基于北斗三号三频数据的周跳探测与修复

针对载波相位观测值中出现周跳的问题及北斗三号系统(BDS-3)将至少有B_(1I),B_(1C),B_(2a)和B_(3I) 4个信号提供全球公开服务的现状,研究北斗三号系统的周跳探测与修复。提出优化三频相位电离层残差二阶历元差分组合和三频无几何无电离层相位组合的信号排列顺序,可进一步削弱组合观测量的电离层延迟影响和噪声影响,并基于北斗三号的实测数据,联合STPIR法、MW法和无几何无电离层相位组合法进行周跳探测与修复实验。实验结果表明,组合观测量信号的优化排列,削弱组合观测量的电离层延迟影响和噪声影响,且所选的3个组合观测量可以准确探测所有周跳,并有效地修复。     

一种无盲点GNSS三频组合周跳探测与修复方法

针对GNSS现有的三频组合周跳探测法对特殊周跳组合容易出现探测盲点的问题,该文提出一种无盲点三频组合周跳探测与修复方法。该方法构造一个三频无几何相位组合和一个三频STPIR组合;利用这两个组合构建出公共盲点模型,进而得到三频伪距相位组合的系数约束条件;以此条件为基础,构造出可以探测出前两种组合盲点的三频伪距相位组合。将三频无几何相位组合、三频STPIR组合和特别构造的三频伪距相位组合联立,形成无盲点三频组合法,实现对各频点观测值周跳的无盲点探测与修复。利用实测数据对本文提出的无盲点三频组合法的有效性进行了验证,结果表明:该方法探测并修复了实测数据中所有的周跳,并对人为设置的特殊周跳组合实现了无盲点探测与修复。     

多普勒积分重构与STPIR联合周跳探测与修复

用载波相位精密定位需保证相位无周跳,而1周的小周跳仍是目前双频定位中难以解决的问题.MW(Melbourn-Wübbena组合)法联合电离层残差法探测周跳应用广泛,但MW法精度不足.为此,本文提出重构多普勒积分的新方法以替换MW法.该方法基于信号传播的多普勒模型,仅利用广播星历和伪距定位的位置,即可重构出比多普勒观测量误差更小的值.为了最大限度地提高重构多普勒的探测周跳能力,进一步提出了重构双频组合的多普勒,并用于积分的方法.但该方法与MW存在相同的周跳探测盲点,所以联合STPIR(电离层残差的二次时间差法)法进行周跳探测与修复.经实测的动态1 Hz和静态1/30 Hz的双频数据中插入模拟周跳验证,重构多普勒积分法比MW法探测误差更小.本文提出的联合方法在上述条件下,可以探测和修复任意整数周跳,且采样率越高,效果越好.     

伪距相位组合联合STPIR组合探测北斗三频周跳

周跳检验量的构建是实现周跳探测与修复的根本。本文在详细阐述伪距相位组合基本原理的基础上,研究了该组合周跳检验量的选取标准。根据选取标准优化组合系数,然后联合STPIR组合得到最优周跳检验量。最后,利用北斗三频实测数据设计相关实验对该周跳检验量进行验证。验算结果表明:根据本文方法所构建的周跳检验量在探测与修复周跳上具有良好的效果,可以探测出原始观测值中的任意周跳。     

北斗三号卫星的周跳探测与修复算法

在高精度GNSS应用中,载波相位观测值中出现周跳问题直接影响到整周模糊度的解算及最终定位精度,针对北斗卫星导航系统三代卫星密集发射的现状,该文提出一种联合采用码伪距与相位伪距组合、MW组合和电离层残差组合进行北斗三号卫星双频数据周跳探测和修复的算法。该算法可以发挥单个组合优势有效进行周跳探测且能避免各自的探测盲区,联合3种组合观测量进行周跳值求解时,计算方法简单,可以直接取整得到周跳值。通过对北斗三号卫星双频实测数据的处理分析,验证了该算法能够准确地探测出所有周跳,并能够有效修复。     

