[發(fā)明專利]一種CORS基站周跳探測與修復(fù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110202670.8
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102288978A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘樹國;王慶;王勝利
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01S19/44
• 分類號: G01S19/44;G01S19/13
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

1.一種CORS基站周跳探測與修復(fù)方法，其特征在于：根據(jù)CORS網(wǎng)中已知的精確坐標以及對流層、電離層誤差的時間相關(guān)性及初始化后已知的整周模糊度，依據(jù)非參考衛(wèi)星引起單個雙差觀測方程出現(xiàn)粗差、而參考衛(wèi)星引起所有雙差觀測方程中出現(xiàn)系統(tǒng)性誤差的性質(zhì)，使用電離層殘差法進行周跳探測，根據(jù)周跳探測結(jié)果，建立單歷元雙差觀測方程，最后進行周跳修復(fù)，包括以下步驟：

1)根據(jù)電離層殘差法進行周跳的探測，確定存在周跳的衛(wèi)星及所對應(yīng)的觀測值，建立單歷元雙差觀測方程；

2)將雙差觀測方程分為兩類，第一類為無周跳雙差觀測方程，第二類為存在周跳的雙差觀測方程，將非參考衛(wèi)星產(chǎn)生的周跳作為粗差，參考衛(wèi)星的周跳作為系統(tǒng)誤差；

3)使用第一類雙差觀測方程進行參數(shù)估計，確定參考衛(wèi)星的周跳；

4)將第一類雙差觀測方程估計出的參數(shù)帶入第二類雙差觀測方程，計算改正數(shù)，得到非參考衛(wèi)星的周跳值；

5)根據(jù)CORS三角網(wǎng)中基線間的關(guān)系修復(fù)發(fā)生周跳的基站觀測數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述CORS基站周跳探測與修復(fù)方法，其特征在于：

1)電離層殘差法進行周跳探測

GPS載波相位非差觀測的基本觀測方程為：

其中，t為觀測歷元；i表示對應(yīng)L1和L2載波；表示載波相位觀測值；R表示衛(wèi)星與接收機之間的幾何距離；λ表示波長；N表示載波相位觀測值的整周模糊度；T表示對流層誤差；I表示電離層誤差；ε表示非模型誤差；

將L1和L2載波相位觀測值求差可得：

其中I為L1和L2載波觀測電離層誤差之差；ε為L1和L2載波觀測單差非模型誤差；

將上述電離層誤差之差進行歷元間求差，可得：

根據(jù)電離層的性質(zhì)，對于采樣率為1秒的CORS系統(tǒng)來說，在短時間內(nèi)，電離層變化為微小量，在觀測值不發(fā)生周跳時，電離層殘差不會超過0.1周，如果超過0.1周，則認為觀測值中存在周跳，從而探測出周跳，根據(jù)此周跳探測結(jié)果，將雙差觀測值進行分類；

2)雙差觀測方程分類

使用載波相位觀測的雙差觀測方程，該雙差觀測方程為：

δA,Bi,j(ti)=-▿ΔIA,Bi,j(ti)+Δ▿TA,Bi,j(ti)+Δ▿δmA,Bi,j(ti)+Δ▿ϵA,Bi,j(ti)---(5)]]>

其中，為載波相位的雙差觀測值，為雙差站星距離，為雙差整周模糊度，為雙差電離層延遲，為雙差對流層延遲，為雙差多路徑效應(yīng)引起的誤差，為雙差非模型誤差；

在CORS網(wǎng)中，雙差整周模糊度在初始化后得到，根據(jù)CORS網(wǎng)中高采樣率、歷元間誤差的強相關(guān)性，通過上一個歷元的雙差對流層和電離層誤差值近似，如公式(6)；

假設(shè)CORS基站網(wǎng)中組成的基線中的一個站A的坐標精確已知，另外一個站B的坐標作為參數(shù)進行估計，在無周跳且雙差模糊度已知的情況下，則可得到誤差方程為：

VA,Bi,j=Bx-LA,Bi,j---(7)]]>

其中

x＝[dx?dy?dz]^T，B為系數(shù)矩陣；

在以上的誤差方程中，假設(shè)有一顆非參考衛(wèi)星在某一站點上發(fā)生了周跳，則會引起粗差，如果是參考衛(wèi)星發(fā)生了周跳，則此周跳將會帶入到所有的誤差方程，從而產(chǎn)生系統(tǒng)性誤差，將(7)式加入系統(tǒng)參數(shù)可得：

VA,Bi,j=Bx+Ey-LA,Bi,j---(8)]]>

其中，y＝[y₁，y₂]^T分別為參考衛(wèi)星L1和L2載波相位觀測值中的周跳；

假設(shè)在某一歷元，跟蹤到了n顆衛(wèi)星，并且在前一個歷元，這n顆衛(wèi)星的整周模糊度都已固定，則可得到此歷元的誤差方程組為：

V1(n-1)×1=B(n-1)×3x3×1+E1(n-1)×1y11×1-L1(n-1)×1]]>(9)

