普适型GNSS双频数据的周跳探测与修复方法

通过分析宽巷相位减窄巷伪距和无几何距离组合周跳探测方法存在的问题,提出一种考虑GNSS卫星高度角因子且适用于普适型GNSS观测数据的周跳探测方法。在探测出周跳发生的历元位置后,利用基于空间搜索和目标函数最小准则的方法进行周跳修复,并选取安置在甘肃临夏公路旁一滑坡隐患处的普适型GNSS接收机所观测的不同高度角卫星数据对提出的周跳处理方法进行验证。结果表明,该周跳探测与修复方法能实现不同高度角卫星载波相位数据中周跳的准确探测与修复,并减弱GNSS数据观测误差对周跳检验量的影响,对普适型GNSS观测数据的周跳探测与修复具有可行性。

一种多频多系统周跳探测与修复方法

为满足多频多系统精密单点定位(PPP)数据预处理的实际需求,提出了一种周跳探测与修复方法。针对多频多系统PPP数据处理中各卫星的信号数量不同,利用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)原理构建模糊度组合。通过仅使用相位观测值估计的倾斜电子总量(STEC)探测不敏感周跳和漏判周跳。对于周跳修复,将伪距和载波相位的观测值在历元间作差求得周跳的浮点解和协方差阵,然后应用LAMBDA算法搜索周跳整数解并进行修复。通过静态、动态以及磁暴环境下周跳探测和修复实验,验证了所提方法的有效性,多频条件下周跳修复的正确率达到100%。

一种LM-BP加速搜索的周跳探测与修复方法

针对传统三频周跳探测与修复方法中的不敏感、漏检以及效率较低等问题,提出一种基于莱文伯格-马夸特(LM)-反向传播(BP)神经网络加速搜索法的伪距相位组合与电离层残差组合联合周跳探测与修复方法:利用2个伪距相位组合以减少不敏感周跳数量,利用1个电离层残差组合以提高小周跳探测敏感度;在构成3个线性无关的组合观测值后,使用LM-BP加速搜索算法进行周跳探测与修复。实验结果表明,相对常规的伪距相位组合与电离层残差组合联合方法,该方法能够提高周跳探测与修复性能,可探测小至1个的周跳,探测与修复整体时效有较大提升。

强电离层环境下的北斗三频周跳探测与修复

针对强电离层环境下,周跳探测受电离层延迟和伪距多路径的影响容易造成误探的问题,提出了一种适应强电离层环境的周跳探测与修复方法,并选取了合适的伪距相位组合探测阈值。本文选用三频GFIF相位组合、MW组合以及电离层改正的无几何伪距相位组合进行周跳探测,在周跳修复阶段采用电离层改正的伪距相位组合和2个MW组合,解决了联立方程病态问题。通过采用磁暴发生当天的JFNG与XMIS测站观测数据,并在数据中加入2周内小周跳和随机周跳进行实验,结果表明,该方法在强电离层环境下能准确地实现周跳的探测和修复。

实时周跳探测与修复的MGF周跳解算方法的改进

周跳的探测和修复是基于载波相位高精度定位的关键技术之一。基于改进的几何无关相位组合MGF方法具有直接分离不同频率上的周跳,对高频数据中较小的周跳实现有效探测,探测速度远快于TurboEdit法等优点。但MGF法无法探测4周以上的周跳,并对低采样率和低卫星高度角下的数据进行周跳探测时,会选取错误的周跳备选值作为周跳检验量从而造成周跳的误判。针对MGF法所存在的问题,通过联合相位减伪距法PRP法,构建新的周跳备选值判断方程,并对MGF法的周跳检验量进行二次历元间差分STMGF,组成PRP-STMGF周跳探测组合。PRP-STMGF周跳探测组合能够探测任意周的周跳,与TurboEdit法相比,修复时无需分离周跳,直接对PRP-STMGF法的周跳检验量进行四舍五入即可确定出正确的周跳值,且适用于低采样率和低卫星高度角下的实时周跳探测与修复。最后通过北斗双频实测数据进行实验验证,结果表明,PRP-STMGF周跳探测组合,避免了MGF法选取错误周跳备选值的问题,相较于TurboEdit法不仅低延时,准确率高,且适用于不同采样率和低卫星高度角下周跳探测与修复。

