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1、GPS相位观测值中周跳的探测与修复尸S,仁,测1f)'疑武璃I科技WTUSMBulletinofScienceandTechnology1994年第3船/,GP_s相位观测值中周跳的探测与修复圭堂.逊一(石家庄铁道学硫测量教研室)4一t堤要】在GPS测量中,如何对载波相位观测值中的周跳进行探测和修复,是精密定位数据处理中的一个十分重要的问题.本文首先概述j周跳的产生,定义及其来源,其次介绍7不同周跳检验量的构成,然后重点讨论j周跳检验的若干方法,最后引出了几点结论.队bstract]CycIeslipdetection
2、andrepairisoneimportantproblemforGPScarrierphasemeasurements.Thispaperdescribesbrieflythedefinitionandsourcesofcyclerslip,first,followedbyadescriptionofthesetting-upofdifferenttestingquantitiesforcycle—slipandthevariousmethodsofcycle—sliptest?Finallytsomeconclus
3、ionsaregiven.,1周跳的定义及其来_潭载波相位测量是GPS精密定位中广泛采用的方法.在载波相位涮萤中,当接收机开机时,所观测的是卫星发射的载波信号与接收机产生的参考信号之间的相位差Ag,并预置一个整周计数器.在接收机跟踪期间,每当相位尾数从2变化至0时,该计数器便增加1.因此,对于某个给定的历元,接收机所观测的累积相位为上述相位尾数及整周数之和,而卫星至接收机之间的相位初始整周数Ⅳ(通称整周模糊度或整周未知数,其求解方法本文暂不讨论)是未知的.只要不发生信号失锁,接收机便会自动给出跟踪耱间载波相位整周数的变
4、化,而初始整周模糊度Ⅳ则保持为常数,此时不存在周跳问晤.然而'在接收机实际观溅期闻,由于多种干扰因素的影响,会使得卫星信号被暂时阻挡,造成载波相位量涮和计数的暂时中断,此即所谓信号失锁.失锁期间接收机整厨计数嚣对整周的计数亦随之中断当干扰因素棱排除,接收机恢复对卫星的跟踪后,相位观测值中的小数部分同没有失锁前一样,仍为正确的量测值.但由于整周计数器需重新预置,故此时整周计数部分是从一个随机的整值重新开始的.这样,信号重新锁定后的每一个整周计数阿失锁之前的计数均存在一个整周常数的偏差.通常把这种现象叫做整周跳变,简称周跳
5、.在GPS载波相位观测中,周跳是一种比较频繁发生的现象在开始对相位观测数据进行实质性处理之前,必须首先对其中的周跳进行检验,并恢复其正确的整周计数.为了便于理解,图l给出了周跳的图解表示.显然,在不存在周跳的情况下,所绘出的相位观-冽值曲线应当是一条连续而平滑的曲线;而在有周跳的情相位t"h十时伺圈1周跳的圈示茅3期李学逊:GPS相位观测值中周跳的探刹与修复l5况下,该曲线上出现了突然的跳跃.周跳的来源可分为以下三个方面:其一是卫星信号的暂时中断.这主要是由于树木,建筑物,桥梁,山峰等障碍物阻挡而引起的,此为周跳最为常
6、见的来源;其二是卫星信号的信噪比过低.这主要是由于电离层条件差,多路径效应,接收机的强振荡或卫星高度过低而引起的;其三是接收机软件发生故障,从而导致错误的信号处理.此外,卫星振荡器的故障也可能引起周跳,不过这种情形较为少见.由图l可见,周跳的探测和修复需要首先进行周跳的定位,并确定周跳值的大小.周跳的修复可通过对周跳发生后的全部相位观测值改正一个固定值(即周跳值)来进行;周跳的探测则可通过构造一个检验量来进行.根据不同的观测数据及设站情况,可构造出不同的周跳检验量.'2周跳检验量的构成周跳检验量的构成以所观测的载波相位
7、和码距为基础,其基本思想是通过对相位观测值进行适当的组合,从而尽可能地消去那些与时间相关的项,以利于周跳的检验.表l中按单个和两个测站汇列了若干可供选择的周跳检验量.寰l周跳捡驻量检验量所需散据单十坫两十坫单差单额相位,或非差分相位-取差三兰相位组合双糍相位(Ll和)(电离屡残整)萆糍相位l或^2)和玛毫相位/码距组合擐i站于历元对卫星j的原始观测相位(')可用以下测相伪距模型来表达0]:Ar,0)一0)+f+0)一=+…(1)式中()为卫星至观测点的几何距离,为载波波长,Ⅳ}为初始整周模糊度,(￡)为钟差,为光速,,
8、为信号频率,A}(￡)为电离层折射改正项.容易看出,非差分相位模型的右端含有若干与时间相关的项,它们会妨碍周跳的探测.双频相位组合模型可用来考察单个测站和单颗卫星的情形.此时,将(1)式中的上,下标略去,并利用下标和:来表明相应的频率从属关系,则有:")一p(o+ⅣL.+f0)垂0)一p(')+屯:N+cd")上两式取差,便消去了
