一种北斗单频周跳探测方法技术

本发明专利技术涉及一种北斗单频周跳探测方法，属于北斗导航定位数据处理领域。本发明专利技术首先用伪距观测值减去载波相位观测值，并将其差值再在历元间求差，得到周跳检验量；然后利用Hankel矩阵对周跳检验量构建吸引子轨迹矩阵，并对进行奇异值分解处理，得到有限个能反映突变信息的有效奇异值；最后运用SVD逆运算分别对每个有效奇异值重构分量信号，将各个分量信号叠加后根据叠加信号中极大值点的位置探测周跳。本发明专利技术只需以幅值变化为特征，从经SVD处理的周跳检验量幅值中即可判断出是否发生了周跳，解决了传统方法难以探测小周跳的问题，能够有效探测北斗载波相位观测值中1～5周的小周跳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于北斗导航定位数据处理领域。
技术介绍
北斗导航系统全面组网建成，将为全球用户提供定位、导航、授时及短报文通信服 务。由于它具有重要的意义和广泛的应用价值，我国正大力发展、完善相关技术，如误差分 析与处理、周跳探测与修复、整周模糊度解算等问题。其中，周跳探测是高精度BDS数据处 理中一项非常重要的环节，载波相位数据中10周及以上的周跳很容易被发现，而小于10周 的周跳，特别是1~5周的小周跳不易被发现。多项式拟合法、高次差法、电离层残差法以 及小波分析法等是周跳探测的常规方法。其中，多项式拟合法需要相位变化率，某些接收机 由于不具备这类测量值不适用，而且不能够探测出1~5周的小周跳；高次差法用于小周跳 探测的方法亦是不适合的，因为高次差分在载波相位历元间通过多次做差，放大周跳的同 时也放大了噪声信号；电离层残差法虽然具有对小周跳敏感的特点，但仅适用电离层变换 缓慢、多路径效应影响小的环境下；小波分析法虽然可以对小周跳进行探测，但小波函数的 选取还没有统一的理论标准，在周跳探测中存在很大的局限性。因此，实有必要提出一种技 术手段，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术提供了，以用于解决小周跳不易被发现的问 题。 本专利技术的技术方案是：，首先用伪距观测值P t减去载 波相位观测值餌，并将其差值再在历元间求差，得到周跳检验量D(t);然后利用Hankel矩 阵对周跳检验量D(t)构建吸引子轨迹矩阵A，并对A进行奇异值分解处理，得到有限个能反 映突变信息的有效奇异值；最后运用SVD逆运算分别对每个有效奇异值重构分量信号，将 各个分量信号叠加后根据叠加信号中极大值点的位置探测周跳。 所述方法的具体步骤如下： StepU将伪距观测值P t减去载波相位观测值Φ t，并将其差值再在历元t间求差， 可得到周跳检验量D (t); 式中，λ为北斗某一频段的载波波长；t为获取伪距观测值和载波相位观测值的 时刻，也称历元；t+i为t的下一历元； Step2、利用Hankel矩阵对公式（1)得到的周跳检验量D(t)构建吸引子轨迹矩阵 A； 式中，N为选取的载波相位的观测历元个数，η为矩阵A的列数且满足l〈n〈N ;令矩 阵A的行数m = N-n+1，则A e RmXn;d i为第1个历元对应的周跳检验量，同理，d n为第η个 历元对应的周跳检验量，dN为第N个历元对应的周跳检验量； Step3、根据公式（3)对吸引子轨迹矩阵A进行SVD处理，得到有限个有效的奇异 值； A = USVt (3) 式中，U = 或者其转置，取决于m与η的大小关系， S e RmXn，〇为零矩阵，q取决于m与η中的小者，q为有效奇异值的个数，并且奇异值有这 样的关系：σ > 〇 2多…彡〇 q> 〇, q = min(m, η); Step4、运用SVD逆运算分别对有效奇异值σ σ 2, . . · σ q重构分量信号 Ρι? ?2? · · · Pq： Pi= u ； 〇 jv/, i = I, 2, ···, q (4) 式中，U1为矩阵U的第i个列向量；v i为矩阵V的第i个列向量； St印5、根据公式（5)将各个分量信号P1, P2, ... Pq进行叠加后，根据叠加信号X中 极大值点的位置探测周跳： X = P^P2+. . . +Pq (5)。 将周跳看作载波相位观测值中的奇异点，SVD处理后消弱了随机误差和测量噪声 的影响，根据叠加信号中突变信息的位置确定周跳发生的历元，从而完成周跳的探测。 