一種基于無(wú)幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于無(wú)幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測(cè)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(cè)繪、智能交通、 機(jī)械控制、工業(yè)測(cè)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(cè)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(cè)與修復(fù)周跳，保證觀測(cè)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(lái)越多的關(guān)注。多頻數(shù) 據(jù)的最大優(yōu)勢(shì)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(cè)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(cè)數(shù)據(jù)的周跳探測(cè)與修復(fù)是研究的熱點(diǎn)。在三頻 情況下，組合觀測(cè)量具有波長(zhǎng)較長(zhǎng)、噪聲較小、電離層影響較小等特征，能有效提高周跳探 測(cè)精度。
[0003] 目前，偽距相位法由于受到偽距觀測(cè)噪聲和載波相位觀測(cè)噪聲的影響，只適用于 大周跳（10周以上）的探測(cè)。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(wú)法正確探測(cè)周跳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于無(wú)幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測(cè)方法，以 用于克服小周跳難以探測(cè)問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于無(wú)幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探測(cè) 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(cè)值然后采用無(wú)幾何 相位法對(duì)載波相位觀測(cè)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(cè)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(cè)。
[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(cè)值(^、Φ2、Φ3;
[0008] Step2、根據(jù)公式（1)對(duì)載波相位觀測(cè)值(^、Φ2、Φ3進(jìn)行無(wú)幾何相位構(gòu)造，得到無(wú) 幾何相位組合觀測(cè)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(wú)幾何相位組合系數(shù)構(gòu)成的無(wú)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(cè)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(wú)幾何相位組合觀測(cè)量，^/^辦為無(wú)幾何相位組合觀測(cè)量的變化量； γ為無(wú)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(cè)值； 分別為Β1、Β2、Β3三個(gè)頻段的載波波長(zhǎng)；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(cè)噪聲，是組合觀測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)值中不發(fā)生周跳，則利用無(wú)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(cè)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(wú)幾何相位 法和電離層殘差法構(gòu)造組合周跳檢驗(yàn)量來(lái)探測(cè)周跳，不存在不敏感周跳，可以探測(cè)出北斗 三個(gè)頻段中任意載波相位觀測(cè)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(cè)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(cè)5s以下北斗三頻載波相位觀測(cè)值中任一頻率發(fā)生的周跳。
【附圖說(shuō)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(wú)幾何相位和電離層殘差法的北斗三頻周跳探 測(cè)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(cè)值Φ i、Φ 2、Φ 3;然后采用無(wú)幾 何相位法對(duì)載波相位觀測(cè)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(cè)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(cè)。
[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(cè)值Φ!、φ2、φ3;
[0036] Step2、根據(jù)公式（1)對(duì)載波相位觀測(cè)值(iM、φ2、φ3進(jìn)行無(wú)幾何相位構(gòu)造，得到無(wú) 幾何相位組合觀測(cè)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(wú)幾何相位組合系數(shù)構(gòu)成的無(wú)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(cè)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(wú)幾何相位組合觀測(cè)量，^為無(wú)幾何相位組合觀測(cè)量的變化量； 8、.β、γ為無(wú)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(cè)值； 入:，、，、分別為Β1、Β2、Β3三個(gè)頻段的載波波長(zhǎng)；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(cè)噪聲，△巧辦是組合觀測(cè)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(cè)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(cè)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