本發(fā)明屬于全球?qū)Ш较到y(tǒng)精密數(shù)據(jù)處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種GNSS單站雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)的周跳探測(cè)及處理方法，具體涉及一種基于模糊數(shù)學(xué)的GNSS單站雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)周跳探測(cè)及處理方法。
背景技術(shù)：
：目前，GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)雙頻/多頻數(shù)據(jù)的周跳探測(cè)方法主要有TurboEdit方法、電離層殘差法、MW(Melbourne-Wübbena)組合結(jié)合電離層總電子含量變化率等，但這些方法都存在各自的局限性。電離層殘差法基于電離層變化比較緩慢的假設(shè)進(jìn)行周跳探測(cè)，如果電離層較為活躍或者信號(hào)失鎖的時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)周跳探測(cè)的可靠性不高([文獻(xiàn)1、2])。TurboEdit方法存在以下幾點(diǎn)不足：①當(dāng)觀測(cè)值存在多路徑誤差的影響、電離層比較活躍或者衛(wèi)星高度角較低時(shí)，導(dǎo)致偽距觀測(cè)噪聲放大，這時(shí)TurboEdit方法對(duì)1-2周的小周跳可能不靈敏，導(dǎo)致漏探([文獻(xiàn)3、4])；②受偽距觀測(cè)值精度的影響，會(huì)導(dǎo)致周跳的誤判([文獻(xiàn)4、5])。MW組合結(jié)合電離層總電子含量變化率探測(cè)周跳是一種單站雙頻的GNSS數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，在電離層活躍期也能夠很好的探測(cè)周跳，但這種方法對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)的采樣率要求較高，僅適用于高采樣率觀測(cè)數(shù)據(jù)([文獻(xiàn)6])。現(xiàn)有GNSS周跳探測(cè)方法都是在數(shù)據(jù)處理時(shí)先設(shè)定某一閾值，該閾值可能是不變的也可能是變化的，若由觀測(cè)數(shù)據(jù)得到的檢測(cè)量大于給定閾值可判定該觀測(cè)值有周跳發(fā)生。通過設(shè)定閾值的方式進(jìn)行周跳探測(cè)可能導(dǎo)致如下兩類問題：①如給定的閾值過大，則對(duì)小周跳的探測(cè)不靈敏；②如給定的閾值過小，可能將正常觀測(cè)值誤判為有周跳發(fā)生的觀測(cè)值。[文獻(xiàn)1]張亮，岳東杰.相位減偽距法與電離層殘差法探測(cè)和修復(fù)周跳[J].測(cè)繪工程,2014,02:36-38.[文獻(xiàn)2]張晉升，匡翠林，謝榮安.三差法探測(cè)周跳的影響因素分析[J].測(cè)繪工程,2014,03:18-23.[文獻(xiàn)3]王振杰，聶志喜，歐吉坤.一種基于TurboEdit改進(jìn)的GPS雙頻觀測(cè)值周跳探測(cè)方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2014,09:1017-1021.[文獻(xiàn)4]CaiChangsheng,LiuZhizhao,XiaPengfei,etal.CycleSlipDetectionandRepairforUndifferencedGPSObservationsunderHighIonosphericActivity[J].GPSSolutions,2012,doi:10.1007/s10291-012-0275-7.[文獻(xiàn)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),2011,01:29-33.[文獻(xiàn)6]LiuZhizhao.ANewAutomatedCycleSlipDetectionandRepairMethodforaSingleDual-frequencyGPSReceiver[J].JGeod,2011,85:171–183.[文獻(xiàn)7]Bansal,S,Banerjee,P.SmoothingofGPS-basedtimingdatabymovingaveragetechniqueutilizingfuzzylogic[C],InternationalConferenceonSignalProcessingandIntegratedNetworks.2014:306-310.