一种基于无几何相位和电离层残差法的北斗三频周跳探测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于无几何相位和电离层残差法的北斗三频周跳探测方法，属于 北斗导航定位数据预处理领域。
【背景技术】
[0002] "北斗"系统正逐渐走向完善，全方位构建完成后有5颗地球静止轨道卫星和30颗 非地球静止轨道卫星，能够提供高精度的定位和导航、授时服务，目前已在测绘、智能交通、 机械控制、工业测量等方面得到应用。随着北斗(BDS)渐渐成熟，对导航定位的精度要求更 为严格。周跳是影响定位精度的一个很重要的因素。周跳的探测与修复是北斗导航定位的 关键步骤之一。有效地探测与修复周跳，保证观测数据的"干净"并准确定位，是导航定位系 统研究的意义和价值所在。而多频组合定位技术与应用研究受到越来越多的关注。多频数 据的最大优势是创造一个更加优良的特征数据相结合的能力，可用于周跳的探测与修复等 数据质量的控制中。现阶段，对北斗三频观测数据的周跳探测与修复是研究的热点。在三频 情况下，组合观测量具有波长较长、噪声较小、电离层影响较小等特征，能有效提高周跳探 测精度。
[0003] 目前，伪距相位法由于受到伪距观测噪声和载波相位观测噪声的影响，只适用于 大周跳（10周以上）的探测。同时伪距相位法构造出的组合周跳检验量受采样率的影响，当 采样周期较低时，无法正确探测周跳。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种基于无几何相位和电离层残差法的北斗三频周跳探测方法，以 用于克服小周跳难以探测问题。
[0005] 本发明的技术方案是:一种基于无几何相位和电离层残差法的北斗三频周跳探测 方法，首先分别获取T个北斗B1、B2、B3频段的载波相位观测值然后采用无几何 相位法对载波相位观测值Φ i、Φ 2、Φ 3构造出3个组合周跳检验量，采用电离层残差法对载 波相位观测值Φ :、Φ 2、Φ 3构造成1个组合周跳检验量;最后对3个组合周跳检验量进行周跳 的探测。
[0006] 所述方法的具体步骤如下：
[0007] Stepl、分别获取T个北斗B1、B2、B3频段的载波相位观测值(^、Φ2、Φ3;
[0008] Step2、根据公式（1)对载波相位观测值(^、Φ2、Φ3进行无几何相位构造，得到无 几何相位组合观测量_%办_1将公式(1)在历元间作差，得到周跳检验量
[0009]
[0010]
[0011]选取两组无几何相位组合系数构成的无几何相位组合周跳检验量作为第一、第二 组合周跳检验量；
[0012] 根据公式（3)对得到的的载波相位观测值(Π 、φ2、Φ 3进行第三个组合周跳检验 量，即电离层残差组合周跳检验量Α Φ23的构造；
[0013]
(3)
[0014] 式中：马你是无几何相位组合观测量，^/^办为无几何相位组合观测量的变化量； γ为无几何相位组合系数；Φ!，Φ2, Φ3分别为Β1、Β2、Β3三个频段的载波相位观测值； 分别为Β1、Β2、Β3三个频段的载波波长；心/^是组合整周模糊度；^物是电离层延 迟放大系数；今你是组合观测噪声，是组合观测噪声的变化量;d为电离层延迟，Ad 为电离层延迟的变化量；Φ 2(t)、Φ 3(t)分别为t历元时在B2、B3频段的载波相位观测值;f2、 f3分别为北斗B2、B3频段的载波频率；Δ23 (〇为t历元时的电离层残差； ion
[0015] Step3、按照公式⑷，在三频载波相位观测值Φι、Φ2、φ3的任意历元t加入周跳， 得到Φ 1'、Φ 2'、Φ 3' ；根据得到的Φ 1'、Φ 2'、Φ3'，结合步骤Stepl、Step2得到加入周跳后的 第一、第二、第三组合周跳检验量;根据第一、第二、第三组合周跳检验量的幅值变化与否分 别判断Φ i '、Φ 2 '、Φ 3 '中是否发生了周跳:若幅值变化，则发生了周跳，根据幅值变化对应 的位置能确定周跳发生的历元t及在历元t处的周跳值；
[0016] Φ?，=Φ?+Δη i = l,2,3； (4)
[0017] 式中：Δη为历元1，...，历元τ之间加入的周跳大小，Τ为选取的北斗个数且表示单 个频段的载波相位观测值个数。
[0018] 本发明的工作原理是:若北斗三频载波相位观测值中不发生周跳，则利用无几何 相位法和电离层残差法构造出的3个组合周跳检验量表现为随机误差特性；当三个频段Β1、 Β2、Β3中的任一频段载波相位观测值Φ 1、Φ 2、Φ 3中发生周跳时，3个组合周跳检验量Δ No,1,-1、ΔΝι,-ι,ο和Δ Φ23中至少有一个的幅值会发生相应变化;此外，同时采用无几何相位 法和电离层残差法构造组合周跳检验量来探测周跳，不存在不敏感周跳，可以探测出北斗 三个频段中任意载波相位观测值中发生的周跳。
