基于小波变换的北斗导航信号周跳探测与修复

摘要

卫星导航系统对经济发展、社会效益以及军事领域都具有重要的影响，我国非常重视对卫星导航系统的建设和发展，一直不断地努力探索和研究。北斗卫星导航系统是由我国自行研发、独立运行的能够覆盖全球的卫星导航系统，目前处于组网阶段。该系统已经在测绘、通信、交通运输、公共安全和减灾救灾等很多领域成功应用，带来了显著的经济效益和社会效益。随着北斗应用领域的不断拓展，人们对北斗的需求也越来越高，因此北斗导航系统的技术和应用需要不断发展。
　　 卫星导航系统中，载波相位观测值的应用一直广泛地受到研究者们的关注。而周跳是载波相位应用技术中特有的问题，周跳的存在影响到解算整周模糊度的准确性以及北斗导航信号定位或者测姿测速时的精度。现在有些解算整周模糊度的方法已经可以忽略周跳的存在，但是其解算不准确、实时性不高，探测与修复周跳仍然是北斗卫星导航系统高精度应用中必不可少的工作。本文将采用双差检测量作为周跳的检测量，利用小波变换法探测北斗导航信号中周跳发生的历元，结合使用多项式拟合法和卡尔曼滤波法计算周跳的大小，并予以修复。
　　 本文首先系统地阐述了北斗卫星导航系统、北斗导航系统的信号特性、基本观测参数，以及北斗观测值中可能存在的各种误差，分类总结了各种误差的来源，并且给出了相应误差的若干处理方法。
　　 其次，概括了周跳的定义，分析了发生周跳的原因及其存在时的影响，阐述了周跳检测量的构造原理以及几种常用的周跳检测量，并对其进行了对比分析，总结了各自的优缺点，最终选择双差检测量作为周跳的检测量。
　　 然后，以GPS周跳探测与修复方法为基础，研究分析了高次差法、小波变换法、多项式拟合法、卡尔曼滤波法等适合北斗导航信号周跳探测与修复的算法，概括总结了其探测与修复周跳的原理及其算法过程，在分析总结以上方法的基础上，提出了基于小波变换的三级组合法，采用小波变换法探测周跳，多项式拟合法和卡尔曼滤波法结合修复周跳。阐述了所提方法的原理和理论依据，针对以上方法均编制了仿真程序，用实际数据验证其探测与修复周跳的能力。总结了以上各种算法的优越性及其局限性，并且验证了本文提出的三级组合法的有效性，仿真结果表明该方法能够准确探测到周跳发生的历元并且修复周跳，该方法优于其他方法。
　　 最后，总结全文，概括了本文所做的工作以及所取得的成果，并且指出了北斗导航信号周跳探测与修复的进一步研究方向。