码相伪距探测与修复周跳方法改进研究
一种改正伪距多路径误差的北斗三频周跳探测与修复方法

第3 5 卷 第 4期 2 0 1 5年 8月
大 地 测 量 与 地 球 动 力 学
J o u r n a l o f Ge o d e s y a n d Ge o d y n a mi c s
Vo 1 . 35 No . 4
Aug .,201 5
文章编号 : 1 6 7 1 — 5 9 4 2 ( 2 0 1 5 ) 0 4 - 0 6 7 1 — 0 5
并 采用搜 索 法克 服方程 解 的不稳 定 问题 ; 文 献[ 4 ]
1 伪 距 多 路径 改 正 的 北 斗 三 频 周 跳 探 测 与修 复方 法
1 . 1 周 跳 探 测
三频 伪距 、 相 位组 合观测 量 方程 可表示 为_ 8 ] :
Po b 一 l 0 + h I 1 + ma b + n 6 + £ 曲 I 1 + mz , n h + e + ( 2 ) ( 1 )
一 l D 一
h
+ N
式中, p为卫 星至 接收 机 的几 何距 离 ( 包 括 卫 星钟
码相伪距探测与修复周跳方法改进研究

码相伪距探测与修复周跳方法改进研究摘要:传统码相组合算法能探测7~8周以上大周跳,而传统的电离层残差法仅对于±4周以内的周跳可实现唯一分离,这限制了两者组合的应用。
针对这一问题,对码相组合探测周跳方法进行改进,使得改进的码相组合与电离层残差法能够完全探测周跳。
经理论与实验分析,组合改进的码相组合法与电离层残差法两者结合能够完全探测采样间隔小于10s观测数据中的周跳,对动态非差观测值数据的周跳自动探测有极佳的效果。
关键词:周跳;码相组合;电离层残差法;动态非差观测值引言目前,对周跳探测与修复的研究也较为广泛,但是大部分的研究是基于双差观测值的,并不适用于单站GPS观测数据。
本文通过利用多项式拟合结合传统码相组合对周跳检测量进行改进,通过静态与动态双频观测数据,研究其对高频非差观测值中周跳处理的灵敏度与不确定度,并结合电离层残差法对高频非差数据进行周跳探测。
1 改进的码相伪距组合观测值码相伪距组合观测值探测周跳基于站-星间几何距离在相邻历元的变化构造周跳检测量,其数学模型可由码伪距以及载波相位伪距推导出。
(1)式中两式在历元间求差(不考虑周跳)得:(2)其中为相应的载波相位伪距观测值;为L1载波电离层延迟等效距离误差;为对流层延迟等效距离误差;为常量;为接收机钟差和卫星钟钟差之差;为波长;为观测值上未建模误差,为求差运算。
由(2)可知,历元间求差后,可以消除模糊度的影响,钟差影响以及对流层等其它观测误差的影响也得到了削弱。
基于码伪距与载波相位伪距历元间变化值构造码相伪距组合观测量DCPC:(3)由式(3)可知,在无周跳发生的情况下,DCPC的值主要受电离层残余误差以及残余观测误差的影响,其值应在接近于零的一个常数附近波动,当发生一个n周周跳时,DCPC加入了周跳的影响,上式则改写为:(4)传统的码相伪距法利用的值除以相应的载波波长作为周跳值,这样把残余观测误差引入了周跳探测中。
为了更好地探测周跳,利用多项式拟合码相伪距检测量得到,多项式拟合阶数满足条件,式中N为观测值个数,拟合中误差。
周跳的探测及修复

周跳的探测及修复一、周跳的概念任一观测历元t,完整的载波相位测量值可写为:它是由三部分组成的,其中为接收机i对卫星j的第一个(t0时刻)载波测量值中的整周未知数部分;是接收机实际测量的不足一周的相位值,只要卫星与接收机的振荡器连续正常工作,该值可以精确测定;可由接收机中的多普勒(频移)计数器累计求得[在有的文献中,记为]。
但由于种种缘由,如卫星信号被遮挡或卫星电路瞬时故障,gps 接收机四周的电磁干扰,或接收机电路的瞬时故障,或接收机工作于恶劣的动态环境下,而使载波跟踪环路无法锁住卫星信号等,都将使多普勒计数中断。
如此,在接收机恢复对GPS卫星信号的跟踪后,多普勒计数器的累计值便不正确了。
这就是整周跳变(简称“周跳”)。
因此,必需查找载波相位测量中整周丢失的地方,并对其进行修复,以恢复正确的相位测量值,确保载波相位测量的高精度。
二、周跳的探测及修复周跳的数值可大可小,大的可达十几周甚至成千上万周,小的可能只有几周。
通常大周跳与小周跳的探测方法是不同的,下面分别争论之。
(一)大周跳的探测及修复在观测期间,某颗卫星到接收机的距离的变化是平滑的,有规律的。
也就是说,载波相位观测值[]的变化是平滑的,有规律的。
