一種gps雙頻非差周跳探測(cè)與修復(fù)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）雙頻非差周跳探測(cè)與修復(fù)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，周跳探測(cè)與修復(fù)是GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)預(yù)處理階 段的關(guān)鍵問題，對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)平差中的參數(shù)估計(jì)和計(jì)算效率有著顯著影響，決定了GPS高精度 定位定軌的效果。
[0003] 同時(shí)，在GPS精密單點(diǎn)定位（PPP，PrecisePointPositioning)技術(shù)的研宄和應(yīng) 用越來越廣泛的情況下，非差相位算法也越來越重要。但因非差相位算法不能利用差分法 消除相關(guān)誤差，所以，與差分模式相比較，非差模式下對(duì)GPS數(shù)據(jù)的周跳探測(cè)與修復(fù)更為困 難。
[0004]目前，常用的非差觀測(cè)值周跳探測(cè)方法主要有高次差法、多項(xiàng)式擬合法、電離層殘 差法、TurboEdit方法、卡爾曼濾波法及小波變換法等。其中，TurboEdit算法的探測(cè)精度高 且易于實(shí)現(xiàn)，然而TurboEdit方法中的兩個(gè)組合觀測(cè)值都采用了雙頻偽距觀測(cè)值，雖然觀 測(cè)值采用的是P碼觀測(cè)值，但相對(duì)于高精度定位要求，誤差仍然偏高，且無法探測(cè)并修復(fù)小 于2周以內(nèi)的周跳。
[0005] 幾何無關(guān)（GF，Geometry-Free)組合采用了多項(xiàng)式擬合偽距觀測(cè)值，但該組合引 入了人為誤差，降低了小周跳修復(fù)能力。
[0006] 為了進(jìn)一步提高定位精度，滿足GPS導(dǎo)航高精度定位的需求，迫切需要一種高效 的周跳探測(cè)與修復(fù)方法，能夠探測(cè)并修復(fù)小周跳、大周跳、特殊周跳和連續(xù)周跳，為數(shù)據(jù)后 續(xù)高效處理打下堅(jiān)定的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種GPS雙頻非差周跳探測(cè)與修復(fù)方法 及裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中因未考慮GPS衛(wèi)星高度角因素、多項(xiàng)式擬合誤差導(dǎo)致的低高 度角周跳誤探率高、難以探測(cè)與準(zhǔn)確修復(fù)小周跳的技術(shù)問題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0009] 一、一種GPS雙頻非差周跳探測(cè)方法，包括：
[0010] 步驟1，讀取GPS觀測(cè)值，根據(jù)GPS觀測(cè)值生成第一檢測(cè)量和第二檢測(cè)量，第一檢測(cè) 量為MW組合檢測(cè)量，第二檢測(cè)量為GF組合檢測(cè)量；
[0011] 步驟2,利用自適應(yīng)滑動(dòng)窗口模型對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，對(duì)平滑后的第一檢測(cè)量 進(jìn)行周跳探測(cè)，獲取第一探測(cè)結(jié)果；
[0012] 步驟3,利用歷元求差法對(duì)第二檢測(cè)量求差生成第三檢測(cè)量，對(duì)第三檢測(cè)量進(jìn)行周 跳探測(cè)，獲取第二探測(cè)結(jié)果；所述的第三檢測(cè)量包括當(dāng)前歷元和上一歷元的第二檢測(cè)量之 差以及當(dāng)前歷元和下一歷元的第二檢測(cè)量之差；
[0013] 步驟4,分析第一探測(cè)結(jié)果及第二探測(cè)結(jié)果，解算周跳歷元處的第一檢測(cè)量及第三 檢測(cè)量獲得第一周跳值和第二周跳值，即第一頻段和第二頻段的周跳值。
[0014] 步驟2中所述的利用自適應(yīng)滑動(dòng)窗口模型對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，具體為：
[0015] 歷元初始階段，即衛(wèi)星高度角不大于30度、且歷元值不大于最大窗口長(zhǎng)度時(shí)，利 用兄1對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，該階段窗口長(zhǎng)度sm=int(i);
[0016] 歷元中期階段，即衛(wèi)星高度角大于30度時(shí)，利用兄=￡W對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平 滑，該階段窗 口長(zhǎng)度sm=int[min(N/10, 30)];
[0017] 歷元后期階段，即衛(wèi)星高度角不大于30度、且歷元值大于最大窗口長(zhǎng)度時(shí)，利用 疋=￡W對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，該階段窗口長(zhǎng)度sm=int[SmaX(l-Sine)];
