组合高次差法与相位求差法在周跳探测与修复中的应用

组合高次差法与相位求差法在周跳探测与修复中的应用

张业旺，卢艳娥，李治安，卢超

（空军工程大学信息与导航学院，陕西西安710077）

摘要：为获取准确无误的载波相位观测数据，必须对载波相位观测中出现的周跳现象进行及时有效的探测与修复。文中分别对高次差分法及双频载波相位求差法进行研究仿真，针对高次差分法对大周跳探测稳定、相位求差法对小周跳探测敏感的各自特点提出将两者相组合的形式进行周跳的探测与修复，介绍了其设施方法步骤，最后利用算例验证了组合方法的可靠性和有效性。

关键词：载波相位；周跳探测与修复；高次差法；相位求差法中图分类号：TN967.1

文献标识码：A

文章编号：1674－6236（2012）24-0087-03

Combination high difference and differenced phase apply to cycle slip

detection and repair

ZHANG Ye -wang ，LU Yan -e ，LI Zhi -an ，LU Chao

（College of Information and Navigation ，Air Force Engineering University ，Xi ’an 710077，China ）

Abstract:In order to obtain the accurate carrier phase observation data ，it is necessary to detection and repair cycle slip appear in the carrier phase observation timely and effectively.Research on high difference method and double frequency carrier phase difference method and simulation respectively ，in view of the high difference method to large cycle slip detection stability and phase for difference method for small cycle slip detection sensitive characteristics put forward the combined both the form of cycle slip detecting and repairing ，and introduces the steps of the facilities.Finally ，use an example verified the reliability and effectiveness of the combination method.

Key words:carrier -phase ；cycle slip detection and reparation ；high difference ；differenced phase

收稿日期：2012-08-30

稿件编号：201208176

作者简介：张业旺（1987—），男，江苏淮安人，硕士研究生。研究方向：卫星导航、信号处理。

在卫星导航定位中，观测时段延续的时间越长，产生载波相位观测周跳的可能性也就越大，当相位观测数据某一时刻发生周跳时，其后所有的载波相位观测值都会含有丢失的整周计算偏差，为获取无周跳的“干净”载波相位观测数据，正确检测与修复周跳是GPS 数据预处理中的关键问题之一[1]。

周跳的探测与修复从本质上讲就是如何从载波相位观测值的时间序列中寻找可能存在的系统性粗差并加以改正。目前，已有多种方法用于探测与修复周跳，如高次差法[1]、多普勒频移法[2]、小波分析法[3]、电离层残差法[4]、M-W 组合探测法[5]以及多项式拟合[6]等。但是各种方法都不很完善，尤其对于小周跳还不能有效地探测和修复。高次差法实用于大周跳探测，对小周跳探测能力差[1]；多普勒频移探测周跳时，必须保证至少前4个历元的载波相位观测值没有周跳，继而用他们来探测和修复第五个历元的载波相位观测值的周跳[5]；电离层残差法可以探测与修复周跳，但其推证方法不够完善，同时由于没有解决周跳解的多值性问题[4]等。为实现既能降低实现门限又达到满足需求的目标，所以笔者结合高次差分实现简单且对大周跳探测能力强、相位求差法对小周跳探测敏感的各自优点将两者组合起来对对载波相位进行周跳探测与修复。

1高次差法

高次差法[1]是一种简单有效的周跳探测方法，一般指对

观测值在历元间求3次以上差分就称为高次差，其特点就是通过高次求差使周跳的影响放大，从而提高周跳探测的可能性。高次差法所求的差值实际上是由减法滤波器产生的，它是抑制低频信号并消除常数部分的高通滤波，像周跳这样的高频信号则被扩大。如在相邻两个观测值间依次求差而求得观测值的一次差，这时一次差的变化较观测值的变化就小多了。同理可继续求差，二次差则为卫星径向加速度的均值和采样间隔的平方之乘积，变化就更加平缓，当求至四次差或五次差时，呈现偶然误差特性。即四次差后将基本趋于零，而周跳则会破坏这种规律性，根据这一特性就可以把周跳找出来。利用原始相位观测值的高次差分的办法来探测周跳，其原理可以用表1形象地加以表示。现假定该信号在历元T6、T （k +1）的观测值中分别含有周跳e 和k ，构成观测量的各阶差值如表1所示。

文中数据接收于2012年8月26日西安沣镐东路某点，接收机为NovAtel 高精度GPS 接收机。图1为1s 采样率下

电子设计工程

Electronic Design Engineering

第20卷Vol.20第24期No.242012年12月Dec.2012

－87－