[0019] 本发明的有益效果是：只需根据3个组合周跳检验量的幅值变化便可判断出北斗 Β1、Β2、Β3频段的载波相位观测值中是否发生了周跳;此外，本发明不存在不敏感周跳，能够 有效探测5s以下北斗三频载波相位观测值中任一频率发生的周跳。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的流程图；
[0021] 图2为Is采样周期未加周跳时组合周跳检验量Δ No,:^显示图；
[0022]图3为Is采样周期未加周跳时组合周跳检验量ΔΝ^,ο显示图；
[0023]图4为Is采样周期未加周跳时组合周跳检验量Δ Φ23显示图；
[0024]图5为5s采样周期未加周跳时组合周跳检验量Δ No, ^显示图；
[0025]图6为5s采样周期未加周跳时组合周跳检验量ΔΝ^,ο显示图；
[0026]图7为5s采样周期未加周跳时组合周跳检验量Δ Φ23显示图；
[0027]图8为Is采样周期时在三频载波相位观测值Φχ、Φ 2、Φ 3的150历元对应加入周跳 (_1，_2，_3)而导致组合周跳检验量Δ Νο,ι,-1的变化图；
[0028]图9为Is采样周期时在三频载波相位观测值Φχ、Φ 2、Φ 3的150历元对应加入周跳 (_1，_2，_3)而导致组合周跳检验量Δ Νι,-ι,ο的变化图；
[0029] 图10为Is采样周期时在三频载波相位观测值Φ!、Φ 2、Φ 3的150历元对应加入周跳 (-1，-2，-3)而导致组合周跳检验量八(&23的变化图；
[0030] 图11为5s采样周期时在三频载波相位观测值Φχ、Φ2、Φ3的150历元对应加入周跳 ( _1，_2，_3)而导致组合周跳检验量Δ Νο,ι,-1的变化图；
[0031] 图12为5s采样周期时在三频载波相位观测值Φ!、Φ 2、Φ 3的150历元对应加入周跳 (_1，_2，_3)而导致组合周跳检验量Δ Νι,-ι,ο的变化图；
[0032]图13为5s采样周期时在三频载波相位观测值Φχ、Φ 2、Φ 3的150历元对应加入周跳 (-1，-2，-3)而导致组合周跳检验量八(&23的变化图。
【具体实施方式】
[0033]实施例1:如图1-13所示，一种基于无几何相位和电离层残差法的北斗三频周跳探 测方法，首先分别获取T个北斗B1、B2、B3频段的载波相位观测值Φ i、Φ 2、Φ 3;然后采用无几 何相位法对载波相位观测值Φ ^ Φ 2、Φ 3构造出3个组合周跳检验量，采用电离层残差法对 载波相位观测值Φ :、Φ 2、Φ 3构造成1个组合周跳检验量;最后对3个组合周跳检验量进行周 跳的探测。
[0034]所述方法的具体步骤如下：
[0035] Stepl、分别获取T个北斗B1、B2、B3频段的载波相位观测值Φ!、φ2、φ3;
[0036] Step2、根据公式（1)对载波相位观测值(iM、φ2、φ3进行无几何相位构造，得到无 几何相位组合观测量心?办·，将公式（1)在历元间作差，得到周跳检验量；
[0037] (1)
[0038] (2)
[0039] 选取两组无几何相位组合系数构成的无几何相位组合周跳检验量作为第一、第二 组合周跳检验量；
[0040] 根据公式（3)对得到的的载波相位观测值(Π 、φ2、Φ 3进行第三个组合周跳检验 量，即电离层残差组合周跳检验量Α Φ23的构造；
[0041 ]
(3)
[0042] 式中：:是无几何相位组合观测量，^为无几何相位组合观测量的变化量； 8、.β、γ为无几何相位组合系数；Φι，Φ2, Φ3分别为Β1、Β2、Β3三个频段的载波相位观测值； 入:，、，、分别为Β1、Β2、Β3三个频段的载波波长；办是组合整周模糊度；％办是电离层延 迟放大系数；Q办是组合观测噪声，△巧办是组合观测噪声的变化量;d为电离层延迟，Δ d 为电离层延迟的变化量；Φ 2(t)、Φ 3(t)分别为t历元时在B2、B3频段的载波相位观测值;f2、 f3分别为北斗B2、B3频段的载波频率；Δ23 (〇为t历元时的电离层残差； ion
[0043] Step3、按照公式(4)，在三频载波相位观测值Φι、Φ2、Φ3的任意历元t加入周跳， 得到Φ 1'、Φ 2'、Φ 3' ；根据得到的Φ 1'、Φ 2'、Φ