本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)處理技術(shù)，尤其涉及一種北斗三頻信號的實(shí)時周跳探測與修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
在使用接收機(jī)進(jìn)行連續(xù)載波相位觀測時，若由于障礙物遮擋或無線電干擾等原因?qū)е滦l(wèi)星信號失鎖，從而使觀測的載波相位發(fā)生整周跳變，這一現(xiàn)象就叫做周跳。周跳的探測和修復(fù)是涉及到載波相位觀測值的數(shù)據(jù)處理中必不可少的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行g(shù)nss模糊度解算前，必須首先對相位觀測值進(jìn)行周跳探測與修復(fù)，才能進(jìn)行后續(xù)的高精度數(shù)據(jù)處理?？紤]到我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前已經(jīng)開始播發(fā)三個頻率的載波信號，其中心頻率分別為b1(1561.098mhz)，b2(1207.140mhz)和b3(1268.520mhz)。采用三頻載波信號，可以提高周跳探測與修復(fù)的敏感性和可靠性，這對于實(shí)時精密定位顯得尤為重要。
在目前所有周跳探測方法中，判斷是否發(fā)生周跳時所采用的探測量閾值都是根據(jù)有關(guān)先驗(yàn)信息確定的，是一個固定不變的值，這就會導(dǎo)致在周跳探測過程中可能會出現(xiàn)誤判或者漏判的現(xiàn)象，影響了周跳探測的可靠性，使得得到錯誤的周跳修復(fù)值，從而影響后續(xù)的模糊度解算。而且大多數(shù)方法最多只能探測1周及以上的周跳，對于半周的特殊周跳則無法探測，探測能力有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種北斗三頻信號的實(shí)時周跳探測與修復(fù)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種北斗三頻信號的實(shí)時周跳探測與修復(fù)方法，包括以下步驟：
1)接收北斗三頻信號，選取三個周跳探測量,計算在第t+1歷元與第t歷元的差值dt1、dt2及dt3；
2)根據(jù)三個周跳探測量歷元差的先驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差和驗(yàn)后標(biāo)準(zhǔn)差確定各周跳探測量的閾值；
3)判斷周跳：將步驟1)計算得到的三個周跳探測量的歷元差，與步驟2)確定的對應(yīng)探測閾值進(jìn)行比較，若某周跳探測量的歷元差大于對應(yīng)的探測閾值，表示該探測量已發(fā)現(xiàn)周跳，否則認(rèn)為該探測量沒有產(chǎn)生周跳；
4)修復(fù)：
4.1)對三個周跳探測量進(jìn)行判斷后，將判斷結(jié)果分為以下四種：
(4.1.1)三個周跳探測量均未發(fā)現(xiàn)周跳；
(4.1.2)周跳探測量t1和t2未發(fā)現(xiàn)周跳，但是周跳探測量t3超過閾值；
(4.1.3)周跳探測量t1和t3未發(fā)現(xiàn)周跳，但是周跳探測量t2超過閾值；
(4.1.4)除了以上三種情況以外的其他結(jié)果；
4.2)根據(jù)4.1中的四種探測結(jié)果，分別采用相應(yīng)的辦法對周跳予以修復(fù)：
(4.2.1)對于4.1中確定的第一種結(jié)果，說明此歷元無周跳發(fā)生，因此不用修復(fù)；
(4.2.2)對于4.1中確定的第二種結(jié)果，說明三個頻率的載波相位觀測值均發(fā)生了相同大小的周跳；設(shè)該周跳值為δn，為修復(fù)可能發(fā)生的半周周跳，周跳值采用下式計算得到：
δn＝[2dt3/(2λ1-1.3λ2-0.7λ3)]r/2
式中[*]r為四舍五入符號；
(4.2.3)對于4.1中確定的第三種結(jié)果，說明三個頻率的載波相位觀測值發(fā)生的周跳大小之比為三個頻率數(shù)之比；
設(shè)各頻率上的周跳值分別為n1,n2,n3，則有
δn＝[dt2/(n1+n2-2*n3)]r；
對于bds系統(tǒng)而言(n1,n2,n3)＝(152.6,118,124)，則設(shè)各頻率上的周跳值分別為152.6δn，118δn和124δn，則有
δn＝[dt2/22.6]r
然后可根據(jù)各頻率上周跳值與δn的比例關(guān)系求得對應(yīng)周跳值。