假如观测值中消失周跳,则将破坏这种平滑性和规律性。
但由于卫星相对于接收机距离的变化可达每秒钟数千周,假如10秒钟观测一次,这种变化可达数万周,不易发觉数十周的周跳。
为此,可对相邻观测值求高次差,以减弱站星距变化对整周计数值的影响。
在这种状况下,假如没有周跳,则求4~5次差后的载波相位观测值的变化,主要是GPS 接收机的晶体振荡器不稳定引起的,它们应呈偶然性误差,且数值为几周以下;否则,求4~5次差后,其变化不再具有偶然性,且数值比产生的周跳值还要大,该表在序号ni为35处,发生丢失100周的大周跳),据此,我们能够找到产生较大周跳的地方,并对其进行修复。
序号ni一次差二次差三次差四次差五次差30464623.158111210.0672398.68591.1281 1.3791-101.9586 31 475833.2251 11608.7531 32 487441.9784 399.8140 12023.5671 2.507233 499450.5455 402.3212-100.5795 12410.8883 -98.0723401.543434 511861.4338 304.2489 300.9639 12715.1372 202.8916-601.2360 35* 524576.5710 507.1405-300.2721 13222.2777 -97.3805399.850236* 537798.8487 409.760099.5781 13632.03772.197637*551430.8864411.957614043.995138*565474.8817有大周跳的相位观测值的高次差(序号右上方有*号者发生了大周跳)为了确定大周跳的数值,可依据发生周跳前的4~5个历元的观测值,用高次插值公式外插求出表中序号为35的正确观测值(这里仅用计数值的整数部分,小数部分仍用原观测值)。
周跳探测与修复

周跳探测与修复摘要:在GPS 数据处理过程中,周跳的存在会使观测值中出现一个偏差,这会使观测值失真,从而不能准确解算整周模糊度,因而,周跳探测与修复是GPS 载波相位高精度定位必须要解决的问题之一。
本文简单介绍周跳的概念、一些常用的周跳探测方法,并探讨了周跳对定位的影响。
关键词:数据处理,周跳,探测修复1 周跳的概念完整的载波相位观测值可表示为:),(),()0()(0i i i t Fr t t Int b t φφφ+-+=式中,)0(b 为初始整周模糊度:),(0t t Int i -φ为整周记数:),(i t Fr φ为不足一周的小数部分。
由于某些原因,历元0至i 之间的整周记数发生中断,这样,恢复之后的整周记数发生错误,而小数部分正确,这就是周跳现象。
周跳的大小可由1周到几万周不等。
2 引起周跳的原因引起周跳的原因主要有以下四个方面(Bernese Document, 2001 ):(1)由于树木、建筑等对卫星信号的遮挡;(2)由于电离层条件、多路径效应、接收机的高动态和卫星的低高度角等产生的低信噪比;(3)接收机处理软件的问题;(4)卫星振荡器出现故障。
3 周跳对定位的影响周跳的发生是个随机事件,因此周跳的探测的算法必须是计算量少、及时的算法。
周跳的探测与修复的过程是必须进行的,因为它干扰了相位观测数据,会导致定位数据处理结果中存在偏差,在跳周数被确定和通过检验后,最后的修复是很容易用数学加减法实现的。
图 3.1显示周跳在相位观测中存在的情况。
图1.1载波相位中存在的周跳对于L1载波,一周的周跳可以造成约20cm的测距误差,根据查佩利的统计,观测值中存在一个周跳对经度、纬度、高程的影响可达分米级,因此,在GPS载波相位定位数据处理中应对周跳进行合理的处理。
通常对所探测出的周跳有周跳修复或添加新模糊度参数两种处理方法。
添加新模糊度参数法由于使观测方程中相位模糊度参数增加,将增大模糊度确定的难度。
综合利用GNSS伪距/相位组合及电离层残差法探测和修复周跳的研究

需 要 对之 前 断 开 的相 位点 进 行 重新 定位 , 导致 了相 位不 连续 现 象 的 出现 , 无 法满 足 信号 传输 的实 际要 求 , 并 且 断 点之 后 的相 位均 值 也发 生 了变化 和误 差 , 这 种误 差称 之 为周跳 。
1 _ 2 _ 1形成 周跳 的具体 原 因