[0018] 其中，k、w分別表示歷元i、j下第一檢測(cè)量，厭、分別為平滑后的歷元i、 (i-l)下第一檢測(cè)量，i為當(dāng)前歷元值，N為歷元總數(shù)，e為當(dāng)前歷元的衛(wèi)星高度角，smax為 最大窗口長(zhǎng)度，即在預(yù)設(shè)采樣率下衛(wèi)星高度角首次達(dá)到30度時(shí)的歷元值。
[0019] 步驟2中所述的對(duì)平滑后的第一檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，具體為：
[0020] 求取差值< -，若不滿足M ，則當(dāng)前歷元存在周跳；其中，< 為 當(dāng)前歷元第一檢測(cè)量，兒1為平滑后的上一歷元第一檢測(cè)量，〇 <的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0021] 步驟3中所述的對(duì)第三檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，包括：
[0022] 確定衛(wèi)星高度角加權(quán)系I
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種GPS雙頻非差周跳探測(cè)方法，其特征在于，包括步驟： 步驟1，讀取GPS觀測(cè)值，根據(jù)GPS觀測(cè)值生成第一檢測(cè)量和第二檢測(cè)量，第一檢測(cè)量為 MW組合檢測(cè)量，第二檢測(cè)量為GF組合檢測(cè)量； 步驟2,利用自適應(yīng)滑動(dòng)窗口模型對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，對(duì)平滑后的第一檢測(cè)量進(jìn)行 周跳探測(cè)，獲取第一探測(cè)結(jié)果； 步驟3,利用歷元求差法對(duì)第二檢測(cè)量求差生成第三檢測(cè)量，對(duì)第三檢測(cè)量進(jìn)行周跳探 測(cè)，獲取第二探測(cè)結(jié)果；所述的第三檢測(cè)量包括當(dāng)前歷元和上一歷元的第二檢測(cè)量之差以 及當(dāng)前歷元和下一歷元的第二檢測(cè)量之差； 步驟4,分析第一探測(cè)結(jié)果及第二探測(cè)結(jié)果，解算周跳歷元處的第一檢測(cè)量及第三檢測(cè) 量獲得第一周跳值和第二周跳值，即第一頻段和第二頻段的周跳值。
2. 如權(quán)利要求1所述的GPS雙頻非差周跳探測(cè)方法，其特征在于： 步驟2中所述的利用自適應(yīng)滑動(dòng)窗口模型對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，具體為： 歷元初始階段，即衛(wèi)星高度角不大于30度、且歷元值不大于最大窗口長(zhǎng)度時(shí)，利用
吋第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，該階段窗口長(zhǎng)度sm= int(i); 歷元中期階段，即衛(wèi)星高度角大于30度時(shí)，利用
對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑， 該階段窗 口長(zhǎng)度 sm = int [min (N/10, 30)]; 歷元后期階段，即衛(wèi)星高度角不大于30度、且歷元值大于最大窗口長(zhǎng)度時(shí)，利用
對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，該階段窗口長(zhǎng)度sm = int [s max (1-sin e)]; 其中，<、呎分別表示歷元i、j下第一檢測(cè)量，祀、冗1分別為平滑后的歷元i、 (i-1)下第一檢測(cè)量，i為當(dāng)前歷元值，N為歷元總數(shù)，e為當(dāng)前歷元的衛(wèi)星高度角，s max為 最大窗口長(zhǎng)度，即在預(yù)設(shè)采樣率下衛(wèi)星高度角首次達(dá)到30度時(shí)的歷元值。
3. 如權(quán)利要求1所述的GPS雙頻非差周跳探測(cè)方法，其特征在于： 步驟2中所述的對(duì)平滑后的第一檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，具體為： 求取差值若不滿足
，則當(dāng)前歷元存在周跳；其中，M為當(dāng)前 歷元第一檢測(cè)量，為平滑后的上一歷元第一檢測(cè)量，σ R的標(biāo)準(zhǔn)差。
4. 如權(quán)利要求1所述的GPS雙頻非差周跳探測(cè)方法，其特征在于： 步驟3中所述的對(duì)第三檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，包括： 確定衛(wèi)星高度角加權(quán)系數(shù)
當(dāng)?shù)谌龣z測(cè)量滿足
時(shí)，確定當(dāng)前歷元存在周跳，￡#·；)、 Z,,(/+1)分別表示當(dāng)前歷元、上一歷元、下一歷元的第三檢測(cè)量。
5. 如權(quán)利要求1所述的GPS雙頻非差周跳探測(cè)方法，其特征在于： 步驟4中所述的解算周跳歷元處的第一檢測(cè)量及第三檢測(cè)量獲得第一周跳值和第二 周跳值，進(jìn)一步包括： 根據(jù)
??得第一頻段4的周跳值▽ N i，即第一周跳值； 根據(jù)