技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有GNSS雙頻/多頻觀測(cè)數(shù)據(jù)周跳探測(cè)方法的不足，本發(fā)明基于模糊數(shù)學(xué)理論提出了一套單站雙頻周跳探測(cè)及處理方法，對(duì)難以確定是否有周跳發(fā)生的觀測(cè)值進(jìn)行降權(quán)處理。本發(fā)明可有效解決周跳探測(cè)閾值難以可靠確定的問題，進(jìn)而改善GNSS精密數(shù)據(jù)處理的精度和可靠性。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于模糊數(shù)學(xué)的GNSS單站雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)周跳探測(cè)及處理方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：獲取歷元間電離層延遲變化量的隸屬度；步驟2：根據(jù)歷元間電離層延遲變化量的隸屬度確定發(fā)生周跳的觀測(cè)值；步驟3：獲取歷元間MW組合觀測(cè)值變化量的隸屬度；步驟4：根據(jù)歷元間MW組合觀測(cè)值變化量的隸屬度確定發(fā)生周跳的觀測(cè)值。作為優(yōu)選，步驟1的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟1.1：計(jì)算所有可視衛(wèi)星的歷元間電離層延遲變化量(ΔLIF)i；(ΔLIF)i＝LIF(t+1)-LIF(t)；其中，LIF(t)、λ1和λ2分別為歷元時(shí)刻t的L1載波相位觀測(cè)值、L2載波相位觀測(cè)值、無距離組合觀測(cè)值、L1載波相位波長(zhǎng)和L2載波相位波長(zhǎng)；和LIF(t+1)分別為歷元時(shí)刻t+1的L1載波相位觀測(cè)值、L2載波相位觀測(cè)值和無距離組合觀測(cè)值；對(duì)于當(dāng)前歷元所有可視衛(wèi)星的(ΔLIF)i，若前一歷元不存在當(dāng)前歷元可視衛(wèi)星信息，則往前遍歷6個(gè)觀測(cè)歷元，如果仍獲取不到對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星信息，則該可視衛(wèi)星失鎖時(shí)間較長(zhǎng)并將其標(biāo)記為周跳；對(duì)周跳檢測(cè)量加權(quán)；觀測(cè)值采用高度角定權(quán)，即Pi＝sin(elei)；將(ΔLIF)i分別和觀測(cè)權(quán)相乘得到加權(quán)后的歷元間電離層延遲變化量；其中elei表示衛(wèi)星高度角；步驟1.2：獲取歷元間電離層延遲變化量的最大值max、最小值min；步驟1.3：獲取歷元間電離層延遲變化量的模糊加權(quán)均值；隸屬函數(shù)選取如公式(1)所示，由于σ的值不會(huì)對(duì)求取模糊加權(quán)均值產(chǎn)生影響，故σ的初始值取σ＝max-min。公式(1)中的mean從最小值min開始遍歷，循環(huán)至最大值結(jié)束，循環(huán)步長(zhǎng)為0.001m。每次循環(huán)可得到各個(gè)(ΔLIF)i的隸屬度，按公式(2)可計(jì)算出所有隸屬度的總和使達(dá)到最大值的mean值便為模糊加權(quán)均值。μi=e-|xi-meanσ|min≤mean≤max---(1)]]>式中，mean、σ和μi分別為模糊均值、均方根誤差和觀測(cè)值的隸屬度；xi為加權(quán)觀測(cè)值，以(ΔLIF)i為例，xi＝(ΔLIF)i·Pi。Sμi=Σi=1nμi---(2)]]>式中，為所有觀測(cè)值隸屬度的總和，n為觀測(cè)值數(shù)量。步驟1.4：獲取歷元間電離層延遲變化量的均方根誤差σ；σ=Σi=1n[(xi-mean)μi(xi-mean)]n-1;]]>其中，mean、σ和μi分別為模糊均值、均方根誤差和觀測(cè)值的隸屬度；xi為加權(quán)觀測(cè)值；n為觀測(cè)值數(shù)量；步驟1.5：獲取歷元間電離層延遲變化量的隸屬度μi；μi=e-|xi-meanσ|min≤mean≤max---(1)]]>步驟1.1～1.4可得到模糊均值mean和均方根誤差σ，將其代入至公式(1)便可得到歷元間電離層延遲變化量的隸屬度；作為優(yōu)選，步驟2中，當(dāng)歷元間電離層延遲變化量的隸屬度小于指定的隸屬度時(shí)，認(rèn)為觀測(cè)值有周跳發(fā)生，否則對(duì)觀測(cè)值按下式進(jìn)行降權(quán)處理；Pi‾=(Pi)0·μi;]]>式中，(Pi)0和μi分別為觀測(cè)值的原始權(quán)和隸屬度；為周跳探測(cè)后獲得的權(quán)。