本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種顧及GNSS接收機(jī)鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值構(gòu)造方法。

背景技術(shù)：

速度和加速度是表征物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)，GNSS的出現(xiàn)為高精度獲取運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)速度和加速度提供了新的手段，通常利用多普勒觀測(cè)值直接求解載體的運(yùn)動(dòng)速度/加速度。利用該方法求解時(shí)，需要GNSS接收機(jī)能輸出多普勒觀測(cè)值，但是在實(shí)際應(yīng)用中，并非所有的GNSS接收機(jī)均能輸出原始多普勒觀測(cè)值，對(duì)于不能輸出原始多普勒觀測(cè)值的GNSS接收機(jī)，則需要利用載波相位觀測(cè)值來構(gòu)造多普勒觀測(cè)值，本發(fā)明中稱之為導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值。

構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值需要利用到載波相位觀測(cè)值及其相對(duì)應(yīng)的時(shí)標(biāo)，而載波相位觀測(cè)值的時(shí)標(biāo)是由接收機(jī)所采用的頻標(biāo)提供的，由于該頻標(biāo)通常為接收機(jī)內(nèi)部的石英振蕩器產(chǎn)生，其震蕩頻率易受環(huán)境影響，鐘漂較大，因此，隨著觀測(cè)的進(jìn)行，接收機(jī)的鐘差會(huì)逐漸漂移。而同時(shí)為了保持接收機(jī)時(shí)標(biāo)與GNSS系統(tǒng)時(shí)間同步(通常為1ms)，多數(shù)接收機(jī)都采用插入周期性的鐘跳進(jìn)行控制。

接收機(jī)鐘跳對(duì)載波相位觀測(cè)值產(chǎn)生與周跳類似的影響，使得數(shù)據(jù)跳變，通常做法是將鐘跳當(dāng)成周跳進(jìn)行探測(cè)和修復(fù)，如利用鐘跳發(fā)生之前的連續(xù)載波相位觀測(cè)值插值鐘跳發(fā)生時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值，進(jìn)而正確構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值。這種方式將導(dǎo)致發(fā)生鐘跳時(shí)刻的所有衛(wèi)星都被判定為發(fā)生周跳，進(jìn)而需要對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行周跳修復(fù)，由此產(chǎn)生了許多不必要的周跳探測(cè)和修復(fù)過程，影響了方法的執(zhí)行效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種顧及GNSS接收機(jī)鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值構(gòu)造方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種顧及GNSS接收機(jī)鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值構(gòu)造方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：接收GNSS原始觀測(cè)數(shù)據(jù)和廣播星歷；

步驟2：采用偽距單點(diǎn)定位求得接收機(jī)鐘差；

步驟3：利用鐘差序列構(gòu)造鐘跳檢驗(yàn)量；

步驟4：進(jìn)行鐘跳判斷；

如果鐘跳檢驗(yàn)量大于閾值，說明存在鐘跳，則執(zhí)行步驟5；

如果鐘跳檢驗(yàn)量小于等于閾值，說明不存在鐘跳，則執(zhí)行步驟6；

步驟5：修改接收機(jī)鐘面采樣時(shí)標(biāo)使之與載波相位觀測(cè)值相對(duì)應(yīng)；

步驟6：采用一階相位中心差分法構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

本發(fā)明通過修改采樣時(shí)標(biāo)而非修正載波相位觀測(cè)值的方式，使得載波相位觀測(cè)值和其真實(shí)的采樣時(shí)標(biāo)對(duì)應(yīng)起來，有效避免了許多不必要的周跳探測(cè)和修復(fù)過程，顯著地提高了構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值的執(zhí)行效率、正確性和可靠性。本專利源于中國地震局地震科技星火計(jì)劃攻關(guān)項(xiàng)目(XH16053)：聯(lián)合高頻GNSS和強(qiáng)震儀的地震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)方法研究。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中測(cè)站METS的鐘差結(jié)果序列圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中測(cè)站METS的鐘跳結(jié)果序列圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中測(cè)站METS的速度結(jié)果序列圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中測(cè)站METS的加速度結(jié)果序列圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例2中機(jī)載實(shí)驗(yàn)的鐘差結(jié)果序列圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例2中機(jī)載實(shí)驗(yàn)的鐘跳結(jié)果序列圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例2中機(jī)載實(shí)驗(yàn)的速度結(jié)果序列圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例2中機(jī)載實(shí)驗(yàn)的加速度結(jié)果序列圖；

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1：靜態(tài)模擬動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。

選取IGS(International GNSS Service，國際GNSS服務(wù))觀測(cè)網(wǎng)中的METS站作為實(shí)例說明對(duì)象。對(duì)于靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，在理論意義上，其速度和加速度存在真值，即為“0”，將結(jié)果與其比較，可用作評(píng)定本發(fā)明方法效果。

圖1示出了本發(fā)明公布的顧及GNSS接收機(jī)鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值構(gòu)造方法流程圖，該方法包括以下步驟：