獲得第二頻段4的周跳值▽ N2，即第二周跳值；▽ Νλ、 ▽ La分別為周跳歷元處的第一檢測(cè)量及第三檢測(cè)量。
6. -種GPS雙頻非差周跳修復(fù)方法，其特征在于，包括： 采用權(quán)利要求1獲得的第一周跳值和第二周跳值對(duì)當(dāng)前周跳歷元及其以后歷元的載 波相位觀測(cè)值進(jìn)行修復(fù)，直至下一周跳歷元。
7. 如權(quán)利要求6所述的GPS雙頻非差周跳修復(fù)方法，其特征在于： 所述的采用權(quán)利要求1獲得的第一周跳值和第二周跳值對(duì)當(dāng)前周跳歷元及其以后歷 元的載波相位觀測(cè)值進(jìn)行修復(fù)，具體為： 將當(dāng)前周跳歷元及其以后歷元的第一頻段觀測(cè)值加上第一周跳值VN1，將當(dāng)前周跳歷 元及其以后歷元的第二頻段觀測(cè)值加上第二周跳值▽ Ν2。
8. -種GPS雙頻非差周跳探測(cè)方法，其特征在于，包括： 讀取模塊，用來讀取GPS觀測(cè)值，根據(jù)GPS觀測(cè)值生成第一檢測(cè)量和第二檢測(cè)量，第一 檢測(cè)量為MW組合檢測(cè)量，第二檢測(cè)量為GF組合檢測(cè)量； 第一探測(cè)模塊，用來利用自適應(yīng)滑動(dòng)窗口模型對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，對(duì)平滑后的第 一檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，獲取第一探測(cè)結(jié)果； 第二探測(cè)模塊，用來利用歷元求差法對(duì)第二檢測(cè)量求差生成第三檢測(cè)量，對(duì)第三檢測(cè) 量進(jìn)行周跳探測(cè)，獲取第二探測(cè)結(jié)果；所述的第三檢測(cè)量包括當(dāng)前歷元和上一歷元的第二 檢測(cè)量之差以及當(dāng)前歷元和下一歷元的第二檢測(cè)量之差； 分析模塊，用來分析第一探測(cè)結(jié)果及第二探測(cè)結(jié)果，解算周跳歷元處的第一檢測(cè)量及 第三檢測(cè)量獲得第一周跳值和第二周跳值，即第一頻段和第二頻段的周跳值。
9. 一種GPS雙頻非差周跳修復(fù)裝置，其特征在于，包括： 讀取模塊，用來讀取GPS觀測(cè)值，根據(jù)GPS觀測(cè)值生成第一檢測(cè)量和第二檢測(cè)量，第一 檢測(cè)量為MW組合檢測(cè)量，第二檢測(cè)量為GF組合檢測(cè)量； 第一探測(cè)模塊，用來利用自適應(yīng)滑動(dòng)窗口模型對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，對(duì)平滑后的第 一檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，獲取第一探測(cè)結(jié)果； 第二探測(cè)模塊，用來利用歷元求差法對(duì)第二檢測(cè)量求差生成第三檢測(cè)量，對(duì)第三檢測(cè) 量進(jìn)行周跳探測(cè)，獲取第二探測(cè)結(jié)果；所述的第三檢測(cè)量包括當(dāng)前歷元和上一歷元的第二 檢測(cè)量之差以及當(dāng)前歷元和下一歷元的第二檢測(cè)量之差； 分析模塊，用來分析第一探測(cè)結(jié)果及第二探測(cè)結(jié)果，解算周跳歷元處的第一檢測(cè)量及 第三檢測(cè)量獲得第一周跳值和第二周跳值，即第一頻段和第二頻段的周跳值； 修復(fù)模塊，用來采用第一周跳值和第二周跳值對(duì)當(dāng)前周跳歷元及其以后歷元的載波相 位觀測(cè)值進(jìn)行修復(fù)，直至下一周跳歷元。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GPS雙頻非差周跳探測(cè)與修復(fù)方法及裝置，包括：讀取GPS觀測(cè)值，根據(jù)GPS觀測(cè)值生成第一檢測(cè)量、第二檢測(cè)量；利用自適應(yīng)滑動(dòng)窗口模型對(duì)第一檢測(cè)量進(jìn)行平滑，根據(jù)第一周跳判斷閾值條件平滑后的第一檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，獲取第一探測(cè)結(jié)果；利用歷元求差法對(duì)第二檢測(cè)量進(jìn)行求差生成第三檢測(cè)量，對(duì)第三檢測(cè)量進(jìn)行周跳探測(cè)，獲取第二探測(cè)結(jié)果；分析第一探測(cè)結(jié)果及第二探測(cè)結(jié)果，解算周跳歷元處的第一檢測(cè)量及第三檢測(cè)量獲得第一周跳值和第二周跳值；根據(jù)周跳值修復(fù)GPS觀測(cè)值。本發(fā)明可提高周跳探測(cè)成功率和周跳修復(fù)的準(zhǔn)確率，從而可滿足GPS導(dǎo)航高精度定位的需求，可探測(cè)并修復(fù)小周跳、大周跳、特殊周跳和連續(xù)周跳。
【IPC分類】G01S19-37
【公開號(hào)】CN104749594
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510168653
【發(fā)明人】蘇明坤, 鄭建生, 楊艷茜, 陳鯉文
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日