精密單點(diǎn)定位中周跳探測(cè)與修復(fù)方法研究

徐亞楠 （汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 汕頭 515078）

0 前 言

GPS載波相位測(cè)量時(shí)，接收機(jī)實(shí)際上接收的是不足一整周的小數(shù)部分，而整數(shù)部分是由整周計(jì)數(shù)器給出的，測(cè)量過(guò)程中由于外界因素的影響（信號(hào)遮擋、衛(wèi)星故障等）可能導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)暫時(shí)中斷，使得載波相位測(cè)量中的整周計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致觀測(cè)值中含有周跳或粗差。

在非差GPS精密單點(diǎn)定位數(shù)據(jù)預(yù)處理中，周跳的探測(cè)與修復(fù)是一項(xiàng)重要工作。目前，周跳探測(cè)與修復(fù)的主要方法有：Turbo Edit方法[2-8]、偽距和相位組合法[9]、電離層殘差法[1,10]等。

1 電離層殘差法探測(cè)周跳

理論上只要設(shè)置合理的周跳探測(cè)條件，電離層殘差法可以探測(cè)8周以?xún)?nèi)的所有周跳[1,10]。為了檢驗(yàn)上述理論，采用BJFS跟蹤站2014年3月7日采樣率為30s的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，選3號(hào)衛(wèi)星，利用MATLAB編程對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖1給出了無(wú)周跳發(fā)生時(shí)電離層殘差法的周跳探測(cè)量的歷元序列，從圖中可以看出，在不發(fā)生周跳的情況下，電離層殘差法的周跳探測(cè)量△φI的值較小，在0.07周以?xún)?nèi)。

為了檢驗(yàn)電離層殘差法的周跳探測(cè)能力，在選取的3號(hào)衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)中人為的加入某些較難探測(cè)的周跳組合，如表1所示。

人為加入的待檢測(cè)的周跳組合 表1

圖2為電離層殘差法的周跳探測(cè)量的歷元序列圖，從圖中可以看出，電離層殘差法幾乎可以探測(cè)出所有周跳，只有第600歷元的周跳組合無(wú)法探測(cè)。

2 相位減偽距法探測(cè)周跳

偽距觀測(cè)值不含整周模糊度，一般認(rèn)為它不受周跳影響。根據(jù)偽距和載波相位觀測(cè)方程，在相位觀測(cè)值和偽距觀測(cè)方程之間作差，可以消除衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘差的影響。

圖3和圖4分別為無(wú)周跳情況下L1、L2所對(duì)應(yīng)的相位減偽距的周跳探測(cè)量的殘差序列圖。從圖中可以看出，在沒(méi)有周跳發(fā)生的情況下，相位減偽距法的周跳檢測(cè)量一般在3周以?xún)?nèi)波動(dòng)，完全可以檢測(cè)出7周以上的周跳，周跳探測(cè)量的波動(dòng)主要是由偽距多路徑和測(cè)量噪聲引起的。

鑒于上述分析，采用相位減偽距法探測(cè)表1中所列出的周跳組合，周跳探測(cè)過(guò)程中，將周跳檢測(cè)量的閾值設(shè)為6，結(jié)果如圖5和圖6所示。

從圖中可以看出，當(dāng)周跳數(shù)不大于2時(shí)，相位減偽距法的周跳檢測(cè)量的變化很小，很難探測(cè)出周跳，但卻可以很好的探測(cè)出大周跳。

3 利用相位減偽距法和電離層殘差法探測(cè)和修復(fù)周跳

由于電離層殘差法對(duì)小周跳的探測(cè)能力較強(qiáng)，而對(duì)于大周跳，采用相位減偽距法可以很好的進(jìn)行探測(cè)與修復(fù)。因此可以考慮采用電離層殘差法和相位減偽距法相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行周跳的探測(cè)與修復(fù)，具體步驟為如下：

①采用相位減偽距法探測(cè)觀測(cè)值中7周以上的周跳；

②采用電離層殘差法進(jìn)行修復(fù)后得到的觀測(cè)值來(lái)構(gòu)造電離層殘差周跳探測(cè)量，探測(cè)8周以?xún)?nèi)的周跳，并計(jì)算相應(yīng)的周跳組合；

③由于第二步中電離層殘差法計(jì)算的周跳組合具有多值性，需要利用偽距減相位法進(jìn)一步進(jìn)行約束，從而確定最終的周跳組合。

從圖6中可以看出，通過(guò)將周跳探測(cè)量的閾值設(shè)為6周，相位減偽距法可以探測(cè)出7周以上的周跳，根據(jù)上述周跳探測(cè)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，經(jīng)過(guò)修復(fù)后的觀測(cè)數(shù)據(jù)可能還存在7周以下的周跳，此時(shí)可再利用電離層殘差法來(lái)進(jìn)行周跳的探測(cè)與修復(fù)，結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，通過(guò)電離層殘差法仍可探測(cè)出6處周跳，周跳檢測(cè)量在50歷元處的值為0.9855，在100歷元處的值為0.6992，在200歷元處的值為-0.1516，在300歷元處的值為-0.1383，在500歷元處的值為0.1412，在700歷元處的值為0.1488。

周跳探測(cè)結(jié)果 表2

從表2中可以看出，采用相位減偽距法與電離層殘差法相結(jié)合的方法探測(cè)出的周跳組合與人為加入的周跳組合相同，可以很好的探測(cè)與修復(fù)周跳。

4 總 結(jié)

電離層殘差法和相位減偽距法相結(jié)合的周跳探測(cè)方法基于相位減偽距法在大周跳探測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)和電離層殘差法對(duì)小周跳敏感的特點(diǎn)，充分發(fā)揮了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了兩種方法的不足，是一種有效的周跳探測(cè)與修復(fù)方法。但該方法需要采用雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此僅適用于GPS雙頻精密單點(diǎn)定位。

[1] 徐紹銓,張海華,楊志強(qiáng),王澤名.GPS 測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2003.

[2] Blewitt G.An Automatic Editing Algorithm for GPS Data[J].Geophysical Research Letter,1990(3).

[3] 鄭作亞,程中頤,黃珹,盧秀山.對(duì)Blewitt 周跳探測(cè)與修復(fù)方法的改進(jìn)[J].天文學(xué)報(bào),2005(2).

[4] 王維,王解先,高俊強(qiáng).GPS 周跳探測(cè)的方法研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）,2010(6).

[5] 吳繼忠,施闖,方榮新.TurboEdit 單站GPS 數(shù)據(jù)周跳探測(cè)方法的改進(jìn)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）,2011(1).

[6] 雒衛(wèi)民,陳義.用TurboEdit 方法對(duì)GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行周跳探測(cè)[J].鐵道勘察,2006（4）.

[7] 宋偉偉,姚宜斌,羅峰.精密單點(diǎn)定位中周跳探測(cè)與修復(fù)方法研究[J].測(cè)繪信息與工程,2007(3).

[8] 袁玉斌,黨亞民,成英燕,周?chē)?guó)猛.非差相位數(shù)據(jù)預(yù)處理的TurboEdit算法及其改進(jìn)[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2009(3).

[9] 張成軍,許其鳳,李作虎.對(duì)偽距-相位組合量探測(cè)與修復(fù)周跳算法的改進(jìn)[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2009(5).

[10] 韋建超.GPS 精密單點(diǎn)定位的數(shù)據(jù)處理研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2007.