性的影响，以 及解算了LI，L2和L3不同频率对相位稳定性的影响。从统计结果可以看出，对于同一炜度 的观测站，星历和频率对相位稳定性解算结果的影响不大，而不同炜度相同星历和频率条 件下对相位稳定性的影响不同。因此，选取广播星历及L1频率，分别对低炜（ΡΙΜ0)和中炜 度（MIZU)的两个IGS站的相位稳定性进行详细地解算及分析。为了显示进一步的单频相 位数据的稳定性，[Ax,Ay,Δζ]应当被转换到坐标系统NEU(N表示表明北方，E指示东方， U代表上方）。
[0100] 2.结果和分析
[0101] 利用两个高频IGS站的实际观测数据进行解算，其中一个是台站ΡΙΜ0站L1频段 的广播星历，另一个是MIZU站L1频段的卫星广播星历。我们根据这两个测站此次实验中 得到的相位数据，分别整体计算其AP值和计算相位变化幅度较小区域的AP值，综合考虑后 认为ρηω站连续观测异常比率临界值为3 %、MIZU站连续观测异常比率临界值为3. 3 %是 比较合理的。要得到一个确切的结果，还需要进行长期观测取得。ΡΜ0站的NEU三个方向 时间序列分析见图1，统计结果见表1 ;MIZU站的NEU三个方向时间序列分析见图2,统计结 果见表2。
[0102] 表 1
[0103]
[0104] ρηω站连续观测异常比率临界值暂时假定为3%，从表1可以看出，ρηω站gnss 接收机数据在NEU三个方向上，都表现为起始一段内相位差不稳定，经过很短暂的时间调 整后相位趋于稳定，然后各自经过较长的一段时间后相位又趋于不稳定状态。相位不稳定 指的是AP值较大。由起始相位不稳定到相位稳定，三个方向经过的时间都很短暂，大约 700s左右。在初始阶段三个方向的AP值分别为：5. 57%，9. 43%和8%。在相位达到稳定 后，NEU三个方向都经历了很长一段时间的稳定时期。相位稳定时期NEU三个方向持续时 间分别至6400s，11800s和9500s。在稳定阶段的AP值分别为0. 12%，0. 59 %和0. 45%。 之后NEU三个方向分别进入相位不稳定状态一直持续到观测结束，即14400s，其AP值分别 为 3. 9%，7· 3%和 3. 2%。
[0105]表2
[0106]
[0107] MIZU站连续观测异常比率临界值定为3. 3%，从表2可以看出，三个方向（NEU)的 异常比率（AP)值范围为1. 34%~3. 14%，认为相位是稳定的。
[0108] 上述未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
[0109] 本发明利用高频数据，能够评估单频GNSS相位数据质量；单点实时监测代替数据 后处理分析；评价方法中能消除潮汐、多路径效应、电离层和对流层、模糊度、钟差、硬件延 迟等影响，而无需高精度钟差、各种模型改正等；多系统GNSS联合应用进行评价时，由大量 观测量可以获得大量多余观测量。
【主权项】
1. 一种单频GNSS相位稳定性监测的高频逐历元相位差方法，其特征在于，包括以下步 骤： 第一步，用单频GNSS接受机进行高频观测，计算相邻两个历元之间的相位差； 利用单频GNSS接收机在某一测站P上进行高频观测，在观测卫星多于3颗的条件下， 高频采集相位数据；对某一 GNSS卫星j在历元^上对应的相位为OjCt1).在GNSS信号不失 锁的情况下，在下一个历元t2GNSS卫星j对应的测站P相位为0j(t2)，式⑴和（2)中，P Jt1)为历元心的测站至卫星j的几何距离，即，P , (t2)为历元t2时测站P至卫星j的几何距离，即[X.j (t!)，y.j (t!)，Z.j (t!)]为历元 1：!