削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型

为了减少磁暴环境下全球卫星导航系统(GNSS)载波相位观测值的周跳误探率,从而提高GNSS精密单点定位(PPP)性能,提出一种可削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型:利用不同磁暴强度下15个磁暴日的国际GNSS服务组织(IGS)站总计3524组观测数据构建顾及电离层扰动指数(ROTI)的周跳探测阈值模型,简称ROTI_CSTM;并通过采用强磁暴、中磁暴、弱磁暴下全球158个IGS跟踪站观测数据对ROTI_CSTM模型进行PPP实验验证。结果表明,相比于常用的图尔博·埃迪特(TurboEdit)周跳探测阈值,采用ROTI_CSTM的全球定位系统(GPS)PPP在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高16.98%、17.06%和52.44%,在高程方向的定位精度可分别提高25%、16.39%和59.43%;相比于甘普(GAMP)软件的阈值模型,在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高4.04%、11.40%和20.90%,在高程方向的定位精度可分别提高5.37%、7.75%和26.23%。

优选小波神经网络在周跳探测与修复中的应用

北斗导航定位过程中,传统的周跳探测与修复方法缺乏检验环节,无法保证修复结果的可靠性。为此,提出了一种级联式小波变换结合NARX神经网络多步循环预测修复的方法处理周跳问题。该方法通过构造载波相位双差模型检验量,探测周跳发生历元,采用NARX神经网络预测方法修复周跳,利用优选小波基函数进行周跳修复效果检验。实验证明,相较于经验模态分解和变分模态分解等模态分解法,优选小波神经网络周跳探测与修复方法可用于小周跳探测并判断出周跳正负性;构造的NARX神经网络周跳修复模型,解决了普通神经网络模型和传统多项式拟合法容易造成的二次奇异值问题。相较于长短期记忆(LSTM)和门控循环单元(GRU)深度学习神经网络模型,周跳预测精度分别提高了45.2%和55.9%。

基于自适应阈值的北斗三频周跳探测与修复方法

针对单频多普勒积分法中周跳检测量噪声大,且动态环境下固定阈值不能反映实际周跳检测量噪声的问题,设计了北斗三频多普勒积分组合法,基于滑动窗口和高度角信息构建了自适应阈值模型;联合无几何相位法对北斗三频数据进行周跳探测,以解决三频多普勒积分组合法存在不敏感周跳的问题;采用空间搜索法对周跳组合进行解算,并遵循最小1-范数原则,对北斗三频周跳进行检验修复。实验结果表明:在动态环境下,自适应阈值降低了中、低仰角卫星的周跳误探次数,该方法可探测出包括1周在内的所有周跳组合并正确修复。

电离层活跃期三频周跳探测与修复方法

电离层活跃时的周跳探测与修复是全球卫星导航系统(GNSS)数据预处理的难点,针对电离层活跃期内周跳难以正确探测和修复的问题,提出采用滑动窗口滤波预测电离层延迟变化量,进而对周跳探测组合进行电离层延迟校正,从而正确探测并固定周跳。首先以99%的成功探测率和1%的漏检率,筛选出最优的周跳探测组合,然后再对第三周跳探测组合进行电离层延迟校正。通过实验分析,所采用的方法能正确探测并固定所有的周跳。

一种基于智能手机相位的多维周跳探测算法

受智能手机内置低成本线性极化天线性能的约束,其原始GNSS载波相位观测值存在极高比例的周跳观测值,这给智能手机的精密定位带来挑战。为有效利用相位观测值,文章在传统TDCP周跳探测算法的基础上,提出一种附加验前、验后约束的智能手机原始相位观测值多维周跳探测方法。实验结果表明,该方法可以有效标记相位观测值的周跳信息,在城市综合路况下智能手机实时PPP解算平面误差RMS在2.5m以内,充分验证该文周跳探测算法的有效性。