V2(n-1)×1=B(n-1)×3x3×1+E2(n-1)×1y21×1-L2(n-1)×1]]>

分別為L1和L2載波上的誤差方程式；

根據(jù)電離層殘差法周跳探測結(jié)果，對實時雙差載波觀測值分為四組，第一組為無周跳的L1的雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程，用L₁₁表示，權(quán)值為P₁₁，第二組為存在周跳的L1的雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程，用L₂₁表示，權(quán)值為P₂₁，第三組為無周跳的L2的雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程，用L₁₂表示，權(quán)值為P₁₂，第四組為存在周跳的L2的雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程，用L₂₂表示，權(quán)值為P₂₂；則可得誤差方程為：

V11=B11x+E11y1-l11V21=B21x+E21y1-l21V12=B12x+E12y2-l12V12=B22x+E22y2-l22]]>P=P11OOOOP21OOOOP12OOOOP22---(10)]]>

對上述四組雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程進一步分為兩類，第一類為無周跳的L1和L2的雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程，第二類為存在周跳的L1和L2的雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程，則上式可表示為：

V1=B1x+E1y-l1V2=B2x+E2y-l2]]>P=P1OOP2---(11)]]>

其中：

V1=V11V12]]>V2=V21V22,]]>B1=B11B12]]>B2=B21B22,]]>l1=l11l12]]>l2=l21l22]]>

E1=E11E12]]>E2=E21E22,]]>y=y1y2,]]>P1=P11OOP12,]]>P2=P21OOP22]]>

x為流動站坐標改正參數(shù)，y為參考衛(wèi)星L1和L2載波觀測值中的周跳；

3)用第一類雙差觀測方程構(gòu)成的誤差方程進行參數(shù)估計

將第二類存在周跳的L1和L2的雙差觀測方程作為存在粗差的觀測方程處理，則假設(shè)P₂＝0，也即在解算中不起任何作用，則可直接使用第一類無周跳的L1和L2的載波觀測方程解算x和y參數(shù)，按最小二乘準則V^TPV＝min，可得法方程：

B1TP1B1B1TP1E1E1TP1B1E1TP1E1x^y^=B1TP1l1E1TP1l1---(12)]]>

令N11=B1TP1B1,]]>N12=N21T=B1TP1E1,]]>N22=E1TP1E1,]]>W1=B1TP1l1,]]>W2=E1TP1l1,]]>

則上式可寫為：

N11N12N21N22x^y^W1W2---(13)]]>

由分塊求逆公式得

x^y^N11-1+N11-1N12M-1N21N11-1-N11-1N12M-1-M-1N21N11-1M-1W1W2---(14)]]>

式中

M=N22-N21N11-1N12---(15)]]>

若參考衛(wèi)星不存在周跳，則

x^=N11-1W1---(16)]]>

根據(jù)系統(tǒng)誤差的估值得到參考衛(wèi)星L1和L2載波上的周跳值為：

Slip1=y^1λ1Slip2=y^2λ2---(17)]]>

其中Slip₁，Slip₂分別表示參考衛(wèi)星L1和L2載波相位觀測值的周跳；

4)非參考衛(wèi)星周跳修復(fù)值的計算

將及帶入V₂＝B₂x+E₂y-l₂，可得相應(yīng)非參考衛(wèi)星的周跳值為：

slip2=V21λ1slip2=V22λ2---(18)]]>

其中slip₁，slip₂分別表示非參考衛(wèi)星L1和L2載波相位觀測值的周跳；

5)確定周跳發(fā)生的基站及周跳的修復(fù)

在探測出基線中出現(xiàn)周跳衛(wèi)星后，根據(jù)三角網(wǎng)中基站對應(yīng)的兩條基線確定出現(xiàn)周跳的基站，如三角網(wǎng)ABC，有三條基線A→B，B→C，C→A，如果基線A→B中探測出了周跳，基線B→C也存在周跳，且周跳的大小相等，符號相反，則周跳出現(xiàn)在基站B上，根據(jù)基站在基線中作為基準點解算還是流動點解算來判斷周跳的正負號，對于一條基線中，如果周跳發(fā)生在基準點上，則周跳結(jié)果與殘差值符號正好相反，如果發(fā)生在流動點上，則周跳結(jié)果與殘差值符號相同，在基線A→B中，B點作為流動點，所以將基線A→B探測出的周跳值作為基站B的周跳修復(fù)值。同樣的方法，根據(jù)基線C→A和基線A→B修復(fù)基站A的周跳，根據(jù)基線B→C和基線C→A修復(fù)基站C的周跳值。