基于Matlab的GPS周跳探測與修復系統(tǒng)

（遼寧省海域和海島使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測中心 遼寧沈陽110000）

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針對實現(xiàn)GPS精密定位必須要完全探測與修復周跳的要求，彌補商用隨機軟件采用屏幕掃描法周跳探測效果不佳的不足，系統(tǒng)研究了周跳探測算法，開發(fā)了基于Matlab平臺的GNSS周跳探測與修復系統(tǒng)，實測數(shù)據(jù)驗證表明系統(tǒng)處理效果較好。

GPS精密定位周跳探測與修復

1 數(shù)據(jù)準備

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準備分為兩部分進行：一是，TEQC軟件對觀測值數(shù)據(jù)的初步處理，包括接收機二進制文件的轉(zhuǎn)換、GLONASS觀測值的剔除、觀測值類型的定制與順序轉(zhuǎn)換；二是，通過自編程序?qū)崿F(xiàn)各衛(wèi)星觀測值的分離。

1.1 TEQC軟件應用

數(shù)據(jù)編輯模塊主要功能有以下幾個方面：（1）Rinex文件字頭塊部分編輯；（2）Rinex文件的分割；（3）Rinex文件的合并；（4）衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇及特定衛(wèi)星的禁用。本文系統(tǒng)主要應用定制觀測類型與衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇及特定衛(wèi)星的禁用功能。

部分接收機可以同時記錄GPS和GLONASS的數(shù)據(jù)，而在數(shù)據(jù)處理過程中通常只需要GPS觀測數(shù)據(jù)，那么需要將GLONASS觀測數(shù)據(jù)剔除，在Matlab下調(diào)用TEQC命令執(zhí)行該操作：

!teqc-Rsource.**o>GPS.**o

注意Matlab下調(diào)用如TEQC軟件的可執(zhí)行文件需在命令前加“!”。其中 source.**o表示初始觀測值文件，GPS.**o表示剔除GLONASS觀測數(shù)據(jù)后觀測值文件。

TEQC雖然有強大的數(shù)據(jù)編輯功能，但不能實現(xiàn)各衛(wèi)星觀測值的分離，在周跳探測系統(tǒng)中需要單獨對每顆衛(wèi)星的觀測值進行處理，因此還需要自編程序讀取觀測值文件。讀取觀測值文件過程中可以判斷頭文件中觀測值順序，然后讀取，本系統(tǒng)借助TEQC軟件的定制觀測值類型與順序的功能將觀測值順序更改為同一順序：

!teqc-O.obsca+L1+p2+L2GPS.**o>GPS1.**o

1.2 時間標示轉(zhuǎn)換

GPS時是GPS系統(tǒng)內(nèi)部所采用的時間系統(tǒng)，其時間零點定義為處于1980年1月5日夜與1980年1月6日晨之間的子夜。GPS時在標示時間時所采用的最大時間單位為周，其標示時間的方法是從1980年1月6日0時開始起算的周數(shù)（WN-WeekNumber）加上從每周周六/周日子夜開始起算的秒數(shù)（TOW-TimeofWeek），在GPS導航電文中的時間信息就是采用這種時間標示法。

2 系統(tǒng)設計與實驗

整個系統(tǒng)分為系統(tǒng)主界面以及單頻、雙頻、三頻觀測值探測與修復周跳系統(tǒng)，對于不同采樣率的觀測值數(shù)據(jù)需要選擇合適的方法，若觀測值為30s采樣間隔，選擇多項式擬合法或高次差法探測周跳，系統(tǒng)就會提示探測結果會不準確，因此需選擇合適的方法進行周跳探測。

本節(jié)以2015年3月某控制網(wǎng)A04點位觀測值文件A04_0861. 10o為實例，觀測值類型包含 C1、L1、L2、P2、D1、D2，以雙頻GF-DCPC周跳自動探測與修復系統(tǒng)為例說明系統(tǒng)基本框架（圖中標注了具體的按鈕功能）。

系統(tǒng)主要由觀測文件讀取、觀測文件調(diào)整、衛(wèi)星選擇、觀測值存儲、周跳探測與修復、檢測量繪制等模塊組成。在數(shù)據(jù)處理過程中，雙頻觀測值的粗差探測采用Blewitt方法中的粗差探測方法，在觀測值出現(xiàn)粗差與間斷處將數(shù)據(jù)劃分弧段，刪除小于一定觀測值數(shù)的弧段，其它弧段作為有效弧段，分別在各弧段觀測值進行周跳探測與修復。

圖2中顯示在該觀測值中包含9顆衛(wèi)星的觀測值，觀測歷元數(shù)729個，采樣間隔為10s，系統(tǒng)可以一鍵探測所有衛(wèi)星觀測值中的周跳，亦可探測選中衛(wèi)星觀測值的周跳，并將修復后的觀測值保存到文件。圖3中選取PRN5衛(wèi)星觀測值進行周跳探測實驗，結果顯示觀測中包含一個粗差和一個觀測值不連續(xù)歷元，在粗差與不連續(xù)歷元處將觀測值分段，可得到3個數(shù)據(jù)弧段，由于第一弧段包含12個歷元的觀測值，小于設定閾值20歷元，系統(tǒng)自動將該弧段刪除，剩余有效弧段個數(shù)為2，“周跳列表”中顯示，兩個弧段均無周跳發(fā)生。圖4繪制了第2弧段的周跳檢測量，從第4幅圖GF-DCPC檢測量可以看出，值均在零值附近波動，說明探測結果準確。

3 結束語

本文基于Matlab實現(xiàn)了一套周跳探測與修復系統(tǒng)，調(diào)用TEQC軟件部分功能，從數(shù)據(jù)準備、算法設計、系統(tǒng)框架、實例分析等多個方面對系統(tǒng)進行了介紹，實現(xiàn)了GPS載波相位中周跳的直觀地、自主地探測與修復。

基于Matlab的GPS周跳探測與修復系統(tǒng)

■馮磊

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-141-2