一种基于钟跳接收机的载波相位周跳探测与修复方法

摘要

本发明公开了一种基于钟跳接收机的载波相位周跳探测与修复方法，包括：两个测站利用各自接收机测量的伪距进行伪距单点定位，得到两个测站的绝对位置以及对应的卫星坐标；基于两个测站的绝对位置以及卫星位置，建立双差载波相位观测方程，对方程进行线性化获得双差载波相位观测值，将双差载波相位观测值减去零阶项得到双差载波相位观测方程的自由项；根据前后时刻双差载波相位观测方程的自由项的差值进行周跳探测；根据前后时刻双差载波相位观测方程自由项的差值进行周跳修复。本发明解决了钟差跳跃修正接收机测量数据不连续的周跳探测与修复问题，提高了静态高精度相对定位或定向寻北的可用性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星测量数据高精度处理领域，尤其涉及一种基于钟跳接收机的载波相位周跳探测与修复方法。

背景技术

载波相位周跳探测修复是卫星数据高精度处理中的核心关键技术之一，在静态相对定位、参考站网数据处理、车辆定向、寻北等领域有广泛的应用。在进行卫星高精度相对定位或定向寻北时，需要将两个测站的卫星载波相位观测数据进行双差处理，并对双差载波相位观测数据进行周跳探测与修复，保证双差观测数据的连续性，然后解算双差载波相位的整周模糊度，获取两个测站间的相对位置矢量或真北方位。目前已有的用于卫星高精度相对定位或定向寻北方法主要有基于载波相位差分三差的探测与修复法(参见[1]李传龙.基于高次差与多项式拟合的周跳探测方法研究，哈尔滨商业大学学报，2015.[2]庞宇.利用载波相位双差观测值进行周跳探测与修复，城市建设理论研究(电子版)，2013.)，这种典型的方法难以有效解决以下问题：依赖接收机时钟，需保证观测数据的连续性；钟差跳跃修正接收机采用该方法会产生周跳误探和误修现象。

发明内容

本发明提出一种基于钟跳接收机的载波相位周跳探测与修复方法，解决了钟差跳跃修正接收机测量数据不连续的周跳探测与修复问题，提高了静态高精度相对定位或定向寻北的可用性和可靠性。

本发明解其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于钟跳接收机的载波相位周跳探测与修复方法，包括：

S1，两个测站利用各自接收机测量的伪距进行伪距单点定位，得到两个测站的绝对位置以及对应的卫星坐标；

S2，基于两个测站的绝对位置以及卫星位置，建立双差载波相位观测方程，对方程进行线性化获得双差载波相位观测值，将双差载波相位观测值减去零阶项得到双差载波相位观测方程的自由项；

S3，根据前后时刻双差载波相位观测方程的自由项的差值进行周跳探测；

S4，根据前后时刻双差载波相位观测方程自由项的差值进行周跳修复。

优选的，所述S2，具体包括：

令A、B两个测站同步测量的时刻为t

其中，

式(1)中，

其中，

对式(1)中双差几何距离

其中，

r

将式(3)代入到式(1)，得到

令

优选的，所述S3，具体包括：

令A、B测站在t

其中，ζ为周跳探测门限，取0.3；

根据式(5)，如果C大于等于所述周跳探测门限，则判断载波相位有周跳发生，转S4进行周跳修复；如果C小于所述周跳探测门限，则判断载波相位无周跳发生。

优选的，所述S4，具体包括：

根据式(5)，计算周跳值为

其中，round表示按四舍五入法进行取整，ΔC为载波相位周跳值；

根据载波相位周跳值ΔC对t

其中，

根据周跳修复的双差载波相位观测值重新建立双差伪距和双差载波相位观测方程，采用现有成熟LAMBDA算法解算载波相位双差整周模糊度，然后采用标准最小二乘方法获取高精度相对位置矢量或定向寻北。

本发明的有益效果如下：

(1)针对静态条件下卫星高精度相对定位或定向寻北技术中钟差跳跃修正接收机采用高次差方法将会产生周跳误探和误修的问题，本发明采用对载波相位双差观测方程线性化后的双差观测方程的自由项进行周跳探测和修复，两个测站各自伪距单点定位获取对应的卫星坐标及测站绝对坐标，根据卫星坐标及测站绝对坐标对双差载波相位观测方程线性化，得到双差载波相位观测方程的零阶项，然后将双差载波相位减去零阶项得到双差载波相位观测方程的自由项，最后自由项进行前后时刻差分探测并修复周跳；本发明方法解决了钟差跳跃修正接收机测量数据不连续的周跳探测与修复问题，有效地提高了静态高精度相对定位或定向寻北的可用性和可靠性；

(2)采用本发明方法，定向寻北接收机可采用较为便宜的晶振时钟，且无需要求接收机公用一个时钟，就能达到同等定向寻北精度。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种基于钟跳接收机的载波相位周跳探测与修复方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例某次试验的载波相位双差自由项数值与传统方法的对比图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

参见图1所示，本发明一种基于钟跳接收机的载波相位周跳探测与修复方法，包括：

S1，两个测站利用各自接收机测量的伪距进行伪距单点定位，得到两个测站的绝对位置以及对应的卫星坐标。

S2，基于两个测站的绝对位置以及卫星位置，建立双差载波相位观测方程，对方程进行线性化获得双差载波相位观测值，将双差载波相位观测值减去零阶项得到双差载波相位观测方程的自由项。

1)计算若干个时刻的双差载波相位观测值

具体的，以某次车载定向寻北试验为例，在时间2020年5月31日5时24分45.003秒，共观测北斗11颗星，GPS 11颗星，选取GPS18号卫星载波相位观测值进行分析，参考星为仰角最高星，计算的若干时刻双差载波相位观测值如下：

式中，双差载波相位观测值

2)计算载波相位双差观测方程中自由项

以同次试验为例，将每个对应时刻的伪距单点定位坐标及卫星坐标代入式(2)、(3)和(4)，获得若干时刻双差载波相位观测方程的自由项如下：

S3，根据前后时刻双差载波相位观测方程的自由项的差值进行周跳探测。

对于上述若干时刻，将前后时刻双差载波相位观测方程的自由项相减与周跳探测门限(设置为0.3)进行比对，如果超过周跳探测门限则周跳发生。如自由项

S4，根据前后时刻双差载波相位观测方程自由项的差值进行周跳修复。

根据式(6)即可计算周跳值ΔC为5，根据公式(7)可对双差载波相位进行周跳修复。

参见图2所示，横轴表示时间；纵轴表示双差载波相位数值，单位为周。由图2可以看出，采用本发明方法，在第二段载波相位双差观测值不会产生误探和误修。如果采用传统方法会将第二段数据判断为周跳并进行修复，而此段数据实际是由接收机钟差跳跃修正导致的观测数据跳跃，并不是载波相位观测值本身发生跳跃。。

以上仅为本发明实例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。