一種基于無幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于無幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測方法，屬于 北斗導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)預(yù)處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] "北斗"系統(tǒng)正逐漸走向完善，全方位構(gòu)建完成后有5顆地球靜止軌道衛(wèi)星和30顆 非地球靜止軌道衛(wèi)星，能夠提供高精度的定位和導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，目前已在測繪、智能交通、 機(jī)械控制、工業(yè)測量等方面得到應(yīng)用。隨著北斗(BDS)漸漸成熟，對(duì)導(dǎo)航定位的精度要求更 為嚴(yán)格。周跳是影響定位精度的一個(gè)很重要的因素。周跳的探測與修復(fù)是北斗導(dǎo)航定位的 關(guān)鍵步驟之一。有效地探測與修復(fù)周跳，保證觀測數(shù)據(jù)的"干凈"并準(zhǔn)確定位，是導(dǎo)航定位系 統(tǒng)研究的意義和價(jià)值所在。而多頻組合定位技術(shù)與應(yīng)用研究受到越來越多的關(guān)注。多頻數(shù) 據(jù)的最大優(yōu)勢是創(chuàng)造一個(gè)更加優(yōu)良的特征數(shù)據(jù)相結(jié)合的能力，可用于周跳的探測與修復(fù)等 數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制中。現(xiàn)階段，對(duì)北斗三頻觀測數(shù)據(jù)的周跳探測與修復(fù)是研究的熱點(diǎn)。在三頻 情況下，組合觀測量具有波長較長、噪聲較小、電離層影響較小等特征，能有效提高周跳探 測精度。
[0003] 目前，偽距相位法由于受到偽距觀測噪聲和載波相位觀測噪聲的影響，只適用于 大周跳（10周以上）的探測。同時(shí)偽距相位法構(gòu)造出的組合周跳檢驗(yàn)量受采樣率的影響，當(dāng) 采樣周期較低時(shí)，無法正確探測周跳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于無幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測方法，以 用于克服小周跳難以探測問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于無幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測 方法，首先分別獲取T個(gè)北斗B1、B2、B3頻段的載波相位觀測值然后采用無幾何 相位法對(duì)載波相位觀測值Φ i、Φ 2、Φ 3構(gòu)造出3個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量，采用電離層殘差法對(duì)載 波相位觀測值Φ :、Φ 2、Φ 3構(gòu)造成1個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量;最后對(duì)3個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量進(jìn)行周跳 的探測。
[0006] 所述方法的具體步驟如下：
[0007] Stepl、分別獲取T個(gè)北斗B1、B2、B3頻段的載波相位觀測值(^、Φ2、Φ3;
[0008] Step2、根據(jù)公式（1)對(duì)載波相位觀測值(^、Φ2、Φ3進(jìn)行無幾何相位構(gòu)造，得到無 幾何相位組合觀測量_%辦_1將公式(1)在歷元間作差，得到周跳檢驗(yàn)量
[0009]
[0010]
[0011]選取兩組無幾何相位組合系數(shù)構(gòu)成的無幾何相位組合周跳檢驗(yàn)量作為第一、第二 組合周跳檢驗(yàn)量；
