聯合MW組合法及改進電離層殘差法的周跳探測新方法

陳猛,李建文,陳星宇,魏絨絨,劉科

(1.信息工程大學 導航與空天目標工程學院,鄭州 450001;2.北斗導航應用技術河南省協同創新中心,鄭州 450001;3.棗莊市薛城區交通運輸局,棗莊 277000)

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聯合MW組合法及改進電離層殘差法的周跳探測新方法

陳猛1,2,李建文1,2,陳星宇1,2,魏絨絨1,2,劉科3

(1.信息工程大學 導航與空天目標工程學院,鄭州 450001;2.北斗導航應用技術河南省協同創新中心,鄭州 450001;3.棗莊市薛城區交通運輸局,棗莊 277000)

由于受電離層變化的影響較大且無法探測(-1,-1)與(1,1)周跳組合,聯合使用MW組合法及電離層殘差法存在不敏感周跳組合。本文對電離層殘差法進行改進,并重新設置周跳檢測量的閾值,形成了改進電離層殘差法。通過聯合使用MW組合法及改進電離層殘差法進行周跳探測實驗,驗證了本文新方法在探測周跳的性能。

周跳探測;電離層殘差法;MW組合

0　引　言

數據預處理是GPS數據處理的基礎,其內容主要包括:周跳和粗差探測。目前,常用的周跳和粗差探測方法有電離層殘差法、MW組合法、TurboEdit法等,但是,以上周跳探測方法通常存在不敏感周跳組合[1-4]。因此,本文對電離層殘差法進行改進,形成改進的電離層殘差法,并通過周跳探測實驗檢驗其效果。

1　周跳探測方法

1.1MW組合法

(1)

(2)

(3)

1.2電離層殘差法

由于同一歷元相位觀測值φ1、φ2所對應的對流層延遲、衛星和接收機鐘差等誤差相等,則相位無幾何距離觀測值為

ρ=λ1φ1-λ2φ2=-(I1-I2)+λ1N1-λ2N2,

(4)

(5)

=Δion(i+1)-Δion(i)+

(6)

式中,ΔN1、ΔN2分別表示N1、N2的歷元間變化量。

因此,當歷元間電離層變化緩慢時,Δion(i+1)-Δion(i)≈0。當沒有發生周跳時,ΔN1與ΔN2均為0,由式(6)可知,ΔIF(i+1)在0附近波動,有:

ΔIF(i+1)≈0,

(7)

否則,有:

(8)

1.3改進電離層殘差法

由于電離層殘差法受電離層延遲變化的影響較大[5,10]。對第i+1歷元的電離層殘差法周跳檢測量ΔIF(i+1)進行歷元間差分,得:

ΔIF(i+1)-ΔIF(i)≈[ΔN1(i+1)-

(9)

可以降低電離層延遲變化的影響[6-7,12-13]。因此,將ΔIF(i+1)=ΔIF(i+1)-ΔIF(i)作為新的周跳檢測量。當不存在周跳時,ΔIF(i+1)在0附近波動;否則,ΔIF(i+1)發生跳變。

本文根據式(9)并仿式(2)和式(3)分別計算周跳檢測量ΔIF(i+1)及第i歷元對應的均值與方差.將4σ作為閾值,并通過判斷||<4σ是否成立來探測周跳。當第i+1歷元發生周跳時,改進電離層殘差方法將和方差置0,作為一個時段并重新探測周跳。

2　周跳探測實驗與分析

本文選取iGMAS站采樣間隔為30 s的觀測數據,G07、G11為實驗衛星,按表1對觀測數據分別加入周跳[7,14-15],并進行實驗1、2、3.實驗1采用MW組合法探測周跳,實驗2采用電離層殘差法探測周跳,實驗3采用改進電離層殘差法探測周跳。實驗1的周跳檢測量隨歷元變化的序列如圖1所示,實驗2的周跳檢測量隨歷元變化序列如圖2所示,實驗3的周跳檢測量隨歷元變化序列如圖3所示。

表1　實驗1、2、3中加入的周跳及結果

圖1　實驗1中G07、G11周跳檢測量的歷元序列

圖2　實驗2中G07、G11周跳檢測量的歷元序列

圖3　實驗3中G07、G11周跳檢測量的歷元序列

實驗結果表明,電離層殘差法對(-1,-1)、(1,1)、(9,7)周跳組合探測失敗,聯合使用MW組合法與電離層殘差法無法探測(-1,-1)、(1,1)周跳組合。改進電離層殘差能夠(-1,-1)、(1,1)周跳組合,但是對(9,7)周跳組合探測失敗,通過聯合MW組合及改進電離層殘差法得到了新周跳探測方法,新方法可以對表1周跳組合全部探測成功。

3　結束語

由于MW組合法無法探測等值的周跳組合,以及電離層殘差法受電離層變化影響較大且無法探測(-1,-1)、(1,1)、(9,7)周跳組合。本文對電離層殘差法進行了改進,并設計了新的周跳檢測量閾值,通過聯合使用改進電離層殘差法及MW組合法得到了周跳探測新方法,新方法對探測實驗中周跳組合更加有效。

致謝:感謝iGMAS信息工程大學分析中心提供的數據

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A New Cycle Slip Detection Based on MW and Improved Ionosphere Residual Method

CHEN Meng1,2,LI Jianwen1,2,CHEN Xingyu1,2,WEI Rongrong1,2,LIU Ke3

(1.CollegeofNavigationandAerospaceEngineering,InformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450001,China;2.HenanCollaborativeInnovationCenterofBDSNavigationApplicationTechnology,Zhengzhou450001,China;3.ZaozhuangXuechengDistrictTransportDepartment,Zaozhuang277000,China)

Due to the large influence of ionosphere variations and the inability to detect (-1,-1), (1,1) cycle jump combination, combined use of MW combination method and the ionosphere residual method is not sensitive to the combination of weekly jump. In this paper, the ionosphere residual method is improved, and the threshold value of the measurement is set up again. By using the combined method of MW and the modified ionosphere residual method for cycle slip detection, this paper verifies the performance of the new method in the detection of cycle slips.

Cycle slip detection; ionosphere residual method; MW combination

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.04.009

2016-03-28

P228.4

A

1008-9268(2016)04-0039-04

陳猛(1988-),男,河南商丘人,碩士,現從事GPS實時衛星鐘差確定方面的研究。

李建文(1971-),男,浙江富陽人,教授,現從事衛星導航系統工程與應用研究。

陳星宇(1989-),男,河北唐山人,碩士生,現從事精密單點定位和完好性等方面研究。

魏絨絨(1991-),女,陜西西安人,碩士生,現從事精密單點定位等方向研究。

劉科(1978-),男,山東棗莊人,工程師,主要從事公路工程測量與施工技術工作。

聯系人： 陳猛E-mail:goodchen163@163.com