第四章GPS中整周未知数的确定方法

周跳的探测与修复整周未知数的确定同济大学海洋与地球科学学院赵晶一、整周跳变：在载波相位测量中，若接收机保持对卫星信号的连续跟踪，则整周未知数将保持不变，整周计数也将保持连续；但当由于某种原因使接收机无法保持对卫星信号的连续跟踪时，在卫星信号重新被锁定后，整周未知数将发生变化，整周计数也将不再与前面的值保持连续而发生部分丢失现象，称为整周跳变。整周跳变中，不足一个整周的相位观测值仍是正确的。))((Fr))((Int)(~0ttNt周跳产生原因：信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪；仪器故障，导致差频信号无法产生；卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误；接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法正确跟踪卫星信号；卫星瞬时故障，无法产生信号；周跳的特点:只影响整周计数——周跳为波长的整数倍;将影响从周跳发生时刻之后的所有观测值——使周跳发生后的所有观测值包含相同的整周计数错误;解决周跳问题的方法探测与修复–设法找出周跳发生的时间和大小参数法–将周跳标记出来，引入周跳参数，进行解算周跳探测修复方法：屏幕扫描法高次差或多项式拟和法在卫星间求差法根据平差后的残差发现和修复整周跳变周跳探测修复方法：屏幕扫描法–人工在计算机屏幕前观察相位观测值变化率曲线是否连续。–特点：(1)手动修复，费时、只能发现大周跳；(2)由于原始的载波观测值变化很快，通常观察的是某种观测值的组合，如。2211LLLL-20000000200000040000006000000800000018.819.019.219.419.619.8L1_phaseL2_phasePhase(cycles)HrsCycleslipatL2周跳探测修复方法：高次差法–由于卫星和接收机间的距离在不断变化，因而载波相位的观测值也随时间不断变化。–这种变化应有规律的，平滑的，但周跳将破坏这种规律性。–对于GPS卫星而言，在相邻的两个观测值间依次求一次、二次、三次差、......，当求至四、五次差时，其值已趋向于零，残差主要是由接收机的钟误差等因素引起的。))((Fr))((Int0ttN观测历元原始相位观测值一次差二次差三次差四次差t1475833.225111608.7533t2487441.9784399.813812008.56712.5074t3499450.5455402.3212-0.579712410.88831.9277t4511861.4338404.24890.963912815.13722.8916t5524676.5710407.1405-0.272113222.2777t6537898.84872.6195409.7600-0.421913632.0377t7551530.88642.1976411.957614043.9953t8565574.8817载波相位观测值及其差值观测历元原始相位观测值一次差二次差三次差四次差t1475833.225111608.7533t2487441.9784399.813812008.56712.5074t3499450.5455402.3212100.579712410.8883-98.0723t4511861.4338304.2489300.963912715.1372202.8916t5524576.5710507.1405300.272113222.2777t6537798.8487-97.3805409.760099.578113632.0377t7551430.88642.1976411.957614043.9953t8565474.8817载波相位观测值及其差值周跳探测修复方法：高次差法存在的问题–接收机钟差对此方法有效性的影响–克服接收机钟差影响的方法——卫星间求差–即使发现相位观测值中存在数周的不规则变化，也很难判断是否存在周跳–所以双差观测值被广泛采用。周为载波相位观测值的影响则接收机钟对相邻历元）（对于秒，，接收机采样间隔为设接收机钟的稳定度为)(36.21057542.11510,1057542.1115109109110HzfLL周跳探测修复方法：卫星间求差法–在GPS测量中，每一瞬间要对多颗卫星进行观测，因而在每颗卫星的载波相位测量观测值中，所受到的接收机振荡器的随机误差的影响是相同的，在卫星间求差后即可消除此项误差的影响。周跳探测修复方法：根据平差后的残差发现和修复整周跳变–经上述处理的观测值中可能还存在一些未被发现的小周跳，即使是修复后的观测值中也可能引入1～2周的偏差；–用这些观测值来进行平差计算，求得各观测值的残差，这些残差的数值一般均很小；–有周跳的观测值上则会出现很大的残差，据此可发现和修复周跳；二、整周未知数的确定整周未知数从哪儿来？载波相位测量原理需要解决的问题N0Fr0N0Int()iFrit0ti整周未知数的确定载波相位测量中的关键问题：精确的Fr(φ)及修复周跳后的整周计数只有与正确的整周未知数配合使用才有意义，N出错将严重损害定位精度和可靠性。在一般的GPS测量中，定位所需的时间即为确定整周数所需的时间，快速确定N对提高GPS定位速度，提高作业效率具有重要作用。误差影响：一个整周数带来的误差为0.2m整周未知数的确定方法可惜目前还没有完美的解决办法目前只能靠一些数据处理手段来进行因此相当复杂，目前是研究热门整周未知数的确定方法静态法动态法1.整周未知数的静态求解法静态法：很长的观测时间；大部分时间就是为了确定整周未知数；整周未知数一旦确定，再增加观测时间对于提高精度的作用就不大了；1.整周未知数的静态求解法思路：把整周未知数作为待定参数，在平差计算中与其他未知数一同解出。如何找到这些包含整周未知数的方程组？1.1平差待定参数法：(静态相对定位)伪距法：将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值(化为以距离为单位)后即可得到λN0。整数解——短基线测量–求初始解：确定基线向量的实数解和整周未知数的实数解——为什么会有实数解？–将整周未知数固定为整数–求固定解实数解——长基线测量–基线较长，误差相关性减弱，初始解的误差将随之增大，从而使整周未知数很难固定，整数化的意义不大。静态相对定位中的组合方式单差：不同观测站，同步观测相同卫星所得的观测量之差双差：不同观测站，同步观测同组卫星所得的单差之差三差：不同观测站，同步观测同组卫星所得的双差之差以上哪个方程包含整周未知数？单差观测方程：观测方程多个方程则通过写成误差方程求解整周未知数是方程组的一个未知数双差观测方程：观测方程多个方程则通过写成误差方程求解整周未知数是方程组的一个未知数1.2三差模型和三差法：定义：不同观测站，同步观测同组卫星所得的双差之差观测方程：P100(4-87)特点：不包含N怎么办？解决办法：通过三差误差方程先求坐标XYZ；然后把XYZ作为坐标初始值代入双差观测方程中求解整周未知数；1.3交换天线法：图解;方程的组合与变换;双差观测方程求和后方程特点；解法类似三差法，但方程性质更好；准动态定位；2.整周未知数的动态求解法：快速定位的重要性难度是目前GPS动态定位的瓶颈问题如何快速准确定位？如何快速确定N？2.整周未知数的动态求解法：初始化法–运动载体处于静止状态时与地面基准站一起通过“初始化”来确定整周未知数，然后运动载体开始运动，进行定位；最小二乘搜索法模糊度函数法综合法(AOTF)实时解算整周未知数解的检验：无论何种方法求取整周未知数，都必须要对解进行正确性和可靠性检验。GPS星历网站://