摘 要 卫 星 导航 定位技 术 G N S S在测 绘 、航 天 、军 事和 遥感 领域 都 得 到 了广 泛 的应 用 。随着 技术 的发 展 , 如 何提 高 对G N S S中周跳 的探 测和修 复是 我们 面临 的首要 问题 。本文 主要 针对 G N S S中 的周 跳 问题 ,阐述 了伪距 / 相 位组 合 , 电 离层 残 差 法探 测和 修复 周跳 的原 理 与 方法 。建 立仿 真模 型 , 确立 周 跳探 测 与修 复算 法评 判标 准 , 分别对 两种 方法 进行 仿真 , 通过 仿真 得 出 , 伪距 / 相 位 差 法适合 修 复 大周跳 , 电 离层 残 差法 能对 小周跳 进行探 测 , 在 单独使 用 一种 方 法 时 均存 在 一定 的缺 陷 , 仿 真分 析 发现 , 两种 方法联 合应 用 , 能克 服各 自 缺点 , 适合 多种 条件 下 的周跳探 测 与修 复 。
系统 中的重要 环 节 目前 周 跳 探 测 的方 法 很 多 , 主 要 包 括 多 项 式 拟 合 法 、伪 距/ 载 波 相 位 组 合法 和 电离层 残 差 法 等 , 但 是 每 种 测 量 方法 都 存 在 着一 定 的局 限 性 , 本 文 提 出 了一 种 伪 距 , 载 波 相 位 组合 法
目前来 看 , 形成 周跳 的原 因主要 分为 以下 几种 。 1 ) 卫 星信 号 由于环 境原 因发生 中断 , 导 致卫 星 信号不 能够
一种改进的双频单P码周跳探测与修复方法

ga e t e c c e si e arn c p b l y o h fr me to e c mb n t n . Th x e i n h ws t a h e r d h y l l r p iig a a ii ft e a o e n i n d o i ai s p t o e e p rme ts o h tt e n w
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第 2 卷第4 7 期
20 7年 8月 0
大 地 测 量 与 地 球 动 力 学
J RNAL OF GE ES OU OD Y AND GE ODYN AMI S C
V0. 7 No 4 12 . Au g., 0 7 20
meh d c n r mo e t e e o h— s to a e v h p c wie mul p t fe to h s ud a g n e ar s c s f l y l lp wih n t ah efc ft e p e o r n e a d r p ie uc e sul c ce si t i i y
p o lm ,a m p o e t o ih t k st e mul p t fe to he p e o r n e i t c o ti r p s d t p r be n i r v d meh d wh c a e h t ah ef c ft s ud a g n o a c un sp o o e o u — i
文章 编号 :6 15 4 ( 0 7 0 -0 70 17 .9 2 2 0 )40 6 -5
一
种 改 进 的 双 频 单 P码 周 跳 探 测 与 修 复 方 法
徐 锐 黄 丁发 周 乐 韬 李 成 刚
基于伪距相位组合实时探测与修复GNSS三频非差观测数据周跳

、 电
、 多项式拟合法 、 小波分析法
[ ] 1 2, 4 -
、 多普勒积分
] ] ] 1, 3 1 6 7 8 - - 、 、 、 伪 距 相 位 组 合 法[ 拟 准 检 定 法[ 法[
滤波法 K a l m a n 都比较广泛
电离层延迟变化δ 如果系数 Ki I 1 很小 , k, a b c较 小, j 则历元间电离层 延 迟 变 化 项 也 可 忽 略 , 于是可得 历元间相位组合 观 测 量 模 糊 度 差 估 值 , 即相位组
2, 1 4] 合观测量周跳估值如下 [ ^ / Ni P t - t - δ δ δ λ k= i k- a b c i k= i k( 1) i k( 0) j j j j j φ φ φ ( ( ) ( ) ) / ( ) P P 5 λ a b ct 1 - a b ct 0 i k j 假设载波相位 观 测 量 之 间 、 载波相位观测量
