一种用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法
【专利摘要】本发明涉及卫星导航定位技术。本发明的方法首先针对观测质量较好的卫星逐一采用伪距观测值来探测与修复大周跳，再利用双频载波相位观测值进行小周跳探测与修复，对上一步的处理结果进行整体最小二乘估计，剔除残余的周跳；再利用无周跳影响的相位观测值估算出两个历元间的接收机位移向量和钟差变化，以及周跳未处理的卫星的载波相位观测值进行观测条件较差的卫星的周跳探测与修复。本发明的有益效果为，可用于动态环境下的低高度角卫星的周跳探测与修复，具有较高的可靠性，尤其是在高频数据的周跳探测与修复中具有明显的优势。本发明尤其适用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法。
【专利说明】一种用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星导航定位技术，具体的说是涉及一种单站动态GNSS载波相位测量中的双频观测值的周跳探测与修复方法。
【背景技术】
[0002]全球导航卫星系统(GNSS)是全球各类卫星导航定位系统的统称，目前正在运行的三个主要定位导航系统包括美国的GPS (全球定位系统)，俄罗斯的GL0NASS (全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM)，以及我国的BDS(北斗卫星导航系统)。GNSS定位技术由于具有全天候、全球覆盖和高精度定位的特点而得到广泛关注，并已广泛用于测绘、航天航空、陆上交通、勘探、授时、海洋以及军事等行业。我国北斗卫星系统目前已处于运行初期，国产卫星导航定位服务具有巨大的应用前景。按观测值类型的不同，GNSS定位技术可分为伪距定位与载波相位定位。伪距定位算法简单，但定位精度受限于伪距观测值精度，通常只能提供分米级、米级的定位服务。为了实现厘米级甚至毫米级的定位精度，必须采用毫米级观测精度的载波相位观测值进行定位。然而，GNSS接收机只能观测到载波相位观测值不足一周的部分，并通过整周计数器记录从初始时刻开始累积观测到的整周数变化，因此GNSS载波相位定位存在初始整周模糊度和周跳处理两个关键问题，本发明主要针对GNSS载波相位观测值的周跳处理问题而提出。
[0003]在GNSS定位过程中，当信号受干扰或遮挡而引起卫星信号失锁时，接收机整周计数将发生跳变或中断，这种现象称为周跳。GNSS载波的波长一般为19至25厘米，由此可见，即使是一周的周跳也将会带来不容忽视的定位误差，正确探测与修复周跳是GNSS载波相位测量必须解决的问题。目前常用的方法有高次差法、多项式拟合法、电离层残差法以及整体最小二乘法等，前两者主要用于静态情况下的周跳探测，后两者在动态定位环境下的周跳处理中得到较广泛的应用，但这些方法仍然存在一定的不足，表现在:(I)电离层残差法无法直接定位周跳发生的频率，即该方法还需进一步判断周跳发生在哪个频率上，且对组合周跳还需做进一步的处理；(2)电离层周跳探测方法受多路径等残差影响较为显著，因此该方法不适用于卫星高度角较低的情况；(3)当有多颗卫星发生周跳时，整体最小二乘法无法直接定位周跳发生的位置，需要多次预算才能得出最终的结果，方法解算效率低。本专利针对以往周跳探测修复方法的不足，提出了一种适用于动态情况下的单站双频多星座GNSS的周跳探测与修复方法。
【发明内容】
[0004]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0005]a.将卫星高度角大于预设高度角HO的卫星标记为A类卫星，其他卫星标记为非A类卫星；
[0006]b.获取A类卫星的观测值，对A类卫星依次利用伪距与相位观测值相减来探测与修复大周跳，再利用双频相位观测值进行小周跳修复处理，并判断是否修复成功，若是，则进入步骤C，若否，则将修复失败的A类卫星标记为非A类卫星；
[0007]c.对全部的A类卫星进行整体最小二乘估算，判断是否存在残余周跳，若是，则将最大残差值对应的卫星标记为非A类卫星并重复步骤C，若否，则进入步骤d ；
[0008]d.根据步骤c中最小二乘估算得到的参数向量，获取其中的两个历元之间接收机的位移向量和钟差的变化参数，并进入步骤e ;
[0009]e.获取非A类卫星的观测值，并根据步骤d中得出的两个历元之间接收机的位移向量和钟差的变化量计算得出所有非A类卫星的残差值，根据非A类卫星的残差值判断非A类卫星是否修复成功，若是，则标记为周跳，若否，则标记为粗差，结束。
