[发明专利]一种CORS基站周跳探测与修复方法

权利要求书

1.一种CORS基站周跳探测与修复方法，其特征在于：根据CORS网中已知的精确坐标以及对流层、电离层误差的时间相关性及初始化后已知的整周模糊度，依据非参考卫星引起单个双差观测方程出现粗差、而参考卫星引起所有双差观测方程中出现系统性误差的性质，使用电离层残差法进行周跳探测，根据周跳探测结果，建立单历元双差观测方程，最后进行周跳修复，包括以下步骤：

1)根据电离层残差法进行周跳的探测，确定存在周跳的卫星及所对应的观测值，建立单历元双差观测方程；

2)将双差观测方程分为两类，第一类为无周跳双差观测方程，第二类为存在周跳的双差观测方程，将非参考卫星产生的周跳作为粗差，参考卫星的周跳作为系统误差；

3)使用第一类双差观测方程进行参数估计，确定参考卫星的周跳；

4)将第一类双差观测方程估计出的参数带入第二类双差观测方程，计算改正数，得到非参考卫星的周跳值；

5)根据CORS三角网中基线间的关系修复发生周跳的基站观测数据。

2.根据权利要求1所述CORS基站周跳探测与修复方法，其特征在于：

1)电离层残差法进行周跳探测

GPS载波相位非差观测的基本观测方程为：

其中，t为观测历元；i表示对应L1和L2载波；表示载波相位观测值；R表示卫星与接收机之间的几何距离；λ表示波长；N表示载波相位观测值的整周模糊度；T表示对流层误差；I表示电离层误差；ε表示非模型误差；

将L1和L2载波相位观测值求差可得：

其中I为L1和L2载波观测电离层误差之差；ε为L1和L2载波观测单差非模型误差；

将上述电离层误差之差进行历元间求差，可得：

根据电离层的性质，对于采样率为1秒的CORS系统来说，在短时间内，电离层变化为微小量，在观测值不发生周跳时，电离层残差不会超过0.1周，如果超过0.1周，则认为观测值中存在周跳，从而探测出周跳，根据此周跳探测结果，将双差观测值进行分类；

2)双差观测方程分类

使用载波相位观测的双差观测方程，该双差观测方程为：

δA,Bi,j(ti)=-▿ΔIA,Bi,j(ti)+Δ▿TA,Bi,j(ti)+Δ▿δmA,Bi,j(ti)+Δ▿ϵA,Bi,j(ti)---(5)]]>

其中，为载波相位的双差观测值，为双差站星距离，为双差整周模糊度，为双差电离层延迟，为双差对流层延迟，为双差多路径效应引起的误差，为双差非模型误差；

在CORS网中，双差整周模糊度在初始化后得到，根据CORS网中高采样率、历元间误差的强相关性，通过上一个历元的双差对流层和电离层误差值近似，如公式(6)；

假设CORS基站网中组成的基线中的一个站A的坐标精确已知，另外一个站B的坐标作为参数进行估计，在无周跳且双差模糊度已知的情况下，则可得到误差方程为：

VA,Bi,j=Bx-LA,Bi,j---(7)]]>

其中

x＝[dx dy dz]^T，B为系数矩阵；

在以上的误差方程中，假设有一颗非参考卫星在某一站点上发生了周跳，则会引起粗差，如果是参考卫星发生了周跳，则此周跳将会带入到所有的误差方程，从而产生系统性误差，将(7)式加入系统参数可得：

VA,Bi,j=Bx+Ey-LA,Bi,j---(8)]]>

其中，y＝[y₁，y₂]^T分别为参考卫星L1和L2载波相位观测值中的周跳；

假设在某一历元，跟踪到了n颗卫星，并且在前一个历元，这n颗卫星的整周模糊度都已固定，则可得到此历元的误差方程组为：

V1(n-1)×1=B(n-1)×3x3×1+E1(n-1)×1y11×1-L1(n-1)×1]]>(9)