使用多频组合观测值探测与修复周跳

研究模拟GPS L5观测数据的方法,论述利用多频组合观测值探测与修复周跳的原理。利用模拟的L5观测数据,基于多频组合观测值探测与修复周跳的原理,进行周跳的探测与修复的实例计算。实验结果表明,利用多频组合观测值能实时探测出大、小周跳,由于其长波长特性,对小周跳的探测尤其有效,从而证明此方法在周跳探测与修复上的有效性和准确性,具有一定的实用价值。     

相位绕转误差对实时动态PPP数据预处理的影响分析

分析了相位绕转误差对Melbourne-Wubbena（MW）和Geometry-Free（GF）组合观测值的影响。结果表明,相位绕转误差对MW组合观测值没有影响,但会影响GF组合观测值,可能会导致GF组合周跳探测发生误判。因此提出在实时动态PPP数据预处理时,采用星间单差GF组合来辅助非差GF组合探测周跳。实验结果表明,该方法可以消除相位绕转误差对周跳探测的影响。     

多频组合数据在原始载波观测值预处理中的应用

周跳及粗差的产生将破坏GPS原始载波观测数据的连贯性,而传统的探测修复方法由于受到采样间隔的影响,不能完全对大采样率条件下原始观测数据周跳进行修复及较小粗差探测。随着GPS现代化中3个频率的应用,将多频组合观测值中好的特性应用到周跳及粗差的探测与修复已成为可能。通过多频载波相位组合观测值的波长特性,结合传统的伪距/载波探测原理,利用模拟的GPS多频数据进行各种情况下周跳与粗差的探测及修复,同时对一条GPS基线进行原始观测数据预处理作实例分析。结果表明,通过多频数据组合能够完全实时修复大采样率条件下各种情况的周跳,可以实时探测出0.2周以上的粗差。     

基于伪距相位和STPIR组合的北斗三频周跳探测与修复

GNSS周跳探测中,电离层残差法的适用性受数据采样间隔的影响较大,同时联合其它组合观测量进行周跳修复时,周跳修复方程组易出现病态解。针对这些问题,文中提出一种可靠的北斗三频周跳探测与修复算法,通过构造北斗三频电离层残差组合观测量,进行二阶历元间差分,基于三频伪距相位组合优选理论,选取适用于北斗三频数据的伪距相位组合,结合两种组合观测量,优选条件数较小的组合系数矩阵进行周跳修复,最后通过北斗三频实测数据验证,结果表明:在数据采样间隔较大的情况下,利用构建的三个组合观测量可以探测出北斗三频原始数据中的所有周跳,具有很好的修复效果。     

GNSS三频周跳探测与修复算法

针对使用组合观测值探测周跳存在不敏感周跳且难以修复的问题,研究了三频周跳探测与修复的几何原理,从几何角度研究了多个相位无几何组合(GF)探测周跳的异同,以及加入MW组合后的效果,并搜索了相应的不敏感周跳。提出了以对应的横截面积最小为原则选取组合量的方法。经北斗三频实测数据验证,GF组合的数量以两个为宜,加入MW组合后不敏感周跳进一步减少,优化选取的两个GF组合和MW组合联合探测周跳仅存在一个不敏感周跳,且探测到的周跳均能正确修复。     

Cycle slip detection and repair for undifferenced GPS observations under high ionospheric activity

We develop a new approach for cycle slip detection and repair under high ionospheric activity using undifferenced dual-frequency GPS carrier phase observations. A forward and backward moving window averaging (FBMWA) algorithm and a second-order, time-difference phase ionospheric residual (STPIR) algorithm are integrated to jointly detect and repair cycle slips. The FBMWA algorithm is proposed to detect cycle slips from the widelane ambiguity of Melbourne–Wübbena linear combination observable. The FBMWA algorithm has the advantage of reducing the noise level of widelane ambiguities, even if the GPS data are observed under rapid ionospheric variations. Thus, the detection of slips of one cycle becomes possible. The STPIR algorithm can better remove the trend component of ionospheric variations compared to the normally used first-order, time-difference phase ionospheric residual method. The combination of STPIR and FBMWA algorithms can uniquely determine the cycle slips at both GPS L ₁ and L ₂ frequencies. The proposed approach has been tested using data collected under different levels of ionospheric activities with simulated cycle slips. The results indicate that this approach is effective even under active ionospheric conditions.     

