本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種顧及GNSS接收機鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測值構(gòu)造方法。

背景技術(shù)：

速度和加速度是表征物體運動狀態(tài)的重要參數(shù)，GNSS的出現(xiàn)為高精度獲取運動載體的運動速度和加速度提供了新的手段，通常利用多普勒觀測值直接求解載體的運動速度/加速度。利用該方法求解時，需要GNSS接收機能輸出多普勒觀測值，但是在實際應(yīng)用中，并非所有的GNSS接收機均能輸出原始多普勒觀測值，對于不能輸出原始多普勒觀測值的GNSS接收機，則需要利用載波相位觀測值來構(gòu)造多普勒觀測值，本發(fā)明中稱之為導(dǎo)出多普勒觀測值。

構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值需要利用到載波相位觀測值及其相對應(yīng)的時標，而載波相位觀測值的時標是由接收機所采用的頻標提供的，由于該頻標通常為接收機內(nèi)部的石英振蕩器產(chǎn)生，其震蕩頻率易受環(huán)境影響，鐘漂較大，因此，隨著觀測的進行，接收機的鐘差會逐漸漂移。而同時為了保持接收機時標與GNSS系統(tǒng)時間同步(通常為1ms)，多數(shù)接收機都采用插入周期性的鐘跳進行控制。

接收機鐘跳對載波相位觀測值產(chǎn)生與周跳類似的影響，使得數(shù)據(jù)跳變，通常做法是將鐘跳當成周跳進行探測和修復(fù)，如利用鐘跳發(fā)生之前的連續(xù)載波相位觀測值插值鐘跳發(fā)生時刻的載波相位觀測值，進而正確構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值。這種方式將導(dǎo)致發(fā)生鐘跳時刻的所有衛(wèi)星都被判定為發(fā)生周跳，進而需要對每顆衛(wèi)星進行周跳修復(fù)，由此產(chǎn)生了許多不必要的周跳探測和修復(fù)過程，影響了方法的執(zhí)行效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種顧及GNSS接收機鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測值構(gòu)造方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種顧及GNSS接收機鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測值構(gòu)造方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：接收GNSS原始觀測數(shù)據(jù)和廣播星歷；

步驟2：采用偽距單點定位求得接收機鐘差；

步驟3：利用鐘差序列構(gòu)造鐘跳檢驗量；

步驟4：進行鐘跳判斷；

如果鐘跳檢驗量大于閾值，說明存在鐘跳，則執(zhí)行步驟5；

如果鐘跳檢驗量小于等于閾值，說明不存在鐘跳，則執(zhí)行步驟6；

步驟5：修改接收機鐘面采樣時標使之與載波相位觀測值相對應(yīng)；

步驟6：采用一階相位中心差分法構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

本發(fā)明通過修改采樣時標而非修正載波相位觀測值的方式，使得載波相位觀測值和其真實的采樣時標對應(yīng)起來，有效避免了許多不必要的周跳探測和修復(fù)過程，顯著地提高了構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值的執(zhí)行效率、正確性和可靠性。本專利源于中國地震局地震科技星火計劃攻關(guān)項目(XH16053)：聯(lián)合高頻GNSS和強震儀的地震實時監(jiān)測技術(shù)方法研究。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例1中測站METS的鐘差結(jié)果序列圖；

圖3是本發(fā)明實施例1中測站METS的鐘跳結(jié)果序列圖；

圖4是本發(fā)明實施例1中測站METS的速度結(jié)果序列圖；

圖5是本發(fā)明實施例1中測站METS的加速度結(jié)果序列圖；

圖6是本發(fā)明實施例2中機載實驗的鐘差結(jié)果序列圖；

圖7是本發(fā)明實施例2中機載實驗的鐘跳結(jié)果序列圖；

圖8是本發(fā)明實施例2中機載實驗的速度結(jié)果序列圖；

圖9是本發(fā)明實施例2中機載實驗的加速度結(jié)果序列圖；

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應(yīng)當理解，此處所描述的實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。

實施例1：靜態(tài)模擬動態(tài)實驗。

選取IGS(International GNSS Service，國際GNSS服務(wù))觀測網(wǎng)中的METS站作為實例說明對象。對于靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)，在理論意義上，其速度和加速度存在真值，即為“0”，將結(jié)果與其比較，可用作評定本發(fā)明方法效果。