[0010]本发明总的技术方案，首先针对观测质量较好的卫星逐一采用伪距观测值来探测与修复大周跳，再利用双频载波相位观测值进行小周跳探测与修复，对上一步的处理结果进行整体最小二乘估计，剔除残余的周跳；再利用无周跳影响的相位观测值估算出两个历元间的接收机位移向量和钟差变化，以及周跳未处理的卫星的载波相位观测值进行观测条件较差的卫星的周跳探测与修复，其中大周跳为载波I上大于4周，载波2上大于3周的周跳；小周跳未载波I上小于或等于4周的周跳，载波2上小于或等于3周的周跳。具体的，所述观测值为载波相位观测值，步骤b还包括以下步骤:
[0011]bl.假设载波相位观测值为0 载波的波长为λ i，周跳为Ci,Λ代表历元间的差分；i=l，2，代表不同的频率，可得出频率2的周跳
【权利要求】
1.一种用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法，其特征在于，包括以下步骤: a.将卫星高度角大于预设高度角HO的卫星标记为A类卫星，其他卫星标记为非A类卫星； b.获取A类卫星的观测值，对A类卫星依次利用伪距与相位观测值相减来探测与修复大周跳，再利用双频相位观测值进行小周跳修复处理，并判断是否修复成功，若是，则进入步骤C，若否，则将修复失败的A类卫星标记为非A类卫星； c.对全部的A类卫星进行整体最小二乘估算，判断是否存在残余周跳，若是，则将最大残差值对应的卫星标记为非A类卫星并重复步骤C，若否，则进入步骤d ； d.根据步骤c中最小二乘估算得到的参数向量，获取其中的两个历元之间接收机的位移向量和钟差的变化参数，并进入步骤e ; e.获取非A类卫星的观测值，并根据步骤d中得出的两个历元之间接收机的位移向量和钟差的变化量计算得出所有非A类卫星的残差值，根据非A类卫星的残差值判断非A类卫星是否修复成功，若是，则标记为周跳，若否，则标记为粗差，结束。
2.根据权利要求1所述的一种用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法，其特征在于，所述观测值为载波相位观测值，步骤b还包括以下步骤: bl.假设载波相位观测值为炉,.，载波的波长为λ i，周跳为Ci,Λ代表历元间的差分；i=l，2，代表不同的频率；可得出频率2的周跳C2 = ((Αφι/Xi)f +e)I((A2 -\)l4)，其中e包括2个候选值，分别为O或者±1，为±I时取值的符号与-Ap2I2//L1),值的符号相反，(x)f代表取X的小数部分的运算；b2.分别根据e的两个候选值得出两个C2的值，根据C2的整数特性，取更接近于整数的C2作为其计算得出的周跳值，构建dC= IC2-(C2)ffiraJ，其中Omind代表四舍五入取整运算，结合误差传播定律可得出C2的中误差δ C2为:SC2 = yjS； +(A2 / A1)2δ?; /((A2-X1)/λ,),其中S 1、δ 2分别为载波I和载波2历元间差分的相位观测值中误差； b3.判断dC≤3 SC2是否成立，若是，则周跳修复成功，并且(C2)mind为所修复的载波2周跳，若否，则周跳修复失败，并将修复失败的A类卫星标记为非A类卫星。
3. 根据权利要求2所述的一种用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法，其特征在于，步骤c还包括以下步骤: Cl.对A类卫星的历元间差分的载波相位观测值进行整体平差，估算两个历元之间接收机的位移向量dX，dY, dZ，以及钟差的变化dT，得误差方差为:L = ￡4Xx「，其中L=Δ φ? A1-AR-ClT, X = [dXdYdZdT]T，B为系数矩阵，R为接收机至卫星的距离，η为A类卫星的总个数，利用最小二乘参数估计方法得出待估参数向量X、A类卫星相位观测值的残差向量VA，并利用公式5；=小,! V /(/卜4)计算验后单位权中误差Stl ； c2.判断Va中最大的残差是否大于，若是，则将对应的卫星从A类卫星中剔除，回到步骤Cl，若否，则A类卫星所有的周跳修复完成，进入步骤d。
4.根据权利要求3所述的一种用于全球导航卫星系统的动态周跳探测与修复方法，其特征在于，步骤e还包括: 根据公式
【文档编号】G01S19/37GK103529462SQ201310495286
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】冯威, 周乐韬, 黄丁发, 朱东伟 申请人:西南交通大学