利用改进的TurboEdit算法与Chebyshev多项式探测与修复周跳

根据利用TurboEdit方法对GPS观测数据进行周跳探测的特点,设计了固定弧段长度的滑动窗口拟合模型,对其中的Geometry-Free组合法进行改进;在探测出周跳后,利用最小二乘Chebyshev多项式拟合来修复周跳。实验结果表明,改进后的TurboEdit算法可以探测出等周的1周小周跳、等周的大周跳和连续的小周跳、大周跳,同时,最小二乘Chebyshev多项式拟合可以精确修复以上周跳对。     

一种顾及电离层约束的非差周跳的实时探测与修复方法

提出了一种顾及电离层约束的非差周跳实时探测与修复方法。通过构造3个线性无关的组合观测量,按逐级模糊度确定的思路,分别对超宽巷、宽巷和窄巷进行探测与修复;然后联合三步的探测结果,将周跳恢复到原始载波值上。在宽巷组合上进行了改进,将宽巷波长放大了5.34倍(GPS为3.4倍),由于窄巷波长较短需考虑电离层的影响,对不敏感周跳组合引入电离层残差法辅助窄巷的探测与修复。实验结果表明,该方法能够有效地进行周跳的实时探测和修复。     

星地双向时差测量系统周跳探测与修复算法

随着空间时间频率基准的精度越来越高,需要与之匹配的空间时频传递技术. 基于载波相位的星地双向时差测量方法可以实现更高的时间频率传递精度,但对于复杂的星地环境,由于航天器飞行动态高,时频传递链路的传输频率高,载波多普勒效应大,更容易出现粗差和周跳. 基于此,研究一种适合高动态环境下的星地双向时差测量系统载波相位周跳探测与修复方法,提出一种适用于三频组合模式的双向周跳探测与修复方法. 该方法联合双频码相 (MW)组合法可以实现不同类型周跳的探测与修复,对于上下行三条微波链路均可探测出周跳的存在并实现毫米级周跳修复精度. 进一步对基于载波相位测量的星地双向时差测量系统的星地时间同步性能进行分析,在经过周跳探测与修复,以及链路时延数据处理,其星地时间同步精度优于0.3×10–12 s.      

A double-differenced cycle slip detection and repair method for GNSS CORS network

The difficulty to detect and repair cycle slip of carrier phase measurements is a key limit for continuously high accuracy of GNSS positioning and navigation services. We propose an automated cycle slip detection and repair method for data preprocessing of a CORS network. The method jointly uses double-differenced (DD) geometry-free (GF) combination and ionospheric-free observation corrected for the computed geometrical distance (IF-OMC) to estimate the cycle slips in dual-frequency observations. The DD GF combination, which is only affected by the ionospheric residual, can be used to detect cycle slips with high reliability except for special pairs such as (77, 60) on GPS L1/L2 frequencies. The detection principle of the IF-OMC observable is such that there is a large discontinuity related to the previous epoch when cycle slips occur at the present epoch. The disadvantages of these two combinations can be overcome employing the proposed detection method. The cycle slip pair (77, 60) has no effect on the GF combination, while a change of 14.65 m is derived from GPS L1/L2 observations using the IF-OMC algorithm. Using pre-determined station coordinates as precise values, we found that the accuracy of the DD IF-OMC combination was 18 mm for a 200-km CORS baseline. Therefore, cycle slips in dual-frequency observations can be correctly and uniquely determined using DD GF and IF-OMC equations. The proposed method was verified by adding simulated cycle slips in observations collected from the CORS network under a quiet ionosphere and shown to be effective. Moreover, the method was assessed with observations made during intense ionospheric activity, which generated extensive cycle slips. The results show that the algorithm can detect and repair all cycle slips apart from two exceptions relating to long data gaps.     

