一种gps双频非差周跳探测与修复方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航定位技术领域，尤其涉及一种GPS(Global Positioning System，全球定位系统）双频非差周跳探测与修复方法及装置。
【背景技术】
[0002] 目前，在卫星导航技术领域，周跳探测与修复是GPS卫星导航定位数据预处理阶 段的关键问题，对数据网平差中的参数估计和计算效率有着显著影响，决定了GPS高精度 定位定轨的效果。
[0003] 同时，在GPS精密单点定位（PPP，PrecisePointPositioning)技术的研宄和应 用越来越广泛的情况下，非差相位算法也越来越重要。但因非差相位算法不能利用差分法 消除相关误差，所以，与差分模式相比较，非差模式下对GPS数据的周跳探测与修复更为困 难。
[0004]目前，常用的非差观测值周跳探测方法主要有高次差法、多项式拟合法、电离层残 差法、TurboEdit方法、卡尔曼滤波法及小波变换法等。其中，TurboEdit算法的探测精度高 且易于实现，然而TurboEdit方法中的两个组合观测值都采用了双频伪距观测值，虽然观 测值采用的是P码观测值，但相对于高精度定位要求，误差仍然偏高，且无法探测并修复小 于2周以内的周跳。
[0005] 几何无关（GF，Geometry-Free)组合采用了多项式拟合伪距观测值，但该组合引 入了人为误差，降低了小周跳修复能力。
[0006] 为了进一步提高定位精度，满足GPS导航高精度定位的需求，迫切需要一种高效 的周跳探测与修复方法，能够探测并修复小周跳、大周跳、特殊周跳和连续周跳，为数据后 续高效处理打下坚定的基础。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种GPS双频非差周跳探测与修复方法 及装置，用于解决现有技术中因未考虑GPS卫星高度角因素、多项式拟合误差导致的低高 度角周跳误探率高、难以探测与准确修复小周跳的技术问题。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0009] 一、一种GPS双频非差周跳探测方法，包括：
[0010] 步骤1，读取GPS观测值，根据GPS观测值生成第一检测量和第二检测量，第一检测 量为MW组合检测量，第二检测量为GF组合检测量；
[0011] 步骤2,利用自适应滑动窗口模型对第一检测量进行平滑，对平滑后的第一检测量 进行周跳探测，获取第一探测结果；
[0012] 步骤3,利用历元求差法对第二检测量求差生成第三检测量，对第三检测量进行周 跳探测，获取第二探测结果；所述的第三检测量包括当前历元和上一历元的第二检测量之 差以及当前历元和下一历元的第二检测量之差；
[0013] 步骤4,分析第一探测结果及第二探测结果，解算周跳历元处的第一检测量及第三 检测量获得第一周跳值和第二周跳值，即第一频段和第二频段的周跳值。
[0014] 步骤2中所述的利用自适应滑动窗口模型对第一检测量进行平滑，具体为：
[0015] 历元初始阶段，即卫星高度角不大于30度、且历元值不大于最大窗口长度时，利 用兄1对第一检测量进行平滑，该阶段窗口长度sm=int(i);
[0016] 历元中期阶段，即卫星高度角大于30度时，利用兄=￡W对第一检测量进行平 滑，该阶段窗 口长度sm=int[min(N/10, 30)];
[0017] 历元后期阶段，即卫星高度角不大于30度、且历元值大于最大窗口长度时，利用 疋=￡W对第一检测量进行平滑，该阶段窗口长度sm=int[SmaX(l-Sine)];
[0018] 其中，k、w分别表示历元i、j下第一检测量，厌、分别为平滑后的历元i、 (i-l)下第一检测量，i为当前历元值，N为历元总数，e为当前历元的卫星高度角，smax为 最大窗口长度，即在预设采样率下卫星高度角首次达到30度时的历元值。
[0019] 步骤2中所述的对平滑后的第一检测量进行周跳探测，具体为：
[0020] 求取差值< -，若不满足M ，则当前历元存在周跳；其中，< 为 当前历元第一检测量，兒1为平滑后的上一历元第一检测量，〇 <的标准差。
[0021] 步骤3中所述的对第三检测量进行周跳探测，包括：
[0022] 确定卫星高度角加权系I
【主权项】
1. 一种GPS双频非差周跳探测方法，其特征在于，包括步骤： 步骤1，读取GPS观测值，根据GPS观测值生成第一检测量和第二检测量，第一检测量为 MW组合检测量，第二检测量为GF组合检测量； 步骤2,利用自适应滑动窗口模型对第一检测量进行平滑，对平滑后的第一检测量进行 周跳探测，获取第一探测结果； 步骤3,利用历元求差法对第二检测量求差生成第三检测量，对第三检测量进行周跳探 测，获取第二探测结果；所述的第三检测量包括当前历元和上一历元的第二检测量之差以 及当前历元和下一历元的第二检测量之差； 步骤4,分析第一探测结果及第二探测结果，解算周跳历元处的第一检测量及第三检测 量获得第一周跳值和第二周跳值，即第一频段和第二频段的周跳值。