作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟3.1：計(jì)算所有可視衛(wèi)星的歷元間MW組合觀測(cè)值變化量(ΔMW)i；其中，P1(t)、P2(t)分別為歷元時(shí)刻t的寬巷觀測(cè)值、L1頻率上的偽距觀測(cè)值和L2頻率上的偽距觀測(cè)值，P1(t+1)、P2(t+1)分別為歷元時(shí)刻t+1的寬巷觀測(cè)值、L1頻率上的偽距觀測(cè)值和L2頻率上的偽距觀測(cè)值，f1、f2分別為L(zhǎng)1載波頻率和L2載波頻率。步驟3.2：利用獲取歷元間電離層延遲變化量隸屬度μi的原理，確定歷元間MW組合觀測(cè)值變化量的隸屬度。作為優(yōu)選，步驟4中，利用MW組合觀測(cè)值輔助探測(cè)周跳的閾值為：隸屬度小于周跳探測(cè)的閾值0.5且|(ΔMW)i|>3.0周。本發(fā)明通過構(gòu)造歷元間電離層延遲變化量和歷元間MW組合觀測(cè)值變化量?jī)蓚€(gè)周跳檢測(cè)量，并對(duì)周跳檢測(cè)量進(jìn)行加權(quán)，將得到的周跳檢測(cè)量進(jìn)行排序，剔除周跳較大的觀測(cè)值，提高算法效率。通過獲得周跳檢測(cè)量的模糊加權(quán)均值及均方根誤差，確定歷元間電離層延遲變化量和歷元間MW組合觀測(cè)值變化量的隸屬度。當(dāng)歷元間電離層延遲變化量的隸屬度小于指定的隸屬度時(shí)，認(rèn)為觀測(cè)值有周跳發(fā)生，否則對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行降權(quán)處理；當(dāng)歷元間MW組合觀測(cè)值變化量的隸屬度小于0.5且|(ΔMW)i|>3.0周時(shí)，判斷觀測(cè)值有周跳發(fā)生，MW組合觀測(cè)值受偽距觀測(cè)值噪聲影響，不能利用其隸屬度對(duì)載波相位觀測(cè)值進(jìn)行加權(quán)。通過對(duì)難以確定是否有周跳發(fā)生的觀測(cè)值進(jìn)行降權(quán)處理，可有效解決以往周跳探測(cè)閾值難以可靠確定的問題，進(jìn)而改善GNSS精密數(shù)據(jù)處理的精度和可靠性。附圖說明圖1：本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。具體實(shí)施方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)見圖1，本發(fā)明提供的一種基于模糊數(shù)學(xué)的GNSS單站雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)周跳探測(cè)及處理方法，通過確定歷元間電離層延遲變化量和歷元間MW組合觀測(cè)值變化量的隸屬度判斷觀測(cè)值是否有周跳發(fā)生，并對(duì)難以確定是否有周跳發(fā)生的觀測(cè)值進(jìn)行降權(quán)處理，本發(fā)明可有效解決以往周跳探測(cè)數(shù)據(jù)處理過程中閾值難以可靠確定的問題，進(jìn)而改善GNSS精密數(shù)據(jù)處理的精度和可靠性。其具體實(shí)現(xiàn)包括以下步驟：步驟1：構(gòu)造周跳檢測(cè)量；式(1)和式(2)分別為歷元時(shí)刻t和t+1無距離組合觀測(cè)值，式(2)-式(1)可得到歷元間電離層延遲變化量(ΔLIF)i。式(1)中LIF(t)、λ1和λ2分別為歷元時(shí)刻t的L1載波相位觀測(cè)值、L2載波相位觀測(cè)值、無距離組合觀測(cè)值、L1載波相位波長(zhǎng)和L2載波相位波長(zhǎng)。式(2)中和LIF(t+1)分別為歷元時(shí)刻t+1的L1載波相位觀測(cè)值、L2載波相位觀測(cè)值和無距離組合觀測(cè)值。式(3)和式(4)分別為歷元時(shí)刻t和t+1的MW組合觀測(cè)值，式(4)-式(3)可得到歷元間MW組合觀測(cè)值變化量(ΔMW)i。將以上得到的(ΔLIF)i和(ΔMW)i作為周跳檢測(cè)量。