[發明專利]一種用于全球導航衛星系統的動態周跳探測與修復方法

有效

• 申請號: 201310495286.0
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103529462A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 馮威;周樂韜;黃丁發;朱東偉
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/20
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術領域

本發明涉及衛星導航定位技術，具體的說是涉及一種單站動態GNSS載波相位測量中的雙頻觀測值的周跳探測與修復方法。

背景技術

全球導航衛星系統（GNSS）是全球各類衛星導航定位系統的統稱，目前正在運行的三個主要定位導航系統包括美國的GPS（全球定位系統），俄羅斯的GLONASS（全球衛星導航系統GLOBAL?NAVIGATION?SATELLITE?SYSTEM），以及我國的BDS（北斗衛星導航系統）。GNSS定位技術由于具有全天候、全球覆蓋和高精度定位的特點而得到廣泛關注，并已廣泛用于測繪、航天航空、陸上交通、勘探、授時、海洋以及軍事等行業。我國北斗衛星系統目前已處于運行初期，國產衛星導航定位服務具有巨大的應用前景。按觀測值類型的不同，GNSS定位技術可分為偽距定位與載波相位定位。偽距定位算法簡單，但定位精度受限于偽距觀測值精度，通常只能提供分米級、米級的定位服務。為了實現厘米級甚至毫米級的定位精度，必須采用毫米級觀測精度的載波相位觀測值進行定位。然而，GNSS接收機只能觀測到載波相位觀測值不足一周的部分，并通過整周計數器記錄從初始時刻開始累積觀測到的整周數變化，因此GNSS載波相位定位存在初始整周模糊度和周跳處理兩個關鍵問題，本發明主要針對GNSS載波相位觀測值的周跳處理問題而提出。

在GNSS定位過程中，當信號受干擾或遮擋而引起衛星信號失鎖時，接收機整周計數將發生跳變或中斷，這種現象稱為周跳。GNSS載波的波長一般為19至25厘米，由此可見，即使是一周的周跳也將會帶來不容忽視的定位誤差，正確探測與修復周跳是GNSS載波相位測量必須解決的問題。目前常用的方法有高次差法、多項式擬合法、電離層殘差法以及整體最小二乘法等，前兩者主要用于靜態情況下的周跳探測，后兩者在動態定位環境下的周跳處理中得到較廣泛的應用，但這些方法仍然存在一定的不足，表現在：（1）電離層殘差法無法直接定位周跳發生的頻率，即該方法還需進一步判斷周跳發生在哪個頻率上，且對組合周跳還需做進一步的處理；（2）電離層周跳探測方法受多路徑等殘差影響較為顯著，因此該方法不適用于衛星高度角較低的情況；（3）當有多顆衛星發生周跳時，整體最小二乘法無法直接定位周跳發生的位置，需要多次預算才能得出最終的結果，方法解算效率低。本專利針對以往周跳探測修復方法的不足，提出了一種適用于動態情況下的單站雙頻多星座GNSS的周跳探測與修復方法。

發明內容

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種用于全球導航衛星系統的動態周跳探測與修復方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.將衛星高度角大于預設高度角H0的衛星標記為A類衛星，其他衛星標記為非A類衛星；

b.獲取A類衛星的觀測值，對A類衛星依次利用偽距與相位觀測值相減來探測與修復大周跳，再利用雙頻相位觀測值進行小周跳修復處理，并判斷是否修復成功，若是，則進入步驟c，若否，則將修復失敗的A類衛星標記為非A類衛星；

c.對全部的A類衛星進行整體最小二乘估算，判斷是否存在殘余周跳，若是，則將最大殘差值對應的衛星標記為非A類衛星并重復步驟c，若否，則進入步驟d；

d.根據步驟c中最小二乘估算得到的參數向量，獲取其中的兩個歷元之間接收機的位移向量和鐘差的變化參數，并進入步驟e；

e.獲取非A類衛星的觀測值，并根據步驟d中得出的兩個歷元之間接收機的位移向量和鐘差的變化量計算得出所有非A類衛星的殘差值，根據非A類衛星的殘差值判斷非A類衛星是否修復成功，若是，則標記為周跳，若否，則標記為粗差，結束。

本發明總的技術方案，首先針對觀測質量較好的衛星逐一采用偽距觀測值來探測與修復大周跳，再利用雙頻載波相位觀測值進行小周跳探測與修復，對上一步的處理結果進行整體最小二乘估計，剔除殘余的周跳；再利用無周跳影響的相位觀測值估算出兩個歷元間的接收機位移向量和鐘差變化，以及周跳未處理的衛星的載波相位觀測值進行觀測條件較差的衛星的周跳探測與修復，其中大周跳為載波1上大于4周，載波2上大于3周的周跳；小周跳未載波1上小于或等于4周的周跳，載波2上小于或等于3周的周跳。具體的，所述觀測值為載波相位觀測值，步驟b還包括以下步驟：

b1.假設載波相位觀測值為載波的波長為λ_i，周跳為C_i，Δ代表歷元間的差分；i=1，2，代表不同的頻率，可得出頻率2的周跳其中e包括2個候選值，分別為0或者±1，為±1時取值的符號與值的符號相反，(x)_f代表取x的小數部分的運算；