多普勒积分辅助BDS三频周跳探测

针对单频多普勒积分对低采样率数据周跳探测精度较低的问题,提出一种基于北斗卫星导航系统(BDS)三频观测数据的多普勒积分辅助伪距相位组合的周跳探测方法:利用多普勒积分计算历元间伪距变化量,大大减弱多路径效应的影响;并通过选择最优的三频组合系数构造宽巷相位和窄巷伪距组合周跳检测量,提高多普勒积分对低采样率数据的周跳探测精度。实验结果表明,提出的组合方法可以弥补各自的周跳探测盲点,对于不同采样率数据,不仅能有效探测和修复大小周跳、连续周跳和不敏感周跳,还可以准确地辨别1个周期以上的周跳和粗差,具有良好的周跳探测性能。

基于载噪比加权的BDS周跳探测方法研究

针对现有的周跳探测方法中载噪比(carrier-to-noise ratio,CNR)数据未被有效利用这一问题,在分析BDS卫星种类对MW(Melborne-Wubbena)组合观测值影响的基础上,基于传统TurboEdit算法,根据BDS不同种类卫星提出一种基于载噪比加权的MW组合周跳探测模型。测试结果表明,相比于传统TurboEdit算法,该方法可以有效减少BDS-2的IGSO卫星和MEO卫星因系统偏差引起的周跳漏检和误检,具有一定的优越性。

双频载波相位变化率与电离层残差法联合探测周跳

针对双频定位高精度数据处理过程中观测值含有周跳的问题,提出一种联合改进后的双频载波相位变化率与电离层残差的组合探测方法:首先在原始载波相位变化率法的基础上计算双频观测值的探测量,用以探测并修复大部分周跳;然后采用电离层残差作为检验量继续对双频观测值进行探测,实现对探测盲点下漏检周跳的修复。实验结果表明,该算法可以较全面、准确地探测出双频数据中存在的周跳,且探测过程较为迅速。

全变分MW组合去噪的BDS周跳探测算法

针对高精度全球卫星导航系统(GNSS)数据预处理中,最常用的非差周跳探测方法之一墨尔本-维贝纳(MW)组合受伪距噪声影响等原因存在小周跳探测不准和周跳探测失败后阈值扩散的问题,提出一种北斗卫星导航系统(BDS)周跳探测算法:为降低伪距噪声的影响,提高探测成功率,引入全变分去噪算法对MW组合探测值进行去噪处理;再利用去噪后的MW组合探测值的历元差值进行周跳探测;然后分析全变分去噪算法正则化参数和周跳探测阈值的选取,当正则化参数取5和阈值设定为0.45时,即可探测出大于或等于1个周期的周跳。实验结果表明,选取的正则化参数和周跳探测阈值较为合理,能够在去噪后的MW组合探测值中通过相邻历元作差方式探测出小周跳,成功率为100%,无错探和漏探发生,能够弥补MW组合探测值对不敏感周跳探测的不足。

基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法

针对高轨卫星搭载的GNSS单频接收机观测值精度低导致多普勒法难以准确探测周跳的问题,提出了基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法。首先使用卡尔曼滤波平滑多普勒观测值,以降低观测噪声的影响,然后联合使用平滑后的多普勒值和载波相位观测值按照传统多普勒法计算周跳探测量,并对其进行历元间差分,从而降低系统误差,提高周跳检出率。实验使用探月三期再入返回试验任务中月地转移段返回舱接收到的GNSS观测数据,结果证明提出的方法相比传统的多普勒法可以在低信噪比的环境下更准确地进行周跳探测,可为后续高轨卫星的GNSS搭载试验提供技术支撑。

