中周跳判决门限为历元（k)的宽巷模糊度估算值iVA(幻的标准方差的4倍。
6. 根据权利要求1所述的用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征 在于，所述步骤S5进一步包括如下子步骤： S5. 1、计算各历元的电离层总电子含量，公式如下：
公式中，匕和bp分别为接收机和卫星的双频间偏差，单位为m; S5. 2、计算历元（k)的总电子含量变化率，公式如下：
公式中，TECRjk)为历元（k)的电离层总电子含量变化率；At为历元（k-1)与历元 (k)之间的时间间隔； S5. 3、计算历元（k)的电离层电子含量变化率TECR(k)，公式如下：
7. 根据权利要求6所述的用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征 在于，步骤S6中预测当前历元（k)的TECR值的方法为设采样间隔为ls，利用历元（k)之前 30s的数据进行平均，将此均值作为当前历元k的TECR预测值。
8. 根据权利要求6所述的用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，其特征 在于，步骤S7中TECR法判决门限为历元（k)的电离层电子含量变化率TECR(k)的标准方 差的4倍。
【专利摘要】本发明公开一种用于频率驯服的实时GPS载波相位周跳的探测方法，包括步骤：S1、计算得到MW宽巷组合观测量；S2、估算MW宽巷的模糊度；S3、计算周跳判决项；S4、计算周跳判决门限，判断周跳判决项是否超过周跳判决门限，没超过则转入步骤S5；S5、计算历元(k)的电离层电子含量变化率；S6、根据历史数据预测历元(k)的TECR值；S7、计算TECR法判决门限，将历元(k)的计算值与预测值求差值，判断是否超过TECR法判决门限。本发明所述技术方案结合了电离层电子总含量变化率在短时间内有限的约束条件限制，通过载波相位观测方程的线性组合，使L1和L2频点上的相同周跳得以显现出来，弥补了MW方法的不足。
【IPC分类】G01S19-23
【公开号】CN104570013
【申请号】CN201410840543
【发明人】王宏博, 易航, 张升康, 王海峰
【申请人】北京无线电计量测试研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日