的卫星 j 的三维空间坐标；[X .j (t2)，y.j (t2)，Z.j (t2)]为 历元t2时卫星j的三维坐标；(X P，yP，zP)为测站P在WGS84下的坐标；Selcidi (j)和Rekld^v 别为GNSS卫星j和接收机的钟差；Sh"dwara(j)和1&_分别为GNSS卫星j和接收机硬件 延迟误差；D tropcisphera (j)和D_sph_ (j)分别为对流层和电离层延迟误差；N (j)为整周模糊 度；Emultipath(j)为多路径效应；Ephasf3M3ntCT(j)为天线相位中心偏差及其变化影响；ε i是残余 误差；ε 2是残余误差； 对高频GNSS信号来说，在相邻的两个历元上，主要误差诸如钟差、大气延迟、硬件延 迟、多路径效应、整周模糊度和天线相位中心偏差及其变化影响基本上保持不变，式（1)减 去式（2)，可得式中，V (j) = ε「ε 2;通过式⑶得出，对高频GNSS信号来说，上述主要误差可以通 过逐历元相位差移去或有效降低；相邻历元相位差的精度为其中，σ是相位精度，测站P的最初坐标是[X。，y。，ζ。]，坐标改正是[Δ X，Δ y, Δ Ζ];将 式（3)在[Χ(]，^，ζ。]处进行泰勒展开，忽略高阶项，获得线性形式为其中Pf(tI)和pffe)是测站P到GNSS卫星j在历元1^和1:2时的初始距离，Δχ, Ay, Δζ 为相邻测站坐标改正数的三个时间序列； 第二步，解算Δχ, Ay, Δζ 设在历元^和七2，测站P同时都观测到的GNSS卫星数为m，那么式（5)用矩阵表达为 V = AX+L (6) 式中A为系数矩阵，一般情况下，m > 3,因此利用最小二乘法就可以对式（5)进行解算，获得X的最优估 值； 式（6)的最小二乘解为 X = (AtPA) 1AtPL (7) 方差-协方差矩阵为其中，单位权方差是式中，P是权矩阵，初始权是Pc= I，I为单位矩阵，通过式（9)可以得到新的单位权σ。，I 其中，C是一个大于零的常数，通过公式（7)即可计算X ; 第三步，利用△ X，△ y, △ z序列评估相位稳定性 相邻高频GNSS测站坐标改正数的三个时间序列Δ X，Δ y和Δ Z可以通 过式（7)构建，从这三个时间序列中，可以得到平均值和对应的标准偏差，即 ΜΕΑΝΛχ，MEAN- ΜΕΑΝΛζ，STDAx，STDAjP STD Ay，并定义上界值和下界值分别为 UB = MEAN+kSTD (11) LB = MEAN-kSTD (12) 其中，k是一个常数，如果Δχ，Ay和Δζ的一个解大于对应的上界值或小于对应的下 界值，则被认为是非正常值；在一个时段内，通过连续高频观测获得η个异常解；连续观测 异常比率AP被定义为其中，q是连续观测中的观测历元数；当这个连续时间段非常长，例如10天或超过10 天时，计算连续观测异常比率AP，其结果作为连续观测异常比率的临界值，把临界值作为判 断相位稳定性的一个临界点，用来判断平时GNSS测量时某一段时间内的相位稳定性情况； 即在一个时间段内，如果连续观测异常比率AP大于这个临界值，则表明相位是不稳定的， 反之则相位是稳定的；在一个GNSS测站上，某一段时间内，根据计算出的连续观测异常比 率，结合连续观测异常比率的临界值就可以评估单频相位数据在某个时间段内的稳定性情 况。
【专利摘要】本发明公开了一种单频GNSS相位稳定性监测的高频逐历元相位差方法，在测站点上利用单频GNSS接收机进行高频观测，计算相邻历元的相位差，利用最小二乘方法，计算连续历元下相邻历元间隔内的测站三维(NEU)坐标改正数时间序列，通过时间序列统计分析，分别取得NEU坐标的平均值和标准偏差，计算异常比率。通过提出的方法解算连续观测异常比率，以此来评估单频GNSS接收机相位观测的稳定性。本发明利用单频GNSS数据，进行单点实时高频GNSS相位数据质量监测；无需高精度钟差、各种模型改正即能进行GNSS相位稳定性的评估。
【IPC分类】G01S19/01
【公开号】CN105425248
【申请号】CN201510811682
【发明人】郭金运, 沈毅, 王建波, 刘智敏, 董正华, 于红娟, 孔巧丽, 解斐斐
【申请人】山东科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月20日