MW和STPIR组合联合探测修复BDS-3载波相位周跳研究

针对北斗三号载波相位观测值的周跳现象影响定时、定位精度的问题,联合MW(Melbourne-Wbbena)和STPIR(second-order time difference phase ionosphere residual)组合提出了一种探测和修复北斗三号载波相位周跳的方法。该方法不受信号采样间隔影响,且能够有效弥补单一组合具有的周跳探测盲区的缺陷,解决单一组合的周跳修复多值性问题。基于本文方法,对北斗三号五种民用信号B1C、B1I、B2a、B2b、B3I载波相位观测值进行了验证,结果表明,联合MW和STPIR组合可以准确探测和修复北斗三号五种信号载波相位周跳。

BDS-3 PPP/INS紧组合周跳探测及修复方法

针对载波相位观测值在实际测量中存在整周数跳变的问题,提出一种BDS-3PPP/INS紧组合周跳探测及修复方法:在北斗三号卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位(PPP)/惯性导航系统(INS)紧组合模型基础上,构建星间历元差分宽巷检测量及星间差分电离层残差检测量,以实现INS辅助BDS-3周跳探测与修复;分析可知,星间历元差分宽巷检测量利用INS短时间高精度特性,求得卫星—接收机几何距离,但无法探测等周周跳,而星间差分电离层残差检测量可消除几何距离误差,但无法探测特殊比例周跳,所以将2种方法联合实现优势互补,可以实现对所有周跳的探测以及探测后的瞬时修复。实验结果表明,所提方法在连续历元或一定中断时长内能够探测大、小、等比、特殊比例周跳,同时在中断10 s内可以实现周跳探测后的完全修复,20 s内实现部分修复。

面向单双频混合及中断数据周跳处理方法

针对复杂环境下,传统周跳探测方法并不能取得良好的探测效果的问题,提出一种面向单双频混合及中断数据的周跳处理方法:介绍传统的无几何距离(GF)组合、墨尔本-维贝纳(MW)组合和多项式拟合法及其优势和不足;利用站间单差形式的GF组合和MW组合处理双频数据,利用改进后的多项式拟合法处理单频数据,联合3种方法克服数据中断带来的挑战,实现相对定位和实时周跳探测。实验结果表明,改进的联合探测方法比传统方法可削弱更多误差;相较于传统方法在探测率、固定率、均方根、定位偏差等精度方面都有较明显提高,其中探测修复率提高15%以上,固定率提高16.8%,复杂环境下的定位精度由分米级提升到厘米级;可为周跳处理提供参考。

一种“北斗”卫星导航系统三频周跳探测与修复方法

针对传统伪距-相位组合中伪距噪声过大的问题引入了多普勒观测值进行辅助,同时再联合无几何相位组合构成一种新的周跳探测与修复方法。在信号方面,选择B2a代替B2I,与B1I、B3I组成了“北斗”卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System, BDS)中定位性能更好的“北斗”三频观测组合。在选频方面,选用无几何相位系数[-1,1,0]、多普勒辅助伪距-相位系数[1,0,-1],[1,3,-4]组合进行周跳的探测。在修复方面,使用搜索法进行周跳的修复,并根据1-范数原则确保修复值的准确性。在1 s的采样率、电离层延迟稳定情况下,所提方法不仅能探测与修复出所有加入的1周在内的周跳,而且相比传统伪距-相位方法在小周跳探测方面性能更佳。

附有直线约束条件的卡尔曼滤波周跳探测方法

针对卡尔曼滤波用于动态周跳探测精度不高问题,本文通过将直线轨迹约束条件加入标准卡尔曼滤波方程中,从而对卡尔曼滤波方程中的预报值进行修正,来提高动态周跳探测精度。实验结果表明,加入约束后的卡尔曼滤波对于动态周跳的探测精度有相应的提高;约束卡尔曼滤波弥补了标准卡尔曼滤波不能探测连续周跳的缺陷,并且加入约束条件后的卡尔曼滤波收敛速度更快,对动态周跳探测效果有明显提高。