[发明专利]一种基于GNSS三频载波相位的周跳检测与修复方法

说明书

技术领域

本发明属于全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位领域。在高精度定位中，载波周数的正确计数是定位精度的保证。然而由于信号遮挡、低信噪比或接收机故障等原因，载波整周计数会出现跳变，称为周跳。周跳会导致厘米甚至分米级的定位误差，严重影响高精度定位结果。因此在数据预处理阶段需要检测并修复载波相位观测量中的周跳。

背景技术

随着社会的发展，许多应用，例如远洋编队航行、舰载飞机着舰(或登陆海上作业平台)、编队飞行、空中加油等，对定位精度的要求越来越高，有时可达分米甚至厘米级。在如此高精度的定位中，测量精度可达毫米级的载波相位测量值成为必要前提，而传统的精度只有1m左右的码相位观测量则不再适用。

载波相位测量中连续的整周部分由接收机内部计数器得到。当信号发生遮挡、信噪比低或接收机故障时，都有可能引起整周记数部分的突变，称为周跳。对于波长十几到几十厘米的载波，即使是一周的跳变对厘米级定位的结果也会造成严重影响。因此，在数据预处理阶段必须对载波相位观测量进行周跳检测，并将其修复。

传统的周跳检测方法，例如高次差法的周跳探测能力随采样率的减小而下降，不能将1-2周的周跳与误差有效的区分；电离层残差法由双频载波相位观测量进行线性组合，当电离层延迟较大时，双频组合的周跳难以与误差区分，且无法分离两个频率上的周跳。

近年来，越来越多的定位系统开始发射三频信号，三频载波相位观测量可以提供更多组合观测值和更长的组合波长，更有利于周跳的检测与修复。因此，有必要提出一种基于GNSS三频载波相位的周跳探测与修复方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种快速准确简便的检测和修复周跳的方法。利用GNSS三频载波相位的线性组合先检测出组合周跳，再利用线性方程组求出原始载波上的周跳，在基本保证正确率的前提下，极大减少了运算量，成功实现快速准确的探测和修复周跳。

本发明提出的基于GNSS三频载波相位的周跳检测与修复方法，适用于GPS、北斗等导航系统。首先将三频的载波相位观测量按照频率由大到小依次排列，选择频率间隔最大且组合波长较长的前三位分别组成超宽巷、宽巷和窄巷组合，并结合相应频点上的伪码组成几何无关观测方程式，从而求出相应的组合整周模糊度，继而可以判断是否有周跳发生并确定周跳值，主要内容包含以下几个方面：

1.伪距和载波相位观测方程式

接收机通过跟踪卫星信号，得到伪码和载波相位观测量；通过读取接收到的星历文件，推算卫星位置和各项误差矫正量。之后，根据如下伪码和载波相位观测方程式，可以解算出接收机的位置和钟差：

P_m＝ρ+β_1mδI₁+ε_Pm (1)

Φ_m＝ρ-β_1mδI₁-λ_mN_m+ε_Φm(2)

其中，下标m代表GNSS系统的频率f_m；P_m和Φ_m分别代表f_m频率上的原始伪码和载波相位观测量,单位为米,；ρ表示卫星和接收机之间与几何相关且不随频率改变而变化的参数，包括距离参数、对流层延迟以及卫星和接收机的时钟误差和硬件误差，称为几何参数；δI₁代表频率f₁上的电离层延迟，代表频率f_m和f₁上的电离层延迟的比例系数，称为电离层比例因子。λ_m代表频率为f_m的载波的波长，N_m代表载波相位的整周模糊度，ε_Pm和ε_Φm分别代表伪码和载波相位观测量中的随机噪声和多径误差。

2.三频伪码和载波相位观测量的线性组合

三频线性组合的观测方程式一般表示为：

其中，i，j和k分别表示三个频点上的观测值在组合中的组合系数，式中其余符号与式(1)和式(2)中含义相同。下标(i,j,k)表示用系数i，j和k组合后的组合参数。由(4)可推导出组合后的整周模糊度N_(i,j,k)为：

N_(i,j,k)＝i·N₁+j·N₂+k·N₃ (5)