[0012] 根據(jù)公式（3)對(duì)得到的的載波相位觀測值(Π 、φ2、Φ 3進(jìn)行第三個(gè)組合周跳檢驗(yàn) 量，即電離層殘差組合周跳檢驗(yàn)量Α Φ23的構(gòu)造；
[0013]
(3)
[0014] 式中：馬你是無幾何相位組合觀測量，^/^辦為無幾何相位組合觀測量的變化量； γ為無幾何相位組合系數(shù)；Φ!，Φ2, Φ3分別為Β1、Β2、Β3三個(gè)頻段的載波相位觀測值； 分別為Β1、Β2、Β3三個(gè)頻段的載波波長；心/^是組合整周模糊度；^物是電離層延 遲放大系數(shù)；今你是組合觀測噪聲，是組合觀測噪聲的變化量;d為電離層延遲，Ad 為電離層延遲的變化量；Φ 2(t)、Φ 3(t)分別為t歷元時(shí)在B2、B3頻段的載波相位觀測值;f2、 f3分別為北斗B2、B3頻段的載波頻率；Δ23 (〇為t歷元時(shí)的電離層殘差； ion
[0015] Step3、按照公式⑷，在三頻載波相位觀測值Φι、Φ2、φ3的任意歷元t加入周跳， 得到Φ 1'、Φ 2'、Φ 3' ；根據(jù)得到的Φ 1'、Φ 2'、Φ3'，結(jié)合步驟Stepl、Step2得到加入周跳后的 第一、第二、第三組合周跳檢驗(yàn)量;根據(jù)第一、第二、第三組合周跳檢驗(yàn)量的幅值變化與否分 別判斷Φ i '、Φ 2 '、Φ 3 '中是否發(fā)生了周跳:若幅值變化，則發(fā)生了周跳，根據(jù)幅值變化對(duì)應(yīng) 的位置能確定周跳發(fā)生的歷元t及在歷元t處的周跳值；
[0016] Φ?，=Φ?+Δη i = l,2,3； (4)
[0017] 式中：Δη為歷元1，...，歷元τ之間加入的周跳大小，Τ為選取的北斗個(gè)數(shù)且表示單 個(gè)頻段的載波相位觀測值個(gè)數(shù)。
[0018] 本發(fā)明的工作原理是:若北斗三頻載波相位觀測值中不發(fā)生周跳，則利用無幾何 相位法和電離層殘差法構(gòu)造出的3個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量表現(xiàn)為隨機(jī)誤差特性；當(dāng)三個(gè)頻段Β1、 Β2、Β3中的任一頻段載波相位觀測值Φ 1、Φ 2、Φ 3中發(fā)生周跳時(shí)，3個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量Δ No,1,-1、ΔΝι,-ι,ο和Δ Φ23中至少有一個(gè)的幅值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化;此外，同時(shí)采用無幾何相位 法和電離層殘差法構(gòu)造組合周跳檢驗(yàn)量來探測周跳，不存在不敏感周跳，可以探測出北斗 三個(gè)頻段中任意載波相位觀測值中發(fā)生的周跳。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：只需根據(jù)3個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量的幅值變化便可判斷出北斗 Β1、Β2、Β3頻段的載波相位觀測值中是否發(fā)生了周跳;此外，本發(fā)明不存在不敏感周跳，能夠 有效探測5s以下北斗三頻載波相位觀測值中任一頻率發(fā)生的周跳。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0021] 圖2為Is采樣周期未加周跳時(shí)組合周跳檢驗(yàn)量Δ No,:^顯示圖；
[0022]圖3為Is采樣周期未加周跳時(shí)組合周跳檢驗(yàn)量ΔΝ^,ο顯示圖；
[0023]圖4為Is采樣周期未加周跳時(shí)組合周跳檢驗(yàn)量Δ Φ23顯示圖；
[0024]圖5為5s采樣周期未加周跳時(shí)組合周跳檢驗(yàn)量Δ No, ^顯示圖；
[0025]圖6為5s采樣周期未加周跳時(shí)組合周跳檢驗(yàn)量ΔΝ^,ο顯示圖；
[0026]圖7為5s采樣周期未加周跳時(shí)組合周跳檢驗(yàn)量Δ Φ23顯示圖；