(a)接收GNSS偽距、載波相位等觀測(cè)數(shù)據(jù)和廣播星歷；

在本步驟中，下載METS站2011-04-10(年積日：100)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)和廣播星歷，數(shù)據(jù)采樣率為1Hz，所選數(shù)據(jù)時(shí)間范圍從00:00:00至02:00:00，共計(jì)7200秒，以備后續(xù)求解測(cè)站速度和加速度時(shí)使用。

(b)在構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值前，增加偽距單點(diǎn)定位過程，求得接收機(jī)鐘差；

在本步驟中，利用偽距進(jìn)行逐歷元標(biāo)準(zhǔn)單點(diǎn)定位計(jì)算，得到鐘差序列結(jié)果δt_i(i＝1,2,…,7200)，如圖2所示。

(c)鐘差序列做差求得鐘跳值，并判斷鐘跳是否存在，t_i+1時(shí)刻的鐘跳檢驗(yàn)量T_{CR_i+1}為：

T_{CR_i+1}＝|(δt_i+1-δt_i-1)| i＝2,3,…,7199 (1)

其中，t_i是按從前到后順序的接收機(jī)鐘面采樣時(shí)刻，δt_i是相應(yīng)鐘面采樣時(shí)刻的接收機(jī)鐘差，round()是一個(gè)四舍五入函數(shù)，如果T_{CR_i+1}≥0.5ms，就認(rèn)為t_i+1發(fā)生鐘跳，圖3是METS站的鐘跳情況，可知該站每隔6～7分鐘發(fā)生一次鐘跳，鐘跳較為頻繁。鐘跳值為：

τ_{CR_i+1}＝round(δt_i+1-δt_i-1) i＝2,3,…,7199 (2)

(d)如果t_i+1發(fā)生鐘跳，修改接收機(jī)鐘面采樣時(shí)標(biāo)使之與載波相位觀測(cè)值相對(duì)應(yīng)：

t_{i+1_new}＝t_i+1-τ_{CR_i+1} i＝2,3,…,7199 (3)

(e)最后采用一階相位中心差分法構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值：

其中，和是接收機(jī)接鐘面采樣時(shí)刻收到的載波相位觀測(cè)值。需要說明的是t_i+1發(fā)生鐘跳，該時(shí)刻接收到的其實(shí)是利用得到的導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值可進(jìn)行速度、加速度求解?？紤]到兩小時(shí)數(shù)據(jù)量較大，圖4中僅截取了2分鐘的METS測(cè)站速度結(jié)果，圖5中僅截取了2分鐘的METS測(cè)站加速度結(jié)果。在圖中，虛圈線是未考慮鐘跳影響下構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值進(jìn)行測(cè)速測(cè)加速度的結(jié)果，可知與鐘跳時(shí)刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果均出現(xiàn)了異常跳變，與實(shí)際情況不符；星點(diǎn)線是本發(fā)明方法所得結(jié)果，可知與鐘跳時(shí)刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果依舊正常，在“0”附近位置，由此說明本發(fā)明方法十分有效。

實(shí)施例2：動(dòng)態(tài)機(jī)載實(shí)驗(yàn)。

選取某次航空Lidar測(cè)量實(shí)驗(yàn)所采集的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用TRIMBLE4000SSI接收機(jī)，數(shù)據(jù)采樣率為1Hz，數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)共計(jì)3小時(shí)50分，包含了飛機(jī)起飛、飛行和降落的過程。

依據(jù)圖1示出的本發(fā)明方法步驟進(jìn)行計(jì)算：

(a)接收GNSS偽距、載波相位等觀測(cè)數(shù)據(jù)和廣播星歷。

(b)利用偽距進(jìn)行逐歷元標(biāo)準(zhǔn)單點(diǎn)定位計(jì)算，得到鐘差序列結(jié)果，如圖6所示。

(c)利用鐘差序列構(gòu)造鐘跳檢驗(yàn)量T_CR，當(dāng)T_CR≥0.5ms時(shí)，就認(rèn)為存在鐘跳，圖7是該機(jī)載實(shí)驗(yàn)的鐘跳情況，可知鐘跳在飛機(jī)起飛前、飛行中和降落后均發(fā)生，共有6處，每處鐘跳值為-1ms。

(d)對(duì)于發(fā)生鐘跳的時(shí)刻，修改接收機(jī)鐘面采樣時(shí)標(biāo)使之與載波相位觀測(cè)值相對(duì)應(yīng)。

(e)采用一階相位中心差分法構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值，然后進(jìn)行速度和加速度求解。

考慮到數(shù)據(jù)量較大，圖8中僅截取了飛機(jī)飛行中的C處鐘跳前后的速度結(jié)果，圖9中僅截取了飛機(jī)飛行中的C處鐘跳前后的加速度結(jié)果。在圖中，虛圈線是未考慮鐘跳影響下構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測(cè)值進(jìn)行測(cè)速測(cè)加速度的結(jié)果，可知與鐘跳時(shí)刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果均出現(xiàn)了異常跳變，與實(shí)際情況不符；星點(diǎn)線是本發(fā)明方法所得結(jié)果，可知與鐘跳時(shí)刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果依舊正常，由此說明本發(fā)明方法對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)也十分有效。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。