圖1示出了本發(fā)明公布的顧及GNSS接收機鐘跳的導(dǎo)出多普勒觀測值構(gòu)造方法流程圖，該方法包括以下步驟：

(a)接收GNSS偽距、載波相位等觀測數(shù)據(jù)和廣播星歷；

在本步驟中，下載METS站2011-04-10(年積日：100)原始觀測數(shù)據(jù)和廣播星歷，數(shù)據(jù)采樣率為1Hz，所選數(shù)據(jù)時間范圍從00:00:00至02:00:00，共計7200秒，以備后續(xù)求解測站速度和加速度時使用。

(b)在構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值前，增加偽距單點定位過程，求得接收機鐘差；

在本步驟中，利用偽距進行逐歷元標準單點定位計算，得到鐘差序列結(jié)果δt_i(i＝1,2,…,7200)，如圖2所示。

(c)鐘差序列做差求得鐘跳值，并判斷鐘跳是否存在，t_i+1時刻的鐘跳檢驗量T_{CR_i+1}為：

T_{CR_i+1}＝|(δt_i+1-δt_i-1)| i＝2,3,…,7199 (1)

其中，t_i是按從前到后順序的接收機鐘面采樣時刻，δt_i是相應(yīng)鐘面采樣時刻的接收機鐘差，round()是一個四舍五入函數(shù)，如果T_{CR_i+1}≥0.5ms，就認為t_i+1發(fā)生鐘跳，圖3是METS站的鐘跳情況，可知該站每隔6～7分鐘發(fā)生一次鐘跳，鐘跳較為頻繁。鐘跳值為：

τ_{CR_i+1}＝round(δt_i+1-δt_i-1) i＝2,3,…,7199 (2)

(d)如果t_i+1發(fā)生鐘跳，修改接收機鐘面采樣時標使之與載波相位觀測值相對應(yīng)：

t_{i+1_new}＝t_i+1-τ_{CR_i+1} i＝2,3,…,7199 (3)

(e)最后采用一階相位中心差分法構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值：

其中，和是接收機接鐘面采樣時刻收到的載波相位觀測值。需要說明的是t_i+1發(fā)生鐘跳，該時刻接收到的其實是利用得到的導(dǎo)出多普勒觀測值可進行速度、加速度求解?？紤]到兩小時數(shù)據(jù)量較大，圖4中僅截取了2分鐘的METS測站速度結(jié)果，圖5中僅截取了2分鐘的METS測站加速度結(jié)果。在圖中，虛圈線是未考慮鐘跳影響下構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值進行測速測加速度的結(jié)果，可知與鐘跳時刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果均出現(xiàn)了異常跳變，與實際情況不符；星點線是本發(fā)明方法所得結(jié)果，可知與鐘跳時刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果依舊正常，在“0”附近位置，由此說明本發(fā)明方法十分有效。

實施例2：動態(tài)機載實驗。

選取某次航空Lidar測量實驗所采集的GPS數(shù)據(jù)進行分析，采用TRIMBLE4000SSI接收機，數(shù)據(jù)采樣率為1Hz，數(shù)據(jù)時長共計3小時50分，包含了飛機起飛、飛行和降落的過程。

依據(jù)圖1示出的本發(fā)明方法步驟進行計算：

(a)接收GNSS偽距、載波相位等觀測數(shù)據(jù)和廣播星歷。

(b)利用偽距進行逐歷元標準單點定位計算，得到鐘差序列結(jié)果，如圖6所示。

(c)利用鐘差序列構(gòu)造鐘跳檢驗量T_CR，當T_CR≥0.5ms時，就認為存在鐘跳，圖7是該機載實驗的鐘跳情況，可知鐘跳在飛機起飛前、飛行中和降落后均發(fā)生，共有6處，每處鐘跳值為-1ms。

(d)對于發(fā)生鐘跳的時刻，修改接收機鐘面采樣時標使之與載波相位觀測值相對應(yīng)。

(e)采用一階相位中心差分法構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值，然后進行速度和加速度求解。

考慮到數(shù)據(jù)量較大，圖8中僅截取了飛機飛行中的C處鐘跳前后的速度結(jié)果，圖9中僅截取了飛機飛行中的C處鐘跳前后的加速度結(jié)果。在圖中，虛圈線是未考慮鐘跳影響下構(gòu)造導(dǎo)出多普勒觀測值進行測速測加速度的結(jié)果，可知與鐘跳時刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果均出現(xiàn)了異常跳變，與實際情況不符；星點線是本發(fā)明方法所得結(jié)果，可知與鐘跳時刻相關(guān)的速度、加速度結(jié)果依舊正常，由此說明本發(fā)明方法對動態(tài)數(shù)據(jù)也十分有效。

應(yīng)當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，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)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。