[0027]圖8為Is采樣周期時(shí)在三頻載波相位觀測值Φχ、Φ 2、Φ 3的150歷元對(duì)應(yīng)加入周跳 (_1，_2，_3)而導(dǎo)致組合周跳檢驗(yàn)量Δ Νο,ι,-1的變化圖；
[0028]圖9為Is采樣周期時(shí)在三頻載波相位觀測值Φχ、Φ 2、Φ 3的150歷元對(duì)應(yīng)加入周跳 (_1，_2，_3)而導(dǎo)致組合周跳檢驗(yàn)量Δ Νι,-ι,ο的變化圖；
[0029] 圖10為Is采樣周期時(shí)在三頻載波相位觀測值Φ!、Φ 2、Φ 3的150歷元對(duì)應(yīng)加入周跳 (-1，-2，-3)而導(dǎo)致組合周跳檢驗(yàn)量八(&23的變化圖；
[0030] 圖11為5s采樣周期時(shí)在三頻載波相位觀測值Φχ、Φ2、Φ3的150歷元對(duì)應(yīng)加入周跳 ( _1，_2，_3)而導(dǎo)致組合周跳檢驗(yàn)量Δ Νο,ι,-1的變化圖；
[0031] 圖12為5s采樣周期時(shí)在三頻載波相位觀測值Φ!、Φ 2、Φ 3的150歷元對(duì)應(yīng)加入周跳 (_1，_2，_3)而導(dǎo)致組合周跳檢驗(yàn)量Δ Νι,-ι,ο的變化圖；
[0032]圖13為5s采樣周期時(shí)在三頻載波相位觀測值Φχ、Φ 2、Φ 3的150歷元對(duì)應(yīng)加入周跳 (-1，-2，-3)而導(dǎo)致組合周跳檢驗(yàn)量八(&23的變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1:如圖1-13所示，一種基于無幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探 測方法，首先分別獲取T個(gè)北斗B1、B2、B3頻段的載波相位觀測值Φ i、Φ 2、Φ 3;然后采用無幾 何相位法對(duì)載波相位觀測值Φ ^ Φ 2、Φ 3構(gòu)造出3個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量，采用電離層殘差法對(duì) 載波相位觀測值Φ :、Φ 2、Φ 3構(gòu)造成1個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量;最后對(duì)3個(gè)組合周跳檢驗(yàn)量進(jìn)行周 跳的探測。
[0034]所述方法的具體步驟如下：
[0035] Stepl、分別獲取T個(gè)北斗B1、B2、B3頻段的載波相位觀測值Φ!、φ2、φ3;
[0036] Step2、根據(jù)公式（1)對(duì)載波相位觀測值(iM、φ2、φ3進(jìn)行無幾何相位構(gòu)造，得到無 幾何相位組合觀測量心?辦·，將公式（1)在歷元間作差，得到周跳檢驗(yàn)量；
[0037] (1)
[0038] (2)
[0039] 選取兩組無幾何相位組合系數(shù)構(gòu)成的無幾何相位組合周跳檢驗(yàn)量作為第一、第二 組合周跳檢驗(yàn)量；
[0040] 根據(jù)公式（3)對(duì)得到的的載波相位觀測值(Π 、φ2、Φ 3進(jìn)行第三個(gè)組合周跳檢驗(yàn) 量，即電離層殘差組合周跳檢驗(yàn)量Α Φ23的構(gòu)造；
[0041 ]
(3)
[0042] 式中：:是無幾何相位組合觀測量，^為無幾何相位組合觀測量的變化量； 8、.β、γ為無幾何相位組合系數(shù)；Φι，Φ2, Φ3分別為Β1、Β2、Β3三個(gè)頻段的載波相位觀測值； 入:，、，、分別為Β1、Β2、Β3三個(gè)頻段的載波波長；辦是組合整周模糊度；％辦是電離層延 遲放大系數(shù)；Q辦是組合觀測噪聲，△巧辦是組合觀測噪聲的變化量;d為電離層延遲，Δ d 為電離層延遲的變化量；Φ 2(t)、Φ 3(t)分別為t歷元時(shí)在B2、B3頻段的載波相位觀測值;f2、 f3分別為北斗B2、B3頻段的載波頻率；Δ23 (〇為t歷元時(shí)的電離層殘差； ion
[0043] Step3、按照公式(4)，在三頻載波相位觀測值Φι、Φ2、Φ3的任意歷元t加入周跳， 得到Φ 1'、Φ 2'、Φ 3' ；根據(jù)得到的Φ 1'、Φ 2'、Φ