V2(n-1)×1=B(n-1)×3x3×1+E2(n-1)×1y21×1-L2(n-1)×1]]>

分别为L1和L2载波上的误差方程式；

根据电离层残差法周跳探测结果，对实时双差载波观测值分为四组，第一组为无周跳的L1的双差观测方程构成的误差方程，用L₁₁表示，权值为P₁₁，第二组为存在周跳的L1的双差观测方程构成的误差方程，用L₂₁表示，权值为P₂₁，第三组为无周跳的L2的双差观测方程构成的误差方程，用L₁₂表示，权值为P₁₂，第四组为存在周跳的L2的双差观测方程构成的误差方程，用L₂₂表示，权值为P₂₂；则可得误差方程为：

V11=B11x+E11y1-l11V21=B21x+E21y1-l21V12=B12x+E12y2-l12V12=B22x+E22y2-l22]]>P=P11OOOOP21OOOOP12OOOOP22---(10)]]>

对上述四组双差观测方程构成的误差方程进一步分为两类，第一类为无周跳的L1和L2的双差观测方程构成的误差方程，第二类为存在周跳的L1和L2的双差观测方程构成的误差方程，则上式可表示为：

V1=B1x+E1y-l1V2=B2x+E2y-l2]]>P=P1OOP2---(11)]]>

其中：

V1=V11V12]]>V2=V21V22,]]>B1=B11B12]]>B2=B21B22,]]>l1=l11l12]]>l2=l21l22]]>

E1=E11E12]]>E2=E21E22,]]>y=y1y2,]]>P1=P11OOP12,]]>P2=P21OOP22]]>

x为流动站坐标改正参数，y为参考卫星L1和L2载波观测值中的周跳；

3)用第一类双差观测方程构成的误差方程进行参数估计

将第二类存在周跳的L1和L2的双差观测方程作为存在粗差的观测方程处理，则假设P₂＝0，也即在解算中不起任何作用，则可直接使用第一类无周跳的L1和L2的载波观测方程解算x和y参数，按最小二乘准则V^TPV＝min，可得法方程：

B1TP1B1B1TP1E1E1TP1B1E1TP1E1x^y^=B1TP1l1E1TP1l1---(12)]]>

令N11=B1TP1B1,]]>N12=N21T=B1TP1E1,]]>N22=E1TP1E1,]]>W1=B1TP1l1,]]>W2=E1TP1l1,]]>

则上式可写为：

N11N12N21N22x^y^W1W2---(13)]]>

由分块求逆公式得

x^y^N11-1+N11-1N12M-1N21N11-1-N11-1N12M-1-M-1N21N11-1M-1W1W2---(14)]]>

式中

M=N22-N21N11-1N12---(15)]]>

若参考卫星不存在周跳，则

x^=N11-1W1---(16)]]>

根据系统误差的估值得到参考卫星L1和L2载波上的周跳值为：

Slip1=y^1λ1Slip2=y^2λ2---(17)]]>

其中Slip₁，Slip₂分别表示参考卫星L1和L2载波相位观测值的周跳；

4)非参考卫星周跳修复值的计算

将及带入V₂＝B₂x+E₂y-l₂，可得相应非参考卫星的周跳值为：

slip2=V21λ1slip2=V22λ2---(18)]]>

其中slip₁，slip₂分别表示非参考卫星L1和L2载波相位观测值的周跳；

5)确定周跳发生的基站及周跳的修复

在探测出基线中出现周跳卫星后，根据三角网中基站对应的两条基线确定出现周跳的基站，如三角网ABC，有三条基线A→B，B→C，C→A，如果基线A→B中探测出了周跳，基线B→C也存在周跳，且周跳的大小相等，符号相反，则周跳出现在基站B上，根据基站在基线中作为基准点解算还是流动点解算来判断周跳的正负号，对于一条基线中，如果周跳发生在基准点上，则周跳结果与残差值符号正好相反，如果发生在流动点上，则周跳结果与残差值符号相同，在基线A→B中，B点作为流动点，所以将基线A→B探测出的周跳值作为基站B的周跳修复值。同样的方法，根据基线C→A和基线A→B修复基站A的周跳，根据基线B→C和基线C→A修复基站C的周跳值。