2. 如权利要求1所述的GPS双频非差周跳探测方法，其特征在于： 步骤2中所述的利用自适应滑动窗口模型对第一检测量进行平滑，具体为： 历元初始阶段，即卫星高度角不大于30度、且历元值不大于最大窗口长度时，利用
吋第一检测量进行平滑，该阶段窗口长度sm= int(i); 历元中期阶段，即卫星高度角大于30度时，利用
对第一检测量进行平滑， 该阶段窗 口长度 sm = int [min (N/10, 30)]; 历元后期阶段，即卫星高度角不大于30度、且历元值大于最大窗口长度时，利用
对第一检测量进行平滑，该阶段窗口长度sm = int [s max (1-sin e)]; 其中，<、呎分别表示历元i、j下第一检测量，祀、冗1分别为平滑后的历元i、 (i-1)下第一检测量，i为当前历元值，N为历元总数，e为当前历元的卫星高度角，s max为 最大窗口长度，即在预设采样率下卫星高度角首次达到30度时的历元值。
3. 如权利要求1所述的GPS双频非差周跳探测方法，其特征在于： 步骤2中所述的对平滑后的第一检测量进行周跳探测，具体为： 求取差值若不满足
，则当前历元存在周跳；其中，M为当前 历元第一检测量，为平滑后的上一历元第一检测量，σ R的标准差。
4. 如权利要求1所述的GPS双频非差周跳探测方法，其特征在于： 步骤3中所述的对第三检测量进行周跳探测，包括： 确定卫星高度角加权系数
当第三检测量满足
时，确定当前历元存在周跳，￡#·；)、 Z,,(/+1)分别表示当前历元、上一历元、下一历元的第三检测量。
5. 如权利要求1所述的GPS双频非差周跳探测方法，其特征在于： 步骤4中所述的解算周跳历元处的第一检测量及第三检测量获得第一周跳值和第二 周跳值，进一步包括： 根据
??得第一频段4的周跳值▽ N i，即第一周跳值； 根据
获得第二频段4的周跳值▽ N2，即第二周跳值；▽ Νλ、 ▽ La分别为周跳历元处的第一检测量及第三检测量。
6. -种GPS双频非差周跳修复方法，其特征在于，包括： 采用权利要求1获得的第一周跳值和第二周跳值对当前周跳历元及其以后历元的载 波相位观测值进行修复，直至下一周跳历元。
7. 如权利要求6所述的GPS双频非差周跳修复方法，其特征在于： 所述的采用权利要求1获得的第一周跳值和第二周跳值对当前周跳历元及其以后历 元的载波相位观测值进行修复，具体为： 将当前周跳历元及其以后历元的第一频段观测值加上第一周跳值VN1，将当前周跳历 元及其以后历元的第二频段观测值加上第二周跳值▽ Ν2。
8. -种GPS双频非差周跳探测方法，其特征在于，包括： 读取模块，用来读取GPS观测值，根据GPS观测值生成第一检测量和第二检测量，第一 检测量为MW组合检测量，第二检测量为GF组合检测量； 第一探测模块，用来利用自适应滑动窗口模型对第一检测量进行平滑，对平滑后的第 一检测量进行周跳探测，获取第一探测结果； 第二探测模块，用来利用历元求差法对第二检测量求差生成第三检测量，对第三检测 量进行周跳探测，获取第二探测结果；所述的第三检测量包括当前历元和上一历元的第二 检测量之差以及当前历元和下一历元的第二检测量之差； 分析模块，用来分析第一探测结果及第二探测结果，解算周跳历元处的第一检测量及 第三检测量获得第一周跳值和第二周跳值，即第一频段和第二频段的周跳值。
9. 一种GPS双频非差周跳修复装置，其特征在于，包括： 读取模块，用来读取GPS观测值，根据GPS观测值生成第一检测量和第二检测量，第一 检测量为MW组合检测量，第二检测量为GF组合检测量； 第一探测模块，用来利用自适应滑动窗口模型对第一检测量进行平滑，对平滑后的第 一检测量进行周跳探测，获取第一探测结果； 第二探测模块，用来利用历元求差法对第二检测量求差生成第三检测量，对第三检测 量进行周跳探测，获取第二探测结果；所述的第三检测量包括当前历元和上一历元的第二 检测量之差以及当前历元和下一历元的第二检测量之差； 分析模块，用来分析第一探测结果及第二探测结果，解算周跳历元处的第一检测量及 第三检测量获得第一周跳值和第二周跳值，即第一频段和第二频段的周跳值； 修复模块，用来采用第一周跳值和第二周跳值对当前周跳历元及其以后历元的载波相 位观测值进行修复，直至下一周跳历元。
【专利摘要】本发明公开了一种GPS双频非差周跳探测与修复方法及装置，包括：读取GPS观测值，根据GPS观测值生成第一检测量、第二检测量；利用自适应滑动窗口模型对第一检测量进行平滑，根据第一周跳判断阈值条件平滑后的第一检测量进行周跳探测，获取第一探测结果；利用历元求差法对第二检测量进行求差生成第三检测量，对第三检测量进行周跳探测，获取第二探测结果；分析第一探测结果及第二探测结果，解算周跳历元处的第一检测量及第三检测量获得第一周跳值和第二周跳值；根据周跳值修复GPS观测值。本发明可提高周跳探测成功率和周跳修复的准确率，从而可满足GPS导航高精度定位的需求，可探测并修复小周跳、大周跳、特殊周跳和连续周跳。
【IPC分类】G01S19-37
【公开号】CN104749594
【申请号】CN201510168653
【发明人】苏明坤, 郑建生, 杨艳茜, 陈鲤文
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月10日