一种北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于北斗卫星导航系统三频信号的实时周跳探测与修复方法，本发明专利技术方法以北斗系统三个三频组合观测值为基础，计算各观测值的大小及其先验精度和验后精度，综合先验精度及验后精度来动态确定周跳探测的阈值，并针对不同探测结果进行对应修复，实现实时探测并修复包括半周在内的各类周跳。主要包括三个步骤：(1)计算三个特定的周跳探测量；(2)根据各周跳探测量历元差的先验标准差和验后标准差，实时确定探测阈值；(3)根据不同的探测结果针对性修复周跳。该发明专利技术可增加周跳探测与修复的可靠性，能够探测并修复半周在内的所有周跳。

【技术实现步骤摘要】
一种北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法
本专利技术涉及卫星导航定位数据处理技术，尤其涉及一种北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法。
技术介绍
在使用接收机进行连续载波相位观测时，若由于障碍物遮挡或无线电干扰等原因导致卫星信号失锁，从而使观测的载波相位发生整周跳变，这一现象就叫做周跳。周跳的探测和修复是涉及到载波相位观测值的数据处理中必不可少的环节，在进行GNSS模糊度解算前，必须首先对相位观测值进行周跳探测与修复，才能进行后续的高精度数据处理。考虑到我国北斗卫星导航系统目前已经开始播发三个频率的载波信号，其中心频率分别为B1(1561.098MHz)，B2(1207.140MHz)和B3(1268.520MHz)。采用三频载波信号，可以提高周跳探测与修复的敏感性和可靠性，这对于实时精密定位显得尤为重要。在目前所有周跳探测方法中，判断是否发生周跳时所采用的探测量阈值都是根据有关先验信息确定的，是一个固定不变的值，这就会导致在周跳探测过程中可能会出现误判或者漏判的现象，影响了周跳探测的可靠性，使得得到错误的周跳修复值，从而影响后续的模糊度解算。而且大多数方法最多只能探测1周及以上的周跳，对于半周的特殊周跳则无法探测，探测能力有限。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法，包括以下步骤：1)接收北斗三频信号，选取三个周跳探测量,计算在第t+1历元与第t历元的差值dT1、dT2及dT3；2)根据三个周跳探测量历元差的先验标准差和验后标准差确定各周跳探测量的阈值；3)判断周跳：将步骤1)计算得到的三个周跳探测量的历元差，与步骤2)确定的对应探测阈值进行比较，若某周跳探测量的历元差大于对应的探测阈值，表示该探测量已发现周跳，否则认为该探测量没有产生周跳；4)修复：4.1)对三个周跳探测量进行判断后，将判断结果分为以下四种：(4.1.1)三个周跳探测量均未发现周跳；(4.1.2)周跳探测量T1和T2未发现周跳，但是周跳探测量T3超过阈值；(4.1.3)周跳探测量T1和T3未发现周跳，但是周跳探测量T2超过阈值；(4.1.4)除了以上三种情况以外的其他结果；4.2)根据4.1中的四种探测结果，分别采用相应的办法对周跳予以修复：(4.2.1)对于4.1中确定的第一种结果，说明此历元无周跳发生，因此不用修复；(4.2.2)对于4.1中确定的第二种结果，说明三个频率的载波相位观测值均发生了相同大小的周跳；设该周跳值为δN，为修复可能发生的半周周跳，周跳值采用下式计算得到：δN＝[2dT3/(2λ1-1.3λ2-0.7λ3)]R/2式中[*]R为四舍五入符号；(4.2.3)对于4.1中确定的第三种结果，说明三个频率的载波相位观测值发生的周跳大小之比为三个频率数之比；设各频率上的周跳值分别为n1,n2,n3，则有δN＝[dT2/(n1+n2-2*n3)]R；对于BDS系统而言(n1,n2,n3)＝(152.6,118,124)，则设各频率上的周跳值分别为152.6δN，118δN和124δN，则有δN＝[dT2/22.6]R然后可根据各频率上周跳值与δN的比例关系求得对应周跳值。(4.2.4)对于4.1中确定的第四种结果，说明相位观测值发生了一般周跳(包括半周周跳)。此时额外增加超宽巷组合观测值，先直接取整获得探测量T2及超宽巷组合观测值的2倍周跳值，再进行最小二乘平差估计来确定周跳值。在修复过程中，采用将周跳探测量先放大2倍然后取整最后还原的策略，修复包括半周在内的所有周跳。按上述方案，所述步骤1)中具体计算方法如下：计算初始时刻第t历元三个周跳探测量T1(t)、T2(t)及T3(t)的大小；计算第t+1历元三个周跳探测量T1(t+1)、T2(t+1)及T3(t+1)的大小；计算三个周跳探测量在第t+1历元与第t历元的差值dT1、dT2及dT3。按上述方案，所述三个周跳探测量采用以下公式计算：第一个周跳探测量T1的大小，该探测量用公式可表示为：T1(t)＝a11φ1+a12φ2-a13φ3式中，φ为以米为单位的相位观测值，a11、a12及a13为常系数且满足以下条件：其中c1＝n1/n3，c2＝n2/n3且对于BDS系统而言(n1,n2,n3)＝(152.6,118,124)；计算初始时刻第t历元第二个周跳探测量T2的大小，该探测量用公式可表示为：式中且以周为单位，λ(1,1,-2)为该相位组合对应的波长；a21＝-0.0220，a22＝0.0572，a23＝0.9648；计算初始时刻第t历元第三个探测量T3的大小，该探测量用公式可表示为：T3(t)＝a31φ1+a32φ2+a33φ3式中a31＝2，a32＝-1.3，a33＝-0.7。