附有轨道信息约束的动态GNSS周跳探测与修复方法

摘要

高速铁路沿线的电杆、接触网、声屏障等可能会引起较为频繁的周跳发生，而周跳是影响载波相位定位精度的一个重要因素。在动态测量中，测量环境相对复杂，因此快速、准确的周跳探测算法是建立正确的动态GNSS定位模型的前提。 本文首先介绍了动态GNSS周跳探测与修复的基本理论，简单介绍了GNSS定位的基本观测量及其线性组合观测量，并简要分析了周跳探测的基本理论；然后介绍了卡尔曼滤波模型，观测方程的线性化以及卡尔曼滤波初值的确定；最后介绍了轨道测量和动态测量过程，并引入了约束条件，包括直线约束和曲线约束，并给出了约束条件的建立过程、方法和模型，讲述了如何将约束条件加入到卡尔曼滤波方程中，构成约束卡尔曼滤波方程。利用轨道信息作为约束条件，可以对卡尔曼滤波方程中的预报值进行修正，从而提高周跳探测精度。 本文通过附有轨道约束的卡尔曼滤波可以对动态情况下的中等周跳、大周跳、多周跳和连续周跳进行探测，以及针对不同卫星高度角的周跳探测。实验结果表明，加入约束后的卡尔曼滤波对于中等周跳和大周跳的探测，探测精度都有相应的提高；约束卡尔曼滤波弥补了标准卡尔曼滤波不能探测连续周跳的弊端，能够处理多周跳和连续周跳的问题，并且加入约束条件后的卡尔曼滤波收敛速度更快，对动态周跳探测效果有明显提高。本文还讨论了不同卫星高度角的周跳探测情况，周跳探测效果会受到卫星高度角的影响，随着卫星高度角的提高，更有利于周跳探测的精度。

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