GPS相位观测值中的周跳改正自动化.pdf

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1、中国科学院上海天文台年刊１９９８年第１９期ＡＮＮＡＬＳＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＯＢＳＥＲＶＡＴＯＲＹＡＣＡＤＥＭＩＡＳＩＮＩＣＡＮｏ．１９，１９９８ＧＰＳ相位观测值中的周跳改正自动化熊永清（中国科学院上海天文台，上海２０００３０）提要总结了ＧＰＳ相位数据预处理中探测周跳和修复周跳的方法，基于对这些方法的理解，介绍了一个比较有效的自动进行周跳修复的软件ＡＵＴＣＬＮ。在它的帮助下，可以减少大量的手工编辑操作，更加有效地处理ＧＰＳ数据。主题词：ＧＰＳ接收机—全球定位系统—数据处理—

2、定位分类号：Ｐ１１１．５１引言ＧＰＳ接收机在接收ＧＰＳ卫星的载波相位时，由于各种原因造成卫星信号突然瞬时中断，以至于载波相位的测量被中断，结果在观测值中产生一个非常大的偏差，这种现象在ＧＰＳ数据处理中被称为卫星信号“失锁”。当ＧＰＳ接收机重新对该卫星锁定并记录相位观测值时，由于相位观测的特殊性，只有相位观测的小数部分是正确的，而整数部分就不再正确，不能和失锁前的相位整数部分保持连续，产生一个系统的整数偏差，通常称为“周跳”。一般情况下，周跳从１周到几十周。对采用平方技术进行跟踪的ＧＰＳ接收机，有时还可能出现半周跳。ＧＰＳ数据测量中，周跳现象不仅可能频繁发生，而且可能出现百万周

3、的周跳。大于１０周的周跳，在数据处理中较容易发现，可以采取措施来弥补。但是，小于１０周的周跳，特别是１～３周的小周跳或半周跳，在数据处理中很难发现，而且也较难处理，因此人们往往忽略其影响，而将其视为偶然误差，结果严重地限制了利用ＧＰＳ技术进行测量的精度。据Ｇ．Ｌａｃｈａｐｅｌｌｅ等人的研究，当卫星信号中只残留一个周跳时，在较差的卫星几何图形配置下可能对所测点位坐标产生几厘米的误差［１］。由此可见，对高精度的ＧＰＳ数据处理都必须彻底地清除观测数据中的全部周跳，否则难以保证厘米级的定轨和定位精度。为了准确有效地判断和修复ＧＰＳ相位数据中的周跳，许多大型的ＧＰＳ处理软件都编制了人机

4、对话式的周跳处理模块，如ＧＡＭＩＴ中的ＣＶＩＥＷ，它是利用人工编辑的形式对屏幕上绘出的各种ＧＰＳ组合观测值进行统一考虑，力求将各个组合调整到最佳状态［２］。这就要求操作者具有丰富的经验和很高的专业水平，以适应于出现的各种情况，而且还需要具备很熟练的１９９７年３月１７日收到。第１９期ＧＰＳ相位观测值中的周跳改正自动化６９操作技巧，同时还需投入大量的人力物力。由于不同的操作者人为的因素影响而产生处理结果的不同，有的甚至还相差很大，这给进一步提高ＧＰＳ技术的精度带来了困难。目前，ＧＡＭＩＴ处理软件中有一个称为ＡＵＴＣＬＮ的自动编辑模块，它集中了ＭＩＴ许多大地测量工作者多年的ＶＬＢＩ

5、和ＧＰＳ数据处理经验，通过它的处理能够大量地减少ＣＶＩＥＷ编辑中所需要的操作和所需要的计算时间，但是由于它采用了非常复杂的算法，需要设置许多控制参数而使该模块的使用又受到数据分析人员经验的限制。本文主要先总结了目前使用的进行周跳探测和修复的方法，然后介绍ＡＵＴＣＬＮ自动编辑软件的几个主要处理步骤和一些缺省参数，通过对它的理解，可以帮助广大ＧＰＳ工作者正确处理ＧＰＳ数据中的周跳，提高ＧＰＳ数据处理的速度和准确度，使我国ＧＰＳ技术的应用研究更上一个台阶。２目前进行周跳探测和修复的方法周跳的处理一般可分两步进行，首先从观测数据中探测出周跳，其次将探测出的周跳加以修复。有时以上两步的

6、改正必须循环迭代，以保证资料中周跳完全被剔除。目前经常使用的周跳探测和修复方法主要有以下几种：（１）差分法。将非差载波相位时间序列或其残差组成一阶、二阶甚至高阶差分，凡在差分中出现剧烈跳变者，表明该处数据含有周跳。组成阶数越高，周跳的放大倍数越加明显。这种探测相位观测值是否存在周跳的方法，早在１９８５年就已由Ｒｅｍｏｎｄｉ提出［３］。（２）宽带（ＷＬ）和伪距组合法。如果载波Ｌ１和Ｌ２上的伪距码都有观测值，可以利用宽带［４］（ＷＬ）和伪距的组合来确定周跳。当得到的伪距都是Ｐ码伪距时，这种方法才比较有效。（３）电离层组合法。将双频的相位或伪距观测值组合成电离层相位ＬＧ，然后检测Ｌ

7、Ｇ的连续性，有跳变的地方认为有周跳［４］。（４）多项式拟合法。将观测数据分成若干段，采用低阶多项式按时间序列进行拟合。此法一般只能发现较大（一般大于５周）的周跳。（５）动态模型法。此法的基本思路是采用滤波预报出观测值，将预报的观测值同实际观测值进行比较［５］。（６）星间差分或站间差分法。此法主要是对ＧＰＳ通常提出的单差或双差组合进行，通过检查跳变和变换卫星、测站来判断产生问题的非差观测历元所在。３自动进行周跳修复软件ＡＵＴＣＬＮ简介ＡＵＴＣＬＮ的处理主要有七个步骤，每一步的处理都是根据上一步处理的结果来