GPS-周跳的探测与修复

周跳的探测与修复授课教师：刘志强单位：河海大学主要内容（一）周跳定义及其产生原因（二）周跳的特性（三）周跳的探测与处理方法一周跳定义及其产生原因1.1周跳的定义1.2产生周跳的原因0tNN1t0()rF1()rF1()Int0100(())rFN0t时刻111[()()]rInNtF时刻1t1.1周跳定义由于某种原因，在某一时段计数器中止了正常的累积工作，从而使整周计数应有值少了周，那么当计数器恢复正常工作后，所有的便都会含有同一偏差值。这种整周计数出现系统偏差而不足一周的部分仍然保持正确的现象称为整周跳变，简称周跳（CycleSlips）。n()iIntn()irF()iInt[()(])iiirIFtNn时刻ti（一）卫星信号被障碍物阻挡如树木、建筑物、桥梁、山峰等对卫星信号的阻挡造成。这种情况最频繁，尤其是基于载波相位的动态定位。（二）外界干扰或接收机所处的动态条件引起恶劣的电离层条件、多路径效应、卫星高度角过低引起的低信噪比（S/N），以及接收机的高速运动。1.2产生周跳的原因产生周跳的原因：卫星载波相位信号的暂时失锁【LossofLock】卫星信号的失锁可能发生在两个连续的历元间，也可能持续几分钟或更长时间，重新捕获信号之后的所有载波相位观测值都会与正确值相差周。整周跳变值可能是1周甚至数百万周。n二周跳的特性(I)[()()]iiriFNnInt时刻tinTnˆNNˆNnN二周跳的特性(II)[()()]iiriFNnInt时刻t[()(])iiirIFtNni对非差整周模糊度的影响对差分整周模糊度的影响观测历元载波相位观测值双差三差2it1itit1it2it(2)pki(1)pki()pki(1)pki(2)pki(2)pmi(1)pmi()pmni(1)pmni(2)pmni(2)qki(1)qki()qki(1)qki(2)qki(2)qmi(1)qmi()qmi(1)qmi(2)qmi(2)pqkmi(1)pqkmi()+pqkmni+(+1)pqkmin2+()pqkmin(1,2)pqkmii(+,1)pqkmini(1,)pqkmii(2,1)pqkmii三周跳的探测与处理方法3.1周跳的探测3.2周跳的处理方法测距码与相位比较法3.1周跳的探测(I)()rstroptiderelmulcionRttc伪距观测方程载波相位观测方程()rstroptiderelionmulpNttc2()ioncpRN2()ioncpRN111()()iiiiiiRRNN在无周跳的情况下，。由于伪距的观测噪声水平较大，该方法仅适合于大周跳的探测。10iiNN卫星径向速度高次差法一次差11210.067211608.753112008.567112410.888312815.137213222.277713632.037714043.95513.1周跳的探测(II)一次差1()iidttdt212()iidttdt二次差卫星径向加速度…414()iidttdt四次差值趋于零，残余误差呈偶然误差特性，主要受接收机钟误差影响。观测历元观测值20464623.158121475833.225122487441.978423499450.545524511861.433825524676.571026537898.848727551530.886428565574.8817()()rFInt三次差1.12812.50721.92772.89162.61952.1976二次差398.6859399.8140402.3212404.2489407.1405409.7600411.9576四次差1.3791-0.57960.9639-0.2721-0.4291一次差11210.067211608.753112008.567112410.888312715.137213222.277713632.037714043.95513.1周跳的探测(II)（续）观测历元观测值20464623.158121475833.225122487441.978423499450.545524511861.433825524576.571026537798.848727551430.886428565474.8817()()rFInt三次差1.12812.5072-98.0723202.8916-97.38052.1976二次差398.6859399.8140402.3212304.2489507.1405409.7600411.9576四次差1.3791-100.5795300.9639-300.272199.5781GPS接收机钟一般采用石英钟，稳定性较差。例如：109155101.57541011.8sHzcycle对于非差相位观测值，即使发现相位观测值中有数周的不规则变化，也很难判断是否存在周跳。只有将各种误差对观测值的影响削减至远小于1周的水平时，才能使用高次差法探测小至1周的小周跳。建议双差观测值时可采用该方法。多项式拟合法将个无周跳的载波相位观测值代入下式，进行多项式拟合。3.1周跳的探测(III)mi2010200()()()(1,2,,;1)niiiniaattattattimmn01,,,naaa(1)iiVVmn外推载波相位观测值实际载波相位观测值3拟合多项式的阶数通常取至3~4阶即可；实质上与高次差法类似，但便于计算。宽巷组合观测值法3.1周跳的探测(IV)112212()Wffmff1286.19WWcccmfff12WNNN宽巷组合观测值宽巷模糊度12121122121212()通常用相位和测距码组合观测量计算：WN理论上，宽巷模糊度应为常数。由于卫星信号在传播路径上的变化，对于低高度角卫星，宽巷模糊度会有少许的变动。从第1个历元至第i个历元，所求得的i个的均值及其方差，可由下列递推公式计算：WN,WiN2i,,,,1122,21,112()WWiiiiiNiN12()Wcycle3.1周跳的探测(IV)（续）YN1,,4iWiiWNN无周跳周跳或粗差2,,4iWiiWNN1,,2WiiWNN2,,4iWiiWNN1,,2WiiWNN粗差周跳YY如何区分L1还是L2观测值中的周跳若L1与L2中发生相同的周跳呢3.1周跳的探测(V)()iiiirsioniidtdtcN()iirsionPRdtdtc()iikiorniidtcdtN()iikionrPRdtcdt由于大部分误差源在短时间内（如几秒）是强相关的，因此通过信号间的时间差分可以很大程度上削弱这种相关性。由于两相邻历元间的时间间隔相对较短，仪器偏差的变化完全可以忽略。这意味着周跳仍保持着其整数特性，因此可以用整周模糊度求解的方法来恢复周跳。lAxBne()covlQ--历元差分观测值向量--位置和接收机钟差未知参数（4维）--周跳参数--未知参数和周跳参数分别对应的设计矩阵lnxAB、相邻历元间差分历元间差分法(IONGNSS2009)ImprovingReal-TimeKinematicPPPwithInstantaneousCycle-SlipCorrection3.1周跳的探测(V)（续）固定整周模糊度LAMBDA12ˆˆWNNN112212Wffff宽巷组合观测值112()rk12WNNN12G无几何影响组合观测值121122GionionGNN1122ˆˆˆGNNN2121ˆˆGWNNN11ˆrouNNnd()Wkr相邻历元间差分相邻历元间差分1122GNN2N在探测出周跳后，可以有两种方式处理：①修复周跳②重置模糊度参数3.2周跳的处理方法修复or重置若要修复周跳，则首先要准确地知道周跳大小。如果修复不正确，将会影响后面的所有观测方程。在探测出周跳后，重置模糊度参数是较为稳妥的方法。谢谢！Thanksforyourattention