第三章GPS：周跳探測與修復(fù)

GPS周跳探測與修復(fù)

GPSCycleSlipDetectionandRepairYmei.1主要內(nèi)容周跳產(chǎn)生的原因周跳特點(diǎn)周跳探測與修復(fù)方法一些處理周跳的參考文獻(xiàn)2整周跳變（周跳–CycleSlips）在某一特定時刻的載波相位觀測值為如果在觀測過程接收機(jī)保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤，則整周模糊度將保持不變，整周計(jì)數(shù)也將保持連續(xù)，但當(dāng)由于某種原因使接收機(jī)無法保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤時，在衛(wèi)星信號重新被鎖定后，將發(fā)生變化，而也不會與前面的值保持連續(xù)，這一現(xiàn)象稱為整周跳變。周跳T

3周跳產(chǎn)生的原因1.樹木、建筑物等障礙物對衛(wèi)星信號的遮擋；2.電離層條件、多路徑效應(yīng)、接收機(jī)的高動態(tài)和衛(wèi)星低高度角等產(chǎn)生的低信噪比3.接收機(jī)處理軟件的問題4.衛(wèi)星振蕩器出現(xiàn)故障4周跳的特點(diǎn)周跳具有繼承性周跳的探測必須要進(jìn)行歷元差分epochepoch原始數(shù)據(jù)歷元間差分5周跳探測與修復(fù)方法1.歷元間高次差分

單頻、雙頻，接收機(jī)穩(wěn)定性2.多項(xiàng)式擬合

單頻、雙頻，接收機(jī)穩(wěn)定3.基于虛擬觀測方程的周跳探測

單頻、雙頻4.三差觀測值解基線回代法

單頻、雙頻5.Geometry-Free（GF）與Melbourne-Wübbena（MW）組合6歷元間高次差分法(1)一般對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歷元間差分；適用于單頻/雙頻接收機(jī)；主要受限于接收機(jī)鐘的穩(wěn)定性；連續(xù)周跳探測困難只能探測修復(fù)大周跳可根據(jù)差分后周跳在不同歷元被放大的倍數(shù)不同這一特點(diǎn)修復(fù)7歷元間高次差分法（2）71

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808182-148779.9950-157896.9440-167055.6760-176257.9430-185502.0140-194783.1900-204102.7230-213461.0670-222855.6470-232287.4560-241754.8510-251255.0440-9116.9490-9158.7320-9202.2670-9244.0710-9281.1760-9319.5330-9358.3440-9394.5800-9431.8090-9467.3950-9500.1930-41.7830-43.5350-41.8040-37.1050-38.3570-38.8110-36.2360-37.2290-35.5860-32.7980-1.7520

1.7310

4.6990-1.2520-0.45402.5750-0.99301.64302.7880

3.4830

2.9680

-5.9510

0.79803.0290-3.5680

2.6360

1.1450-0.5150-8.91906.74902.2310-6.59706.2040-1.4910無周跳觀測值5次差分8歷元間高次差分法（3）71

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808182-148779.995-157896.944-167055.676-176257.943-185502.014-194783.19-204602.723

-213961.067-223355.647-232787.456-242254.851

-251755.044-9116.949-9158.732-9202.267

-9244.071-9281.176

-9819.533

-9358.344

-9394.580

-9431.809-9467.395-9500.193

-41.783-43.535

-41.804

-37.105

-538.36

461.19-36.236

-37.229

-35.586

-32.798-1.752

1.731

4.699

-501.25999.55

-497.42

-0.993

1.643

2.7883.483

2.968

-505.95

1500.8

-1497

496.43

2.636

1.145

-0.515

-508.92

2006.7

-2997.8

1993.4

-493.8

-1.491有周跳觀測值5次差分1倍-4倍6倍-4倍1倍9歷元間高次差分法（4）設(shè)接收機(jī)鐘穩(wěn)定度，歷元間隔為10s鐘差引起的原始觀測值觀測誤差推導(dǎo)在以上假設(shè)下，歷元間五次差分后能探測的最小周跳一次差分后，能探測的最小周跳為原始觀測值可探測的最小周跳同理，經(jīng)過五次差分后，能探測的最小周跳為：2508cycle10多項(xiàng)式擬合探測周跳（1）多項(xiàng)式擬合數(shù)學(xué)模型切記：擬合觀測值必須是經(jīng)過歷元差分后的觀測值最小二乘求解擬合系數(shù)根據(jù)擬合殘差探測周跳11多項(xiàng)式擬合探測周跳（2）站際星際雙差觀測數(shù)據(jù)；顯然有多個大周跳采用多項(xiàng)式擬合剔除大周跳后的雙差序列12多項(xiàng)式擬合探測周跳（3）一段沒有周跳的三差觀測值經(jīng)多項(xiàng)式擬合后的殘差13多項(xiàng)式擬合探測周跳（4）多項(xiàng)式擬合階數(shù)不宜太高，超過4階就會震蕩且擬合標(biāo)準(zhǔn)差隨著階數(shù)的增加迅速減小擬合時應(yīng)給于階數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差雙重條件限制周跳數(shù)量不能太多14基于虛擬觀測方程的周跳探測(1)數(shù)學(xué)模型：理論基礎(chǔ)：原誤差方程中參數(shù)的消去等價于權(quán)的變化所以原誤差方程中，消去參數(shù)向量等價于權(quán)的變化15基于虛擬觀測方程的周跳探測(2)利用虛擬觀測方程探測周跳步驟如下：1.構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行整體檢驗(yàn)2.如果有粗差，逐個探測，其虛擬誤差方程為：