按上述方案，所述步骤2)中确定各周跳探测量的阈值的步骤如下：2.1)给定非差伪距观测值先验噪声σP、相位观测值先验噪声σΦ及前后历元间电离层延迟先验变化值δI1，计算各周跳探测量历元差的先验标准差2.2)计算三个周跳探测量历元差的验后标准差2.3)在前K个历元周跳探测阈值取与中的较大值，从第K+1历元开始后续历元的周跳探测阈值取其中K为设置值。按上述方案，K为设定值，取值范围为50至100。按上述方案，所述验后标准差采用以下公式式中n表示参与计算的历元数。按上述方案，所述步骤4.2.4)中修复周跳具体步骤如下：为避免因数值大小差异过大带来的平差解算的病态问题，在进行周跳修复时额外增加计算一个周跳探测量T4，该探测量为无几何关系且无电离层延迟的超宽巷组合，其表达式如下：式中且以周为单位，λ(0,-1,1)为该相位组合对应的波长(约4.8842m)。a41＝0，a42＝n2/(n2+n3)，a43＝n2/(n2+n3)。亦需要按式(7)的递推公式来计算该探测量的验后标准差。对周跳探测量T2及T4的历元差均扩大2倍，再进行取整，得到对应组合周跳的2倍整数值[2dT2]R及[2dT4]R。联合四个周跳探测量历元差的2倍组建误差方程，表示如下：L＝BδN式中δN＝(δN1,δN2,δN3)为各频率上的周跳值，L矩阵及B矩阵分别如下所示：采用最小二乘平差解算，得到平差后的估值表示如下：式中，为一对角矩阵，对角线元素为各周跳探测量验后方差的倒数。则各频率上的周跳值(含半周周跳)为本专利技术产生的有益效果是：1.本专利技术方法仅采用三个特定的组合观测值即可进行周跳探测，再联合超宽巷组合观测值即可实现周跳修复，操作简单；2.周跳探测过程中的探测阈值是根据实时计算的方差大小动态确定的，相比现有根据先验精度固定探测阈值的方法而言，能够更加可靠地探测周跳，减少漏判或者误判的可能；3.周跳修复时根据四类不同的探测结果进行针对性修复，提高了周跳修复的效率；4.修复一般周跳时，联合超宽巷组合观测值进行最小二乘平差估计，避免了平差方程中数值差异过大引起的平差解算病态问题，增强了平差结果的可靠性；5.周跳修复过程中采用探测量先放大2倍进行最小二乘平差估计再取整最后还原的策略，可修复包括半周在内的所有周跳。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法，包括以下步骤：1)接收北斗三频信号，选取三个周跳探测量,计算在第t+1历元与第t历元的差值dT

【技术特征摘要】
1.一种北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法，包括以下步骤：1)接收北斗三频信号，选取三个周跳探测量,计算在第t+1历元与第t历元的差值dT1、dT2及dT3；2)根据三个周跳探测量历元差的先验标准差和验后标准差确定各周跳探测量的阈值；3)判断周跳：将步骤1)计算得到的三个周跳探测量的历元差，与步骤2)确定的对应探测阈值进行比较，若某周跳探测量的历元差大于对应的探测阈值，表示该探测量已发现周跳，否则认为该探测量没有产生周跳；4)修复：4.1)对三个周跳探测量进行判断后，将判断结果分为以下四种：(4.1.1)三个周跳探测量均未发现周跳；(4.1.2)周跳探测量T1和T2未发现周跳，但是周跳探测量T3超过阈值；(4.1.3)周跳探测量T1和T3未发现周跳，但是周跳探测量T2超过阈值；(4.1.4)除了以上三种情况以外的其他结果；4.2)根据4.1中的四种探测结果，分别采用相应的办法对周跳予以修复：(4.2.1)对于4.1中确定的第一种结果，说明此历元无周跳发生，因此不用修复；(4.2.2)对于4.1中确定的第二种结果，说明三个频率的载波相位观测值均发生了相同大小的周跳；设该周跳值为δN，为修复可能发生的半周周跳，周跳值采用下式计算得到：δN＝[2dT3/(2λ1-1.3λ2-0.7λ3)]R/2式中[*]R为四舍五入符号；(4.2.3)对于4.1中确定的第三种结果，说明三个频率的载波相位观测值发生的周跳大小之比为三个频率数之比；设各频率上的周跳值分别为n1,n2,n3，则有δN＝[dT2/(n1+n2-2*n3)]R然后可根据各频率上周跳值与δN的比例关系求得对应周跳值；(4.2.4)对于4.1中确定的第四种结果，说明相位观测值发生了一般周跳，此时额外增加超宽巷组合观测值，先直接取整获得探测量T2及超宽巷组合观测值的2倍周跳值，再进行最小二乘平差估计来确定周跳值；在修复过程中，采用将周跳探测量先放大2倍然后取整最后还原的策略，修复包括半周在内的所有周跳。2.根据权利要求1所述的北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法，其特征在于，所述步骤1)中具体计算方法如下：计算初始时刻第t历元三个周跳探测量T1(t)、T2(t)及T3(t)的大小；计算第t+1历元三个周跳探测量T1(t+1)、T2(t+1)及T3(t+1)的大小；计算三个周跳探测量在第t+1历元与第t历元的差值dT1、dT2及dT3。3.根据权利要求1所述的北斗三频信号的实时周跳探测与修复方法，其特征在于，所述三个周跳探测量采用以下公式计算：第一个周跳探测量T1的大小，该探测量用公式可表示为：T1(t)＝a11φ1+a12φ2-a13φ3式中，φ为以米为单位的相位观测值，a11、a12及a13为常系数且满足以下条件：其中c1＝n1/n3，c2＝n2/n3...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐卫明，邓辰龙，崔健慧，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42