本专利技术的工作原理是：北斗载波相位观测值中若不发生周跳，则周跳检验量D(t) 表现为一条平滑的直线，实际观测中由于受到随机误差和测量噪声的影响，周跳检验量 D(t)表现为随机误差特性；当载波相位观测值中发生周跳时，周跳检验量的随机特性遭到 破坏就会出现突变，并且周跳值越大，突变就越明显。然后对于1~5周的小周跳，人眼不 易直接观察到这种突变，而奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD)具有很好的 消噪功能，能够提取突变信息。将周跳看作载波相位观测值中的奇异点，SVD消弱随机误差 和测量噪声的影响之后，根据SVD重构分量信号叠加后的信号中突变信息的位置确定周跳 发生的历元，从而完成周跳的探测。 基于SVD的北斗单频周跳探测方法的步骤如下： 1、利用Hankel矩阵对周跳检验量D(t)构建吸引子轨迹矩阵A的过程为： 首先确定Hankel矩阵的行数和列数，即确定m和η的大小。SVD分解得到的分量 所包含的信息量直接由相应奇异值〇 q的大小决定，σ q越小表示该对应分量的信息量越 小。因此，可以定义奇异值贡献率Gq来综合衡量对应分量的信息量： LlN 丄UtUdΛ rVJ Ij ?/? }J\ 据（6)式可确定m和η的大小。通过选取若干个m，由奇异值曲线图可知，若从某 一时刻奇异值迅速下降到零或接近于零，那么可知从此j分量开始，后续的分量已没有重 要意义了，这便可以确定矩阵的列数n = j，由m = N-n+1确定矩阵A的行数。 2、Hankel矩阵构建完后，据奇异值分解理论，矩阵A由下面公式表示，含UjPv1 及σ i: 式中U1G R ?X1，Vi e R nX1。矩阵A经过SVD分解后等于q个子矩阵A1相加之和。 在Hankel矩阵下，选取有效个奇异值进行SVD逆变换求得分量信号，通过逆变换 构成的各个分量信号的线性叠加就得到原本的信号。 本专利技术的有益效果是：只需以幅值变化为特征，从经SVD处理的周跳检验量幅值 中即可判断出是否发生了周跳，解决了传统方法难以探测小周跳的问题，能够有效探测北 斗载波相位观测值中1~5周的小周跳。【附图说明】 图1为本专利技术方法流程图； 图2为本专利技术中奇异值曲线图（η = 4); 图3为本专利技术中打开测试用例图； 图4为本专利技术中未加入周跳时的周跳检验量图； 图5为本专利技术中对周跳检验量构造的吸引子轨迹矩阵A ; 图6为本专利技术中四个分量信号P2、P3、P4图； 图7为本专利技术中加入1周周跳后的周跳检验量经SVD处理图； 图8为本专利技术中加入2周周跳后的周跳检验量经SVD处理图； 图9为本专利技术中加入3周周跳后的周跳检验量经SVD处理图； 图10为本专利技术中加入4周周跳后的周跳检验量经SVD处理图； 图11为本专利技术中加入5周周跳后的周跳检验量经SVD处理图。【具体实施方式】 实施例1 :如图1-11所示，，首先用伪距观测值Pt 减去载波相位观测值廣，并将其差值再在历元间求差，得到周跳检验量D (t);然后利用 Hankel矩阵对周跳检验量D (t)构建吸引子轨迹矩阵A，并对A进行奇异值分解处理，得到 有限个能反映突变信息的有效奇异值；最后运用SVD逆运算分别对每个有效奇异值重构分 量信号，将各个分量信号叠加后根据叠加信号中极大值点的位置探测周跳。 所述方法的具体步骤如下： StepU将伪距观测值P t减去载波相位观测值Φ t，并将其差值再在历元t间求差， 可得到周跳检验量D (t); CN 105137459 A ^ 4/6 贝 式中，λ为北斗某一频段的载波波长；t为获取伪距观测值和载波相位观测值的 时刻，也称历元；t+Ι为t的下一历元； Step本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种北斗单频周跳探测方法，其特征在于：首先用伪距观测值ρt减去载波相位观测值并将其差值再在历元间求差，得到周跳检验量D(t)；然后利用Hankel矩阵对周跳检验量D(t)构建吸引子轨迹矩阵A，并对A进行奇异值分解处理，得到有限个能反映突变信息的有效奇异值；最后运用SVD逆运算分别对每个有效奇异值重构分量信号，将各个分量信号叠加后根据叠加信号中极大值点的位置探测周跳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹金慧，柏粉花，高杨，吴建德，王晓东，范玉刚，黄国勇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53