3.法化求解，并計(jì)算統(tǒng)計(jì)量并對最大的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行下列檢驗(yàn)4.如果檢驗(yàn)不通過，說明第k個觀測值為粗差，消去，得到新的虛擬觀測方程：5.重新進(jìn)行整體檢驗(yàn)，從大到小逐個剔除周跳。16基于虛擬觀測方程的周跳探測(3)雙差歷元號351015

周跳值(cycle)11000-1-6周跳值(m)0.190190.294-0.1901.142模擬周跳表

基于虛擬觀測方程的周跳剔除過程

17基于虛擬觀測方程的周跳探測(4)三差歷元編號三差觀測值m統(tǒng)計(jì)量T1所有觀測值剔除1周跳剔除2周跳剔除3周跳剔除all周跳10.0104462006.5866.78972.94348.55550.241720.2333177601.850153.720117.126122.734

——3-0.0012733976.79233.74914.38417.7151.0914190.308109116924.764

————————50.0422258976.63634.7142.2710.0022.03960.0071961750.34160.1330.0213.1630.92170.0291525888.51820.1324.2490.0010.14380.0271131338.7975.8005.8380.0760.0419-0.184713178.765150.161121.815

————100.021319589.64831.6564.0180.0410.040110.02266623.146139.6802.6900.0450.011120.0162097.376320.3870.7700.0490.227130.027227107.107879.0160.5720.1260.33214-1.129949436.1152382.597

——————18三差迭代解基線回代探測周跳利用三差迭代解基線回代探測周跳的數(shù)學(xué)模型：非差相位觀測方程雙差相位觀測方程（忽略各項(xiàng)殘留誤差的影響）三差相位觀測方程（消除整周模糊度）19GF-MW組合探測修復(fù)周跳（1）GF組合（消去了與頻率無關(guān)的幾何距離和鐘差等）L1，L2相位觀測方程相鄰歷元電離層變化很?。ㄓ绕錃v元間隔較小時），可忽略相鄰歷元差后的電離層殘差20GF-MW組合探測修復(fù)周跳（2）MW組合（寬巷相位減窄巷偽距組合，波長86cm，消除幾何距離及電離層的影響，受多路徑殘差和接收機(jī)噪聲的影響）對MW組合觀測值做歷元差分在沒有周跳發(fā)生的情況下，MW組合的不規(guī)則波動主要由偽距噪聲和多路徑效應(yīng)引起。忽略相位觀測噪聲，則MW組合精度殘留偽距噪聲和多路徑效應(yīng)若以3倍中誤差為限，在考慮到實(shí)際的偽距和多路徑效應(yīng)變化復(fù)雜，則可限制MW能探測的最小周跳為3周21GF-MW組合探測修復(fù)周跳（3）GF-MW聯(lián)合探測周跳：噪聲較大難以用求解方程組的方法得到各頻率上周跳大小，需要進(jìn)行搜索判斷，先求解初始周跳值需要進(jìn)行搜索，滿足22GF-MW組合探測修復(fù)周跳（4）對wide-lane組合量做歷元差分，足以忽略電離層和對流層參差影響已知測站坐標(biāo)，精確計(jì)算得到如果在測站坐標(biāo)已知時（例如：CORS站模糊度解），可得到非常精確的相位寬巷（wide-lane）組合，不用借助偽距與GF組合聯(lián)合，可通過求解方程組得到精確的周跳，不用搜索23GF-MW組合探測修復(fù)周跳（5）原始觀測數(shù)據(jù)的MW組合序列原始觀測數(shù)據(jù)的GF組合序列24GF-MW組合探測修復(fù)周跳（6）30 0.112641 0.0587 52 0.0048

63 0.0490 74 0.1029 85 0.1569 96 0.2108 107 0.2647

表1：動態(tài)數(shù)據(jù)搜索結(jié)果模擬周跳：

L1：5cycleL2：2cycleGF值25GF-MW組合探測修復(fù)周跳（7）30 0.2137 41 0.1598 52 0.1059 63 0.0519 74 0.0019

85 0.0558 96 0.1097 107 0.1636表2：靜態(tài)數(shù)據(jù)搜索結(jié)果模擬周跳：

L1：7cycleL2：4cycleGF值26周跳探測與修復(fù)參考文獻(xiàn)References:G.Blewitt,1990,AnautomaticeditingalgorithmforGPSdata,GeophysicalResearchLetters,Vol.17,pp.199-202S.Han,AmbiguityRecoveryforGPSLongRangeKinematicPositioning.P.Cheng,1999,RemarksonDoppler-aidedsmoothingofcoderange,JGeod,(73)23-28Y.GAO,Z.LI,1999,CycleSlipDetectionandAmbiguityResolutionAlgorithmsforDual-FrequencyGPSDataProcessing，MarineGeodesy,22:169-181B.Bisnath,2000,Efficient,AutomatedCycle-SlipCorrectionOfDual-FrequencyKinematicGPSData,

Sal