精密单点定位中周跳探测与修复方法研究

徐亚楠 （汕头职业技术学院，广东 汕头 515078）

0 前 言

GPS载波相位测量时，接收机实际上接收的是不足一整周的小数部分，而整数部分是由整周计数器给出的，测量过程中由于外界因素的影响（信号遮挡、卫星故障等）可能导致卫星信号暂时中断，使得载波相位测量中的整周计数不准确，从而导致观测值中含有周跳或粗差。

在非差GPS精密单点定位数据预处理中，周跳的探测与修复是一项重要工作。目前，周跳探测与修复的主要方法有：Turbo Edit方法[2-8]、伪距和相位组合法[9]、电离层残差法[1,10]等。

1 电离层残差法探测周跳

理论上只要设置合理的周跳探测条件，电离层残差法可以探测8周以内的所有周跳[1,10]。为了检验上述理论，采用BJFS跟踪站2014年3月7日采样率为30s的观测数据进行实验分析，选3号卫星，利用MATLAB编程对观测数据进行分析，图1给出了无周跳发生时电离层残差法的周跳探测量的历元序列，从图中可以看出，在不发生周跳的情况下，电离层残差法的周跳探测量△φI的值较小，在0.07周以内。

为了检验电离层残差法的周跳探测能力，在选取的3号卫星的观测数据中人为的加入某些较难探测的周跳组合，如表1所示。

人为加入的待检测的周跳组合 表1

图2为电离层残差法的周跳探测量的历元序列图，从图中可以看出，电离层残差法几乎可以探测出所有周跳，只有第600历元的周跳组合无法探测。

2 相位减伪距法探测周跳

伪距观测值不含整周模糊度，一般认为它不受周跳影响。根据伪距和载波相位观测方程，在相位观测值和伪距观测方程之间作差，可以消除卫星钟和接收机钟差的影响。

图3和图4分别为无周跳情况下L1、L2所对应的相位减伪距的周跳探测量的残差序列图。从图中可以看出，在没有周跳发生的情况下，相位减伪距法的周跳检测量一般在3周以内波动，完全可以检测出7周以上的周跳，周跳探测量的波动主要是由伪距多路径和测量噪声引起的。

鉴于上述分析，采用相位减伪距法探测表1中所列出的周跳组合，周跳探测过程中，将周跳检测量的阈值设为6，结果如图5和图6所示。

从图中可以看出，当周跳数不大于2时，相位减伪距法的周跳检测量的变化很小，很难探测出周跳，但却可以很好的探测出大周跳。

3 利用相位减伪距法和电离层残差法探测和修复周跳

由于电离层残差法对小周跳的探测能力较强，而对于大周跳，采用相位减伪距法可以很好的进行探测与修复。因此可以考虑采用电离层残差法和相位减伪距法相结合的方法来进行周跳的探测与修复，具体步骤为如下：

①采用相位减伪距法探测观测值中7周以上的周跳；

②采用电离层残差法进行修复后得到的观测值来构造电离层残差周跳探测量，探测8周以内的周跳，并计算相应的周跳组合；

③由于第二步中电离层残差法计算的周跳组合具有多值性，需要利用伪距减相位法进一步进行约束，从而确定最终的周跳组合。

从图6中可以看出，通过将周跳探测量的阈值设为6周，相位减伪距法可以探测出7周以上的周跳，根据上述周跳探测结果对其进行修复，经过修复后的观测数据可能还存在7周以下的周跳，此时可再利用电离层残差法来进行周跳的探测与修复，结果如图7所示。

从图7中可以看出，通过电离层残差法仍可探测出6处周跳，周跳检测量在50历元处的值为0.9855，在100历元处的值为0.6992，在200历元处的值为-0.1516，在300历元处的值为-0.1383，在500历元处的值为0.1412，在700历元处的值为0.1488。

周跳探测结果 表2

从表2中可以看出，采用相位减伪距法与电离层残差法相结合的方法探测出的周跳组合与人为加入的周跳组合相同，可以很好的探测与修复周跳。

4 总 结

电离层残差法和相位减伪距法相结合的周跳探测方法基于相位减伪距法在大周跳探测方面的优势和电离层残差法对小周跳敏感的特点，充分发挥了两种方法的优点，弥补了两种方法的不足，是一种有效的周跳探测与修复方法。但该方法需要采用双频观测数据，因此仅适用于GPS双频精密单点定位。

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