一种探测与修复周跳的组合方法(1)

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1、一种探测与修复周跳的组合方法王一强，严新生，白征东，刘亮(清华大学土木工程系地球空间信息研究所，北京100084)摘要：通过分析现有的GPs载波相位周跳探测与修复算法的不足，提出组合使用高次差法与Ble-itt方法的周跳探测与修复方法，进而分析这种方法的优缺点，并通过实测数据进行验证．关键词：周跳；探测与修复；组合；高次差方法；B1e_itt方法一、引言在GPS载波相位测量中，载波相位观测值表达为①(‘)=6(fo)+如f(妒，‘-岛)+n(妒，‘)6(矗)为初始整周模糊度，砌f(伊，fj一，0)为整周记数，乃(妒，t)为不足一周的小数部分。小数部分直接测量，而整周部分则借助计数器来累计。

2、在GPS载波相位观测期间，由于建筑物或树木等的遮挡、电离层电子的剧烈活动、卫星低仰角、多路径效应以及接收机本机震荡的不稳定或软件故障等原因，会导致信号失锁，并可能引起整周计数跳变，产生周跳⋯埋’。周跳的探测与修复必须在载波相位模糊度固定前进行，是精密定位相位观测资料处理的一项重要内容。目前，用于周跳探测与修复的方法很多，比如高次差分法、宽带和伪距组合法、电离层组合法、多项式拟合法、线性拟合法、动态模型法、星间差分或站间差分法、GAMIT中的AUTCLN所体现的方法，GIPSY中B1ewitt的Turboedit所体现的方法等幅1。在所有探测与修复方法中，高次差分法算法简洁，执行效率高，但较

3、难区分小周跳和噪声；其它非差观测方法可以保留较多的信息，但在理论与实践上大都存在某些不足哺H"。比如，多项式拟合法通过对观测数据进行拟合，判断两条曲线是否重合或断裂来判断周跳，因存在选择拟合阶数、截断误差大小等问题引入了人为误差，对小周跳不敏感；电离层残差法线性组合相位观测量，将剩余误差归结为电离层误差，通过组合值发生突变判断周跳发生，因此只在电离层活动缓慢、多路径效应影响小的时候比较有效。本文考虑到以上现有的周跳探测和修复算法的不足，在非差模式的Blewitt方法(又称TurboEdit方法)的基础上，结合高次差分法提出了探测和修复周跳的组合方法。．二、高次差分方法探测与修复周跳1985

4、年Remondi提出用差分法进行周跳探测和修复旧1，在以后的GPS观测实践中，普遍采用高次差分法(三次差)⋯，即对相位原始观测序列或者其线性组合序列求历元间高次差，如果没有周跳，其三次差为围绕“O”变化的随机序列(不考虑误差影响)；如果发生周跳，在周跳历元三次差发生突变且邻近历元数值上满足一定的比例关系(图1中分4种情况讨论，A为周跳，B、C、D为野值)，可以根据1：一2：1：0的比例关系，唯一地确定周跳发生的位置和大小，完成探测和修复。在实际应用高次差法时，一般采用线性组合值进行历元间求差，提前消除一些误差，如大气折射延迟、接收机钟差、卫星钟差等。通过图l的分析，当三次差出现跳值时，若符

5、合图lA的情况，为周跳；若符合图1BCD的情况，为野值。从数据处理的效率来看，高次差法起算数据少，算法简单，易于控制。但因差分方法“放大”周跳和噪声，高次差法只能较好地探测和修复大周跳。另外，在观测序列发生跳值时，在同一历元三次差即可探测出异常，但对跳值的性质(周跳或者野值，若是周跳，跳值的大小)至少需要再观测三个历元才能判断，限制了高次差法在GPS实时动态模式中的应用。7l06—6OA6—26O6—6O6—6●6C6—2626O6O6—6O6—26OB6—3636—6图1三次差观测序列跳值的比例关系“1三、BIewjtt方法探测与修复周跳O6—6O6—6D6—26一6B1ewitt在19

6、89年提出用宽巷组合探测周跳，用电离层组合计算周跳，然后修复的方法‘5mm引。具体的思路如下。，考磐S载’波相位和伪距刺懒姚(黼c为燧卟％石～、^2云、五2云、6l、如分别为厶、厶观测的相位、频率、波长和模糊度；#、罡是厶、厶频段所对应的码观测值；叱为电离层影响；p为卫星到测站的几何距离)厶兰一c巾，／石=p一九纡／(石2一彳)+^6l3．1厶兰一c①：／五=尸一叱Z2／(彳2一彳)+五623．2Pi=p七d。l：

7、L{；一{；、R=p七a。锭

8、0式一甓、进行宽巷组合：k镨叫燕丸+c．糕{。一{。jl；一lj”{、一{：P：』旦!±』旦!石+五叫捣屯3．33-43—53—6进行电离层组合：

9、’三=厶一厶=叱+(A6l一五62)=叱+4％一以623—7O6O尸=昱一日=叱3—8矿=三一尸=A％一乃吃3—9整理式(3—5)和(3-6)得到．％卟62卉★糕噜+争3Ⅲ对以的序列进行整理，得到递推关系(为观测量x的平均值)<％>产<％>H+÷(％f一<％>H)’3-ll砰=d主l+{{(％；一<％>；一1)2一巧三1)3．12Blewitt在文献[8】中提出了周跳探测和修复的准则，如下：㈤如果陇∞≯．，3m’那