(4.2.4)對于4.1中確定的第四種結(jié)果，說明相位觀測值發(fā)生了一般周跳(包括半周周跳)。此時額外增加超寬巷組合觀測值，先直接取整獲得探測量t2及超寬巷組合觀測值的2倍周跳值，再進(jìn)行最小二乘平差估計來確定周跳值。在修復(fù)過程中，采用將周跳探測量先放大2倍然后取整最后還原的策略，修復(fù)包括半周在內(nèi)的所有周跳。
按上述方案，所述步驟1)中具體計算方法如下：
計算初始時刻第t歷元三個周跳探測量t1(t)、t2(t)及t3(t)的大??；計算第t+1歷元三個周跳探測量t1(t+1)、t2(t+1)及t3(t+1)的大??；
計算三個周跳探測量在第t+1歷元與第t歷元的差值dt1、dt2及dt3。
按上述方案，所述三個周跳探測量采用以下公式計算：
第一個周跳探測量t1的大小，該探測量用公式可表示為：
t1(t)＝a11φ1+a12φ2-a13φ3
式中，φ為以米為單位的相位觀測值，a11、a12及a13為常系數(shù)且滿足以下條件：
其中c1＝n1/n3，c2＝n2/n3且對于bds系統(tǒng)而言(n1,n2,n3)＝(152.6,118,124)；
計算初始時刻第t歷元第二個周跳探測量t2的大小，該探測量用公式可表示為：
式中
計算初始時刻第t歷元第三個探測量t3的大小，該探測量用公式可表示為：
t3(t)＝a31φ1+a32φ2+a33φ3
式中a31＝2，a32＝-1.3，a33＝-0.7。
按上述方案，所述步驟2)中確定各周跳探測量的閾值的步驟如下：
2.1)給定非差偽距觀測值先驗(yàn)噪聲σp、相位觀測值先驗(yàn)噪聲σφ及前后歷元間電離層延遲先驗(yàn)變化值δi1，計算各周跳探測量歷元差的先驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差
2.2)計算三個周跳探測量歷元差的驗(yàn)后標(biāo)準(zhǔn)差
2.3)在前k個歷元周跳探測閾值取
按上述方案，k為設(shè)定值，取值范圍為50至100。
按上述方案，所述驗(yàn)后標(biāo)準(zhǔn)差采用以下公式
式中n表示參與計算的歷元數(shù)。
按上述方案，所述步驟4.2.4)中修復(fù)周跳具體步驟如下：
為避免因數(shù)值大小差異過大帶來的平差解算的病態(tài)問題，在進(jìn)行周跳修復(fù)時額外增加計算一個周跳探測量t4，該探測量為無幾何關(guān)系且無電離層延遲的超寬巷組合，其表達(dá)式如下：
式中
對周跳探測量t2及t4的歷元差均擴(kuò)大2倍，再進(jìn)行取整，得到對應(yīng)組合周跳的2倍整數(shù)值[2dt2]r及[2dt4]r。
聯(lián)合四個周跳探測量歷元差的2倍組建誤差方程，表示如下：
l＝bδn
式中δn＝(δn1,δn2,δn3)為各頻率上的周跳值，l矩陣及b矩陣分別如下所示：
采用最小二乘平差解算，得到平差后的估值
式中，
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：
1.本發(fā)明方法僅采用三個特定的組合觀測值即可進(jìn)行周跳探測，再聯(lián)合超寬巷組合觀測值即可實(shí)現(xiàn)周跳修復(fù)，操作簡單；
2.周跳探測過程中的探測閾值是根據(jù)實(shí)時計算的方差大小動態(tài)確定的，相比現(xiàn)有根據(jù)先驗(yàn)精度固定探測閾值的方法而言，能夠更加可靠地探測周跳，減少漏判或者誤判的可能；
3.周跳修復(fù)時根據(jù)四類不同的探測結(jié)果進(jìn)行針對性修復(fù)，提高了周跳修復(fù)的效率；
4.修復(fù)一般周跳時，聯(lián)合超寬巷組合觀測值進(jìn)行最小二乘平差估計，避免了平差方程中數(shù)值差異過大引起的平差解算病態(tài)問題，增強(qiáng)了平差結(jié)果的可靠性；
5.周跳修復(fù)過程中采用探測量先放大2倍進(jìn)行最小二乘平差估計再取整最后還原的策略，可修復(fù)包括半周在內(nèi)的所有周跳。
附圖說明
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示，一種北斗三頻信號的實(shí)時周跳探測與修復(fù)方法，包括以下步驟：
第一步，周跳探測量的計算。通過北斗三頻接收機(jī)接收北斗三頻信號，選取三個合適的周跳探測量,計算在第t+1歷元與第t歷元的差值dt1、dt2及dt3；
其中，選取三個合適的周跳探測量為選取三個幾何無關(guān)模型下的無電離層或弱電離層、低噪聲的組合觀測值作為周跳探測量。
1.1計算初始時刻第t歷元第一個周跳探測量t1的大小，該探測量用公式可表示為：