GPS双频非差周跳探测修复SET法

分析了TurboEdit方法中MW组合和GF组合的缺陷,提出了GPS双频非差周跳探测修复SET（satellite elevation TurboEdit）法。设计了自适应滑动窗口模型对MW组合进行改进,避免了在低高度角时引入多径误差和噪声误差对后续处理精度的影响,增强了对小周跳的探测与修复能力。对GF（geometry-free）组合中引入的伪距误差采用历元间求差法进行替换,同时在卫星低高度角时,对其探测阈值引入高度角加权系数,有效剔除虚假周跳,提高周跳探测成功率与可靠性。在探测出周跳后,联合两种方法组合进行周跳修复。实验结果表明,SET法能够有效地抑制低高度角时的多径效应和观测噪声,降低周跳误探率,并对周跳进行有效修复。     

A new triple-frequency cycle slip detecting algorithm validated with BDS data

Triple-frequency global navigation satellite systems allow the introduction of additional linear observation combinations. We define two geometry-free phase combinations and one geometry-free pseudorange minus phase linear combination to detect and correct cycle slip in real time. At first, the optimal BDS (BeiDou System) triple-frequency geometry-free phase combinations are selected for cycle slip detection. Then, a detailed analysis of the cycle slip detection is performed by examining whether some special cycle slip groups cannot be discovered by the selected combinations. Since there still remain some cycle slip groups undetectable by the two geometry-free phase combinations, we add a pseudorange minus phase linear combination which is linearly independent with these two phase combinations, to be sure that all the cycle slips can be detected. After that, an effective decorrelation search based on LAMBDA and least squares minimum principle is applied to calculate and determine the cycle slips. The method has been tested on triple-frequency undifferenced BDS data coming from a benign observation environment. Results show that the proposed method is able to detect and repair all the small cycle slips in the three carriers.     

一种GPS周跳探测与修复的组合算法

周跳是影响GPS定位精度的一个重要因素,对周跳的探测与修复一直是个重要问题。首先研究了电离层残差法、宽巷相位减窄巷伪距法两种经典方法的优缺点,提出了一种探测周跳的组合算法。根据周跳的整数特性,利用搜索整数解的思想确定周跳的大小进而修复周跳。经实测数据检验,该算法有效可行,有很强的实用性。     

一种改进的基于 BDS 三频非差观测的周跳实时探测与修复模型

BDS三频观测条件下可以组合得到具有优良特性的虚拟载波观测量,有利于改善非差观测数据的周跳实时探测与修复。文中提出一种基于BDS三频非差数据的周跳实时探测与修复模型:首先,采用消电离层无几何HMW组合观测量探测和修复EWL周跳;然后,将经过修复的EWL观测量与WL组合消除几何相关项,忽略电离层延迟残差进而确定WL周跳;最后采用经过修复的WL观测量与NL组合形成无几何观测量,并通过优化载波相位组合确定电离层延迟的变化量以探测和计算NL周跳,并通过简单变换得到原始载波观测量的周跳值。通过实测BDS三频数据对模型可行性进行验证分析,结果表明,即使在30s的采样率以及电离层活动活跃条件下,该模型都可有效实时探测和修复各类周跳。     

GPS/INS紧组合的INS辅助周跳探测与修复

建立了GPS/INS紧组合定位模型,改正惯性器件误差及电离层折射误差,对不同组合观测量的误差影响进行了分析,构造不同观测值组合,提出了基于惯性信息辅助的GPS周跳自适应探测方法,分析了INS定位误差对周跳探测的影响,给出了周跳探测误报率及修复成功率评价指标,提出了一种周跳检测阈值自适应确定方法。利用实测组合导航试验数据验证本文的算法,文中模拟了不同的单历元多周跳及信号失锁条件,结果表明,在GPS信号完全失锁20 s内,该方法能准确检测和修复所有周跳,中断时间的延长降低了周跳修复的成功率;GPS信号部分失锁时,在模拟的90 s中断时段内仍能修复所有周跳;模拟了170历元的5 s间隔密集周跳,周跳探测成功率为100%,正确修复率为99.41%。