步驟2：對(duì)周跳檢測(cè)量加權(quán)；步驟1可得到當(dāng)前歷元所有可視衛(wèi)星的(ΔLIF)i和(ΔMW)i，若前一歷元不存在當(dāng)前歷元可視衛(wèi)星信息，則往前遍歷6個(gè)觀測(cè)歷元，如果仍獲取不到對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星信息，認(rèn)為該可視衛(wèi)星失鎖時(shí)間較長(zhǎng)并將其標(biāo)記為周跳。觀測(cè)值采用高度角定權(quán)，即Pi＝sin(elei)。將(ΔLIF)i和(ΔMW)i分別和觀測(cè)權(quán)相乘便可得到加權(quán)后的周跳檢測(cè)量。步驟3：確定歷元間電離層延遲變化量的隸屬度；[文獻(xiàn)7]中所提及的方法可從一系列離散點(diǎn)中剔除粗差較大的野值，本發(fā)明采用類似的方法確定(ΔLIF)i的隸屬度，具體步驟如下：步驟3.1：獲取歷元間電離層延遲變化量的最大值和最小值。獲取最小值和最大值的主要目的是為了剔除較大的周跳值，提高算法的效率。對(duì)歷元間電離層延遲變化量進(jìn)行升序排序，從最小值開始遍歷，當(dāng)與其臨近值絕對(duì)值之差小于0.1m時(shí)，該值即為最小值min；從最大值開始遍歷，當(dāng)與其臨近值絕對(duì)值之差小于0.1m時(shí)，該值即為最大值max。步驟3.2：獲取歷元間電離層延遲變化量的模糊加權(quán)均值。隸屬函數(shù)選取如公式(5)所示，由于σ的值不會(huì)對(duì)求取模糊加權(quán)均值產(chǎn)生影響，故σ的初始值取σ＝max-min。公式(5)中的mean從最小值min開始遍歷，循環(huán)至最大值結(jié)束，循環(huán)步長(zhǎng)為0.001m。每次循環(huán)可得到各個(gè)(ΔLIF)i的隸屬度，按公式(6)可計(jì)算出所有隸屬度的總和使達(dá)到最大值的mean值便為模糊加權(quán)均值。μi=e-|xi-meanσ|min≤mean≤max---(5)]]>式中，mean、σ和μi分別為模糊均值、均方根誤差和觀測(cè)值的隸屬度；xi為加權(quán)觀測(cè)值，以(ΔLIF)i為例，xi＝(ΔLIF)i·Pi。Sμi=Σi=1nμi---(6)]]>式中，為所有觀測(cè)值隸屬度的總和，n為觀測(cè)值數(shù)量。步驟3.3：獲取歷元間電離層延遲變化量的均方根誤差。步驟3.2中雖可以得到比較穩(wěn)健的模糊加權(quán)均值，但公式(5)中的σ是隨意給定的一個(gè)初值，屬于待估參數(shù)，故歷元間電離層延遲變化量的隸屬度仍屬于未知。根據(jù)公式(7)可計(jì)算出均方根誤差σ，將計(jì)算得到的σ代入到方程(5)中便可得到新的隸屬度μi，如此反復(fù)迭代直至前后兩次σ小于0.001m。σ=Σi=1n[(xi-mean)μi(xi-mean)]n-1---(7)]]>步驟3.4：獲取歷元間電離層延遲變化量的隸屬度。步驟3.1～3.3可得到模糊均值mean和均方根誤差，將其代入至公式(5)便可得到歷元間電離層延遲變化量的隸屬度。步驟4：將歷元間電離層延遲變化量作為周跳檢測(cè)量確定發(fā)生周跳的觀測(cè)值。模糊數(shù)學(xué)上認(rèn)為隸屬度為0.5時(shí)最模糊，故取0.5作為周跳探測(cè)的閾值。當(dāng)歷元間電離層延遲變化量的隸屬度小于0.5時(shí)，認(rèn)為觀測(cè)值有周跳發(fā)生，對(duì)隸屬度大于等于0.5的觀測(cè)值按公式(8)進(jìn)行降權(quán)處理。Pi‾=(Pi)0·μi---(8)]]>式中，(Pi)0和μi分別為觀測(cè)值的原始權(quán)和隸屬度；為周跳探測(cè)后獲得的權(quán)。λ1、λ2分別為L(zhǎng)1、L2觀測(cè)值的波長(zhǎng)，當(dāng)L1和L2上發(fā)生周跳值的比例近似等于λ2/λ1時(shí)，無距離組合觀測(cè)值對(duì)該組周跳最不敏感，故必須利用MW組合觀測(cè)值對(duì)該類周跳組合進(jìn)行探測(cè)。步驟5：確定歷元間MW組合觀測(cè)值變化量的隸屬度，同步驟3。步驟6：將歷元間MW組合觀測(cè)值變化量作為周跳檢測(cè)量確定發(fā)生周跳的觀測(cè)值；由于MW組合觀測(cè)值受偽距觀測(cè)值噪聲影響，既不能只靠隸屬度這個(gè)閾值判斷觀測(cè)值是否有周跳發(fā)生，也不能利用其隸屬度對(duì)載波相位觀測(cè)值進(jìn)行加權(quán)。本發(fā)明利用MW組合觀測(cè)值輔助探測(cè)周跳的閾值為：隸屬度小于0.5且|(ΔMW)i|>3.0周。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3