GPS原理及其应用 (十) 第四章 距离测量与GPS定位 §4.4 周跳的探测与修复 §4.5 整周模糊度的确定 §4.4 周跳的探测与修复 1.屏幕扫描法 2.高次差法 多项式拟合法 MW观测值法 三差法 4.4整周跳变(周跳 – Cycle Slips) 在某一特定时刻的载波相位观测值为 如果在观测过程接收机保持对卫星信号的连续跟踪,则整周模糊度 将保持不变,整周计数 也将保持连续,但当由于某种原因使接收机无法保持对卫星信号的连续跟踪时,在卫星信号重新被锁定后, 将发生变化,而 也不会与前面的值保持连续,这一现象称为整周跳变。 产生周跳的原因 信号被遮挡,导致卫星信号无法被跟踪 仪器故障,导致差频信号无法产生 卫星信号信噪比过低,导致整周计数错误 接收机在高速动态的环境下进行观测,导致接收机无法正确跟踪卫星信号 卫星瞬时故障,无法产生信号 周跳的特点 只影响整周计数 - 周跳为波长的整数倍 将影响从周跳发生时刻(历元)之后的所有观测值 解决周跳问题的方法 探测与修复 设法找出周跳发生的时间和大小 参数法 将周跳标记出来,引入周跳参数,进行解算 周跳的探测、修复方法① 屏幕扫描法 方法:人工在屏幕上观察观测值曲线的变化是否连续。 特点 费时、只能发现大周跳。 由于原始的载波观测值变化很快,通常观察的是某种观测值的组合,如 。 周跳的探测、修复方法② 高次差法 周跳的探测、修复方法② (续) 高次差法的原理 由于卫星和接收机间的距离在不断变化,因而载波相位测量的观测值N0+Int(ф) +Fr(ф)也随时间在不断变化。 但这种变化应是有规律的,平滑的。周跳将破坏这种规律性。 对于GPS卫星而言,当求至四次差时,其值已趋向于零。残留的四次差主要是由接收机的钟误差等因素引起的。 周跳的探测、修复方法② (续) 高次差法的问题 接收机钟差对此方法有效性的影响 克服接收机钟差影响的方法 - 卫星间求差 周跳的探测、修复方法② (续) 高次差法的问题 即使发现相位观测值中存在数周的不规则变化,也很难判断是否存在周跳。 所以双差观测值被广泛采用。 周跳的探测、修复方法③ 多项式拟合法: 为了便于用计算机计算,常采用多项式拟合的方法。即根据n个相位测量观测值拟合一个n阶多项式,据此多项式来预估下一个观测值并与实测值比较,从而来发现周跳并修正整周计数。 这种方法实质上和上面介绍的高次差法是相像的,但便于计算。 周跳的探测、修复方法③ (续) 多项式拟合法的应用特点 由于四次差或五次差一般巳呈偶然误差特性,无法再用函数来加以拟合,所以用多项式拟合时通常也只需取至4—5阶即可。 观测值可以是真正的(非差)相位观测值,也可以是经线性组合后的虚拟观测值:单差观测值和双差观测值。 周跳的探测、修复方法④ MW观测值法 周跳的探测、修复方法⑤ 残差法 方法 根据平差后的残差,进行周跳的探测与修复 特点 可以发现小周跳 §4.5 整周模糊度的确定 整周未知数(整周模糊度 - Ambiguity) max.book118.com 静态相对定位中常用的几种方法 待定参数法-经典方法 1)取整法 2)置信区间法 XNi为模糊度的实数解 mXNi=s0(QNiNi)1/2为该参数的中误差 置信区间为[XNi- b·mXNi,XNi+ b·mXNi] b= xt(f,α/2),根据自由度(f=n-u)和置信水平(1-α),从t分布的数值表中查取。 如: f=2500,1-α=99.9%, b =3.28 整数解在置信区间之内。 3)模糊函数法 max.book118.com 静态相对定位中常用的几种方法 一)整数解 : 基本方法 1)求初始解 确定基线向量的实数解和整周未知数的实数解 2)将整周模糊度固定为整数 3) 求固定解 二)实数解 : 基线较长,误差相关性减弱,初始解的误差将随之增大,从而使模糊度参数很难固定,整数化的意义不大。 max.book118.com 快速定位中常用的方法 走走停停和快速静态定位法是两种具有代表性的快速定位法。 确定整周未知数的方法: 一)走走停停法(Stop and Go) 已知基线法 交换天线法 二)快速静态定位法 快速模糊度解算法(FARA) 已知基线法 将已修复周跳、剔除粗差后的双差载波相位观测值组成法方程式,然后将已知的基线向量代入法方程式并求解模糊度参数,最后再用取整法或置信区间法将求得的实数模糊度固定为整数。 交换天线法 快速模糊度解算法(FARA) 由max.book118.comler提出 过程: 快速模糊度解算法(FARA)(续) 1、搜索候选模糊度: 根据 P{|XNi-XNAi|≤ b mXNi}=1-α XNi为模糊度的实数解 XNAi为相应的候选整数解 mXNi=s0(qNiNi)1/2为该参数的中误差 b= xt(f,α/2),根据自由度(f=n-u)和置信水平(1-α),从t分布的数值表中查取。 这样将[XNi- b·mXNi,XNi+ b·mXNi]中的所有模糊度值挑选出来,构成很多候选模糊度组合。 快速模糊度解算法(FARA)(续) 2、确定最优整数模糊度组合 快速模糊度解算法(FARA)(续) 3、对备选模糊度组合进行数理统计检验 1)互差检验:对XNAik=XNAi - XNAk进行检核。 P{|XNijk-XNAik|≤ b·mxNik }=1-α 整数模糊度实数差:XNik=XNi-XNk (i,k=1,2…r,i≠k) 对应的候选整数模糊度差:XNAik=XNAi-XNAk mXNik=s0(qNiNi-2qNiNk+qNkNk)1/2 2)双频检验 XNi、XNk分别表示对同一卫星的L1、L2载波模糊度的实数解。令: XLik = XNi- XNk(λ2/λ1), XLAik = XNAi- XNAk(λ2/λ1) P{|XLik-XLAik|≤b·mXNLik}=1-α 4、确认最优解的三项统计检验: 将搜索出来的最优整数模糊度组合,代回原法方程式平差计算,得出基线向量解和方差阵。 1)基线向量的整数解和初始解的一致性检验。 2)整数解和初始解的单位权中误差的一致性检验。 3)整数解中最小单位权中误差与次最小单位权中误差间的显著性检验。 max.book118.com 动态定位中常用的方法 一)初始化法 运动载体处于静止状态时与地面基准站一起通过“初始化”来确定整周模糊度,然后运动载体开始运动,进行定位。 二)实时解算模糊度的方法 实时解算模糊度的方法 (1)确定搜索区域 坐标搜索法 模糊度搜索法 (2)可采用的方法 模糊度函数法 最小二乘模糊度搜索法 FARA法 快速模糊度搜索滤波法 LAMBDA法 * GPS原理及其应用 * 武汉大学 测绘学院 GPS原理及其应用课程组 周跳 T ? 距离测量与GPS定位 周跳的探测与修复 整周跳变(周跳 – Cycle Slips) 距离测量与GPS定位 周跳的探测与修复 产生周跳的原因 周跳 T ? 周跳将使周跳发生后的 所有观测
GPS原理及其应用10.ppt
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