GPS非差數(shù)據(jù)周跳探測的TECR-MW綜合法

鄒正標何秀鳳唐 旭

(河海大學衛(wèi)星及空間信息應用研究所,江蘇南京 210098)

GPS非差數(shù)據(jù)周跳探測的TECR-MW綜合法

鄒正標,何秀鳳,唐 旭

(河海大學衛(wèi)星及空間信息應用研究所,江蘇南京 210098)

針對電離層總電子含量變化率(TECR)方法和雙頻碼相組合(MW)方法探測周跳各自的局限性,綜合利用TECR法和MW法進行周跳探測。首先采用TECR法探測周跳,然后用MW法進行第2次探測,最后綜合電離層TECR法和MW法的寬巷模糊度探測L1頻率和L2頻率上發(fā)生的周跳。這種綜合探測法不受接收機與衛(wèi)星間的幾何距離、接收機鐘差和衛(wèi)星鐘差、電離層折射的影響。采用實測數(shù)據(jù)進行試驗,結果表明,綜合利用TECR法與MW法探測GPS周跳比采用單一方法探測周跳更加有效、可靠。

GPS;周跳探測;電子含量;寬巷模糊度

在GPS載波相位測量中,整周模糊度的解算[1-3]和周跳的探測與修復是GPS數(shù)據(jù)處理的2個關鍵難題。在GPS變形監(jiān)測中,基于雙差觀測值采用文獻[4-5]中的方法可以避免整周模糊度的解算和周跳的探測與修復;而在精密單點定位中,由于采用的是非差數(shù)據(jù),整周模糊度的確定和周跳的探測與修復比差分定位模式更加困難[6],因此GPS非差數(shù)據(jù)的周跳探測是精密單點定位數(shù)據(jù)處理中的一個關鍵問題。

目前用于GPS非差數(shù)據(jù)的周跳探測方法較多[7-13],如多項式擬合法、高次差法、雙頻碼相組合法(MW法)、電離層殘差法、TurboEdit法等,但這些方法都有一定的局限性,比如多項式擬合法無法探測小周跳,雙頻碼相組合和電離層殘差法無法確定周跳的發(fā)生頻率[8],TurboEdit法受電離層延遲變化的影響,并且當L1和L2上同時發(fā)生6周以內相同大小的周跳時,TurboEdit法將無法探測此類周跳[11],不少學者對TurboEdit法進行了改進[12-13]。電離層總電子含量變化率法(TECR法)[14]能有效探測出6周以內相同大小的周跳且不受電離層變化的影響,但仍存在一些不足。針對TECR法和MW法各自的局限性,綜合MW法和TECR法2種方法進行周跳探測,充分利用2種算法各自的優(yōu)勢有效地探測周跳。

1 TECR與MW周跳探測方法

1.1 TECR法探測周跳

將歷元k的電離層總電子含量記為TEC(k),TEC(k)的計算式為[14]

對TEC(k)進行歷元間差分可得到當前歷元的電離層總電子含量變化率,記為TECR:

當對歷元k進行周跳探測時,假設歷元k之前的所有歷元的觀測值沒有周跳,或者周跳已被修復,利用歷元k-1和歷元k-2的TECR值來估計歷元k的TECR值,計算方法如下:

將所計算的TECR與估計出的TECR的差值作為周跳檢測量,當周跳檢測量超過給定的閾值時,則認為歷元k存在周跳。設L1和L2載波上發(fā)生的周跳分別為(k)和(k),基于式(1)～(3)可以得出歷元k的周跳計算式:

式(4)中的TECR(k)可通過式(3)計算。

1.2 MW法探測周跳

MW組合形式為

式中:——偽距觀測值;——寬巷模糊度。

假設在歷元k時刻,L1和L2載波上發(fā)生的周跳分別為ΔNj1(k)和ΔNj2(k),對式(5)進行歷元間差分可得周跳計算式:

MW法不受接收機與衛(wèi)星間的幾何距離、電離層折射、接收機鐘差和衛(wèi)星鐘差的影響。但對于(k)=(k)的情況,MW法失效。當沒有周跳發(fā)生時,應表現(xiàn)為一組上下波動較穩(wěn)定的值。

2 綜合TECR法與MW法探測周跳

3 試驗結果與分析

圖1 綜合方法探測周跳流程Fig.1 Flow chart of cycle slip detection with combined method

為驗證綜合TECR法和MW法探測周跳的有效性,采用2012年10月8日在河海大學科學館樓頂觀測墩采集的實測數(shù)據(jù)作為試驗數(shù)據(jù)。觀測數(shù)據(jù)類型包括C1、P2、L1、L2,數(shù)據(jù)采樣率為1 s,觀測時長為2 h,經(jīng)檢驗所采集的數(shù)據(jù)不含周跳。

首先,對實測數(shù)據(jù)不加任何周跳,給出TECR法和MW法的周跳檢測量時間序列,見圖2(a)和圖2(b)。然后,在180歷元處加入周跳組合(ΔN1=77,ΔN2=60),在320歷元處加入周跳組合(ΔN1=1,ΔN2=1),給出TECR法和MW法的周跳檢測量時間序列,見圖2(c)和圖2(d)。為使圖像清楚顯示,圖2中各圖均只截取了實測數(shù)據(jù)中的500歷元進行顯示。從圖2(a)和圖2(b)可以看出,當GPS觀測數(shù)據(jù)中沒有周跳時TECR法和MW法的周跳檢測量均在給定的閾值范圍之內。從圖2(c)和圖2(d)可以看出,TECR法能有效探測出320歷元處加入的周跳,但無法探測出180歷元處加入的周跳;MW法能有效探測出180歷元處加入的周跳,但無法探測320歷元處加入的周跳。當綜合2種方法探測周跳時,可以有效探測出180歷元和320歷元處加入的周跳。

圖2 TECR法和MW法探測周跳的周跳檢測量時間序列Fig.2 Time series of cycle slip test quantity of TECR and MW methods for cycle slip detection

為了進一步驗證綜合2種方法探測周跳的有效性,分別在不同的歷元和衛(wèi)星的觀測值上添加不同的周跳進行周跳探測試驗,結果見表1。從表1可以看出,綜合2種方法能有效探測出所有加入的周跳。

4 結 論

表1 周跳探測試驗結果Table1 Results of cycle slip detection

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Cycle slip detection using TECR and MW combined method for un-differenced GPS data

ZOU Zhengbiao,HE Xiufeng,TANG Xu
(Institute of Satellite Navigation and Spatial Information System,Hohai University,Nanjing 210098,China)

In order to overcome the shortcomings of the ionospheric total electron content rate(TECR)and dualfrequency code phase combination(MW)methods,a combination of the two methods was used for cycle slip detection.First,the TECR method was used to detect the cycle slip.Then,the MW method was used to detect the cycle slip for the second time.Finally,the ionospheric TECR and the wide lane ambiguity of MW were used together to detect the cycle slip onL1andL2frequencies.This combined method was not affected by the geometrical distance between the receiver and satellite,the receiver clock offset,the satellite clock offset,and ionospheric refraction.According to the test results of measured data,the TECR and MW combined method is more effective and reliable than a single method in detecting GPS cycle slip.

GPS;cycle slip detection;electron content;wide lane ambiguity

P228.4

:A

:1000-1980(2014)02-0155-04

10.3876/j.issn.1000-1980.2014.02.011

2013-03 27

國家自然科學基金(41274017);江蘇省科技支撐計劃(BE2010316)

鄒正標(1990—),男,江西撫州人,碩士,主要從事衛(wèi)星大地測量研究。E-mail:986292418@qq.com