h a s e R e a l t i m e C c l e s l i D e t e c t i o n a n d R e a i r B a s e d o n C o d e C o m b i n a t i o n s f o r - - -p y p p G N S S T r i l e f r e u e n c U n d i f f e r e n c e d O b s e r v a t i o n s - - p q y
] 复的精度 。 文献 [ 采用三频无几何相位组合探 1 3 测周跳 , 并通过类似 L AMB D A 算法的方法搜索 周跳候选组来确 定 周 跳 值 , 然而无几何相位组合
《基于改进TurboEdit算法的周跳检测与修复方法研究》范文

《基于改进TurboEdit算法的周跳检测与修复方法研究》篇一一、引言随着全球定位系统(GPS)的广泛应用,周跳问题逐渐成为影响GPS定位精度的重要因素之一。
周跳是由于信号传输过程中出现的暂时性中断或异常所导致的相位观测值异常现象。
周跳的检测与修复对于提高GPS定位的准确性和可靠性具有重要意义。
近年来,TurboEdit算法因其高效的周跳检测与修复能力而受到广泛关注。
本文旨在研究基于改进TurboEdit算法的周跳检测与修复方法,以提高GPS定位的精度和稳定性。
二、TurboEdit算法概述TurboEdit算法是一种基于多历元数据融合的周跳检测与修复算法。
该算法通过利用多颗卫星的观测数据,结合卡尔曼滤波器等算法,对GPS接收机中的周跳进行检测与修复。
TurboEdit算法具有较高的检测效率和修复精度,但在实际应用中仍存在一定局限性。
本文通过对TurboEdit算法进行改进,以进一步提高其性能。
三、改进的TurboEdit算法针对TurboEdit算法的不足,本文提出以下改进措施:1. 引入动态阈值机制。
根据GPS信号的质量动态调整周跳检测的阈值,以提高算法对不同环境下周跳的适应性。
2. 引入多层次融合策略。
在数据融合过程中,采用多层次融合策略,将不同卫星的观测数据进行分层处理,以提高数据融合的准确性和效率。
3. 优化卡尔曼滤波器。
对卡尔曼滤波器进行优化,使其能够更好地适应动态环境下的周跳检测与修复需求。
四、实验与分析为了验证改进的TurboEdit算法的有效性,本文进行了大量实验。
实验结果表明,改进后的TurboEdit算法在周跳检测与修复方面具有更高的精度和稳定性。
具体表现在以下几个方面:1. 检测效率提高。
改进后的算法能够在更短的时间内完成周跳检测,提高了数据处理的速度。
2. 修复精度提高。
改进后的算法能够更准确地修复周跳问题,降低了周跳对GPS定位精度的影响。
3. 适应性强。
改进后的算法能够根据GPS信号的质量动态调整阈值,提高了算法在不同环境下的适应性。
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码相伪距探测与修复周跳方法改进研究
摘要:传统码相组合算法能探测7~8周以上大周跳,而传统的电离层残差法仅对于±4周以内的周跳可实现唯一分离,这限制了两者组合的应用。
针对这一问题,对码相组合探测周跳方法进行改进,使得改进的码相组合与电离层残差法能够完全探测周跳。
经理论与实验分析,组合改进的码相组合法与电离层残差法两者结合能够完全探测采样间隔小于10s观测数据中的周跳,对动态非差观测值数据的周跳自动探测有极佳的效果。
关键词:周跳;码相组合;电离层残差法;动态非差观测值
引言
目前,对周跳探测与修复的研究也较为广泛,但是大部分的研究是基于双差观测值的,并不适用于单站GPS观测数据。
本文通过利用多项式拟合结合传统码相组合对周跳检测量进行改进,通过静态与动态双频观测数据,研究其对高频非差观测值中周跳处理的灵敏度与不确定度,并结合电离层残差法对高频非差数据进行周跳探测。
1 改进的码相伪距组合观测值
码相伪距组合观测值探测周跳基于站-星间几何距离在相邻历元的变化构造周跳检测量,其数学模型可由码伪距以及载波相位伪距推导出。
(1)
式中两式在历元间求差(不考虑周跳)得:
(2)
其中为相应的载波相位伪距观测值;为L1载波电离层延迟等效距离误差;为对流层延迟等效距离误差;为常量;为接收机钟差和卫星钟钟差之差;为波长;为观测值上未建模误差,为求差运算。
由(2)可知,历元间求差后,可以消除模糊度的影响,钟差影响以及对流层等其它观测误差的影响也得到了削弱。
基于码伪距与载波相位伪距历元间变化值构造码相伪距组合观测量DCPC:
(3)
由式(3)可知,在无周跳发生的情况下,DCPC的值主要受电离层残余误差以及残余观测误差的影响,其值应在接近于零的一个常数附近波动,当发生一个n周周跳时,DCPC加入了周跳的影响,上式则改写为:
(4)
传统的码相伪距法利用的值除以相应的载波波长作为周跳值,这样把残余观测误差引入了周跳探测中。
为了更好地探测周跳,利用多项式拟合码相伪距检测量得到,多项式拟合阶数满足条件,式中N为观测值个数,拟合中误差。
检测量的值与拟合值之差除以相应的波长,四舍五入所得值即为周跳值n:
(5)
计算得到的n并不能直接作为周跳值进行修复,因为当采样间隔增大时,DCPC本身的值会随着残余误差的增大而增大,实验发现当采样间隔为10s时,DCPC最大可达到0.4m左右。
因此,用文中所提方法进行周跳探测与修复时应事先根据经验确定不同采样间隔下的周跳。
2 分析、实验
本文通过静态与动态两组经检验不含周跳的观测值数据计算改进后码相伪距组合的灵敏度和不确定度,并通过模拟实验探讨其与电离层残差法结合完全探测周跳的可行性。
2.1 灵敏度与不确定度分析
数据来源于某GPS控制网Leica GPS1200双频接收机采集的采样间隔为10s 的观测数据,以及动态条件下南方灵锐S86双频接收机采集的采样间隔为1s观测数据。
静态数据选取PRN15卫星13:30至14:30一小时361个历元,动态数据选取PRN22卫星10min共601个历元的观测数据。
当无周跳发生时,DCPC值主要受电离层残余误差的影响,两个相邻的DCPC 值的变化值将被用来确定周跳探测的灵敏度,因此可以依据下式在不含周跳的观测值中确定算法的灵敏度(SEN)。
(8)
式中表示相邻DCPC变化最大值。
在码相伪距检测量DCPC拟合过程中采用m阶多项式拟合,拟合虽然减小了残余误差的影响,但由(5)式计算周跳值n还是包含大量误差,这里用不确定度(UN-CER)表示,其可由(9)式计算:
(9)
式中,。
当采样间隔为1s时,灵敏度为±1,不确定度为0周。
即对于1s采样间隔的
观测值数据,运用该方法可直接实现周跳的探测与修复,无需进行电离层残差法探测与修复周跳的过程。
2.2 周跳模拟实验
为了验证本文方法的可行性,在10s间隔与1s间隔观测数据L1波段第10、100、200、300与100、200、300、400历元分别加入+2、-1、+3、-7周周跳,该四个历元模拟周跳检测量结果如表1(加粗部分为结果在灵敏度范围内不予修复的数据):
表2 模拟周跳探测结果
10s历元检测量/周1s历元检测量/周
10 +1 100 +2
100 -1 200 -1
200 +4 300 +3
300 -7 400 7
由表1与2可得,10s采样间隔下对于小于2周的周跳不能探测,其探测结果不正确,但其不能探测的部分或探测不正确的部分可由电离层残差法进一步的探测,因此结合该两种方法对于10s采样间隔的数据能够完全探测与修复周跳,其DCPC检测量见图1(黑线部分为拟合DCPC曲线)。
图1 采样间隔10s含周跳的码相伪距组合检测量
周跳修复时,利用本方法仅修复200、300历元的周跳探测量,然后对码相伪距组合修复的观测值数据运用电离层残差法进行探测未修复周跳,检测量与周跳值如图2所示。
图2 电离层残差法探测残余周跳
当采样间隔为1s时,DCPC检测量见图3。
图3采样间隔1s含周跳的码相伪距组合检测量
综上,所有模拟周跳被完全探测,组合电离层残差法与码相伪距探测与修复周跳具有较好的稳定性。
另外经实验分析,采样间隔过大时,由于电离层变化及其它影响,码相伪距检测量的灵敏度减低,不确定度增大,30s采样间隔时灵敏度为±4周,不确定度为±3周,无法唯一提供±4周内的周跳,该组合方法失效,无法完全探测与修复周跳。
因此,组合电离层残差与改进的码相伪距探测与修复周跳对于采样率1~10s的观测值数据的周跳探测与修复具有极佳的效果。
3 结束语
通过利用多项式拟合改进传统码相伪距组合法,计算码相伪距组合法在10s、1s采样率间隔下的灵敏度与不确定度,并通过周跳模拟检验,得出以下结论:
1、计算得到的灵敏度与不确定度与模拟周跳的探测结果相符,采样间隔相同的情况下载波相位观测值的灵敏度与不确定度应为确定值;
2、组合电离层残差与改进的码相伪距探测与修复周跳探测采样率10s的观测值,具有较好的效果,组合其应用具有较高的精确度,对于1s采样间隔的数据仅使用文中改进的码相伪距探测与修复周跳便可完全探测与修复周跳,但对于低采样率观测值得应用还需要进一步研究;
参考文献
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