测绘科学技术

构建阈值模型改善TurboEdit实时周跳探测

张小红，曾琪，何俊，等

摘要：目的：周跳探测是高精度定位中的关键问题，它直接影响着模糊度的准确固定及定位的精度和可靠性。TurboEdit方法联合MW（Melborne-Wubbena）组合和GF（geometry-free）组合，因其具有单站探测、探测效率高、灵活性好等特点而被广泛采用，然而该方法也存在一些缺陷，如采用了噪声较大的伪距观测值、阈值固定以及拟合方式引入人为误差等。本文在总结比较各类TurboEdit改进算法的基础上，选取了一套适合于实时周跳探测的组合算法，并针对MW 组合和GF组合周跳探测的缺陷构建自适应的阈值模型，以期提升周跳探测的性能。方法：在基于MW组合探测周跳的方法中，阈值模型通常设为定值，因此在动态定位中的适用性较差，容易出现周跳误判和漏判，为此本文分析了几十组不同接收机、不同采样率下的观测数据在添加周跳后，周跳判别量与阈值的分布特征和规律，并基于此在滑动平均滤波 MW 组合周跳探测方法中采用自适应随观测序列均方根变化的四段式线性阈值模型，改善了其在动态定位中的探测性能；在基于GF组合探测周跳的方法中，阈值一般设为5 cm，在电离层活跃或采样间隔较大时容易出现周跳误判，为此本文分析了不同采样率以及不同纬度地区数据中GF组合历元差的变化特性，采用随采样率及卫星高度角变化的加权阈值模型提升了GF组合周跳探测方法在不同环境下的可靠性。结果：选取5组不同采样率、不同观测环境下的数据进行实验分析，原始观测数据经MW组合和GF组合检验均无周跳。对于MW组合周跳探测，比较原阈值模型和自适应均方根变化阈值模型可以看出，当采用原始阈值模型时，多个历元会发生多处周跳误判，而改进后的自适应均方根变化阈值模型则极大地避免了周跳误判；另一方面，添加周跳后发生周跳漏判的历元，采用改进后的阈值模型则探测出了此处的周跳，综上分析，自适应均方根变化阈值模型能够有效减少周跳误判和漏判。对于GF组合周跳探测，当采样率较低，电离层较活跃时，GF组合历元差序列存在一定的趋势项，且该趋势项与采样率和卫星高度角有较强的相关性。此时若采用固定阈值5 cm，则在高度角较低时会发生周跳误判，而加权阈值模型考虑了采样率和卫星高度角两个因素的影响，其变化趋势与GF组合历元差序列的变化趋势基本一致，该阈值模型在采样率较低、电离层活跃时可以有效减少周跳误判，但同时也会漏判一些对GF组合序列影响较小的周跳组合，另外对于近似波长之比的周跳组合会探测失效，此时可根据GF组合历元差序列适当地调整阈值参数或通过验后质量检验来探测剩余的小周跳。结论：本文在滑动平均滤波 MW 组合周跳探测方法中加入了自适应随观测序列均方根变化的阈值模型，该模型通过反映观测数据质量的均方根来约束阈值，从而能够有效减少周跳误判和漏判的发生，提高MW组合周跳探测的性能；另一方面在相邻历元求差的GF组合周跳探测方法中加入了随采样率及卫星高度角变化的加权阈值模型，该模型削弱了采样率和卫星高度角过低对该方法探测性能的影响，显著提升了GF组合周跳探测的可靠性。添加阈值模型后的TurboEdit方法与原来的方法相比不仅在探测精度上有一定的提高，在减少周跳误判和漏判上也有较大改善，并且两者能探测出对方探测失效的周跳盲区。因此，两者组合，可以探测出绝大多数的周跳。

来源出版物：武汉大学学报（信息科学版）， 2017， 42(3)：285-292

入选年份：2017