t1(t)＝a11φ1+a12φ2-a13φ3(1)式中，φ為以米為單位的相位觀測值，a11、a12及a13為常系數(shù)且滿足以下條件：
其中c1＝n1/n3，c2＝n2/n3且對于bds系統(tǒng)而言(n1,n2,n3)＝(152.6,118,124)。
1.2計算初始時刻第t歷元第二個周跳探測量t2的大小，該探測量用公式可表示為：
式中
1.3計算初始時刻第t歷元第三個探測量t3的大小，該探測量用公式可表示為：
t3(t)＝a31φ1+a32φ2+a33φ3(4)
式中a31＝2，a32＝-1.3，a33＝-0.7，其他符號含義同前。
1.4計算t+1歷元以上三個周跳探測量的大小，然后與t時刻的周跳探測量進(jìn)行相減，得到各探測量的歷元差dt1、dt2及dt3，其中
dti(t+1)＝ti(t+1)–ti(t)(i＝1,2,3)(5)
第二步，探測閾值的確定。
2.1給定非差偽距觀測噪聲σp、相位觀測噪聲σφ及前后歷元間電離層延遲變化δi1，計算各周跳探測量歷元差的先驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差。本發(fā)明暫取σp＝0.3m，σφ＝0.003m，δi1＝0.01m。經(jīng)計算，各周跳探測量歷元差的先驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差
2.2將各周跳探測量的歷元差近似看作零均值的正態(tài)分布統(tǒng)計量，則其驗(yàn)后標(biāo)準(zhǔn)差可用遞推公式求得，具體為
式中n表示參與計算的歷元數(shù)。
2.3在探測開始的前k個歷元采用
第三步，判斷周跳并修復(fù)。
3.1將第一步中計算得到的第t+1時刻三個探測量的歷元差，與第二步所確定的對應(yīng)的探測閾值進(jìn)行比較。若某探測量的歷元差大于對應(yīng)的探測閾值，則說明該探測量發(fā)現(xiàn)周跳。對三個周跳探測量進(jìn)行判斷后，會出現(xiàn)以下四種結(jié)果：
(1)三個周跳探測量均未發(fā)現(xiàn)周跳；
(2)周跳探測量t1和t2未發(fā)現(xiàn)周跳，但是周跳探測量t3超過閾值；
(3)周跳探測量t1和t3未發(fā)現(xiàn)周跳，但是周跳探測量t2超過閾值；
(4)除了以上三種情況以外的其他結(jié)果。
3.2根據(jù)3.1中的四種探測結(jié)果，分別采用相應(yīng)的辦法對周跳予以修復(fù)：
(1)對于3.1中確定的第一種結(jié)果，說明此歷元無周跳發(fā)生，因此不用修復(fù)；
(2)對于3.1中確定的第二種結(jié)果，說明三個頻率的載波相位觀測值均發(fā)生了相同大小的周跳。設(shè)該周跳值為δn，為修復(fù)可能發(fā)生的半周周跳，周跳值可采用下式計算得到：
δn＝[2dt3/(2λ1-1.3λ2-0.7λ3)]r/2(8)
式中[*]r為四舍五入符號。
(3)對于3.1中確定的第三種結(jié)果，說明三個頻率的載波相位觀測值發(fā)生的周跳大小之比為三個頻率數(shù)之比。設(shè)各頻率上的周跳值分別為152.6δn，118δn和124δn，則有
δn＝[dt2/22.6]r(9)
然后可根據(jù)各頻率上周跳值與δn的比例關(guān)系求得對應(yīng)周跳值。
(4)對于3.1中確定的第四種結(jié)果，說明相位觀測值發(fā)生了一般周跳(包括半周周跳)。此時采用最小二乘平差的方法來估計周跳的大小，具體步驟如下：
a)為避免因數(shù)值大小差異過大帶來的平差解算的病態(tài)問題，在進(jìn)行周跳修復(fù)時額外增加計算一個周跳探測量t4，該探測量為無幾何關(guān)系且無電離層延遲的超寬巷組合，其表達(dá)式如下：
式中
b)對周跳探測量t2及t4的歷元差均擴(kuò)大2倍，再進(jìn)行取整，得到對應(yīng)組合周跳的2倍整數(shù)值[2dt2]r及[2dt4]r。
c)聯(lián)合四個周跳探測量歷元差的2倍組建誤差方程，表示如下：
l＝bδn(11)
式中δn＝(δn1,δn2,δn3)為各頻率上的周跳值，l矩陣及b矩陣分別如下所示：
d)采用最小二乘平差解算，得到平差后的估值
式中，
3.3將修復(fù)周跳后的探測量代入式(7)，更新本歷元的驗(yàn)后標(biāo)準(zhǔn)差，重復(fù)本發(fā)明的探測與修復(fù)方法，直至所有歷元數(shù)據(jù)處理完成。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。