联合MW组合法及改进电离层残差法的周跳探测新方法

陈猛,李建文,陈星宇,魏绒绒,刘科

(1.信息工程大学 导航与空天目标工程学院,郑州 450001;2.北斗导航应用技术河南省协同创新中心,郑州 450001;3.枣庄市薛城区交通运输局,枣庄 277000)



联合MW组合法及改进电离层残差法的周跳探测新方法

陈猛1,2,李建文1,2,陈星宇1,2,魏绒绒1,2,刘科3

(1.信息工程大学 导航与空天目标工程学院,郑州 450001;2.北斗导航应用技术河南省协同创新中心,郑州 450001;3.枣庄市薛城区交通运输局,枣庄 277000)

由于受电离层变化的影响较大且无法探测(-1,-1)与(1,1)周跳组合,联合使用MW组合法及电离层残差法存在不敏感周跳组合。本文对电离层残差法进行改进,并重新设置周跳检测量的阈值,形成了改进电离层残差法。通过联合使用MW组合法及改进电离层残差法进行周跳探测实验,验证了本文新方法在探测周跳的性能。

周跳探测;电离层残差法;MW组合

0　引　言

数据预处理是GPS数据处理的基础,其内容主要包括:周跳和粗差探测。目前,常用的周跳和粗差探测方法有电离层残差法、MW组合法、TurboEdit法等,但是,以上周跳探测方法通常存在不敏感周跳组合[1-4]。因此,本文对电离层残差法进行改进,形成改进的电离层残差法,并通过周跳探测实验检验其效果。

1　周跳探测方法

1.1MW组合法

(1)

(2)

(3)

1.2电离层残差法

由于同一历元相位观测值φ1、φ2所对应的对流层延迟、卫星和接收机钟差等误差相等,则相位无几何距离观测值为

ρ=λ1φ1-λ2φ2=-(I1-I2)+λ1N1-λ2N2,

(4)

(5)

=Δion(i+1)-Δion(i)+

(6)

式中,ΔN1、ΔN2分别表示N1、N2的历元间变化量。

因此,当历元间电离层变化缓慢时,Δion(i+1)-Δion(i)≈0。当没有发生周跳时,ΔN1与ΔN2均为0,由式(6)可知,ΔIF(i+1)在0附近波动,有:

ΔIF(i+1)≈0,

(7)

否则,有:

(8)

1.3改进电离层残差法

由于电离层残差法受电离层延迟变化的影响较大[5,10]。对第i+1历元的电离层残差法周跳检测量ΔIF(i+1)进行历元间差分,得:

ΔIF(i+1)-ΔIF(i)≈[ΔN1(i+1)-

(9)

可以降低电离层延迟变化的影响[6-7,12-13]。因此,将ΔIF(i+1)=ΔIF(i+1)-ΔIF(i)作为新的周跳检测量。当不存在周跳时,ΔIF(i+1)在0附近波动;否则,ΔIF(i+1)发生跳变。

本文根据式(9)并仿式(2)和式(3)分别计算周跳检测量ΔIF(i+1)及第i历元对应的均值与方差.将4σ作为阈值,并通过判断||<4σ是否成立来探测周跳。当第i+1历元发生周跳时,改进电离层残差方法将和方差置0,作为一个时段并重新探测周跳。

2　周跳探测实验与分析

本文选取iGMAS站采样间隔为30 s的观测数据,G07、G11为实验卫星,按表1对观测数据分别加入周跳[7,14-15],并进行实验1、2、3.实验1采用MW组合法探测周跳,实验2采用电离层残差法探测周跳,实验3采用改进电离层残差法探测周跳。实验1的周跳检测量随历元变化的序列如图1所示,实验2的周跳检测量随历元变化序列如图2所示,实验3的周跳检测量随历元变化序列如图3所示。

表1　实验1、2、3中加入的周跳及结果

图1　实验1中G07、G11周跳检测量的历元序列

图2　实验2中G07、G11周跳检测量的历元序列

图3　实验3中G07、G11周跳检测量的历元序列

实验结果表明,电离层残差法对(-1,-1)、(1,1)、(9,7)周跳组合探测失败,联合使用MW组合法与电离层残差法无法探测(-1,-1)、(1,1)周跳组合。改进电离层残差能够(-1,-1)、(1,1)周跳组合,但是对(9,7)周跳组合探测失败,通过联合MW组合及改进电离层残差法得到了新周跳探测方法,新方法可以对表1周跳组合全部探测成功。

3　结束语

由于MW组合法无法探测等值的周跳组合,以及电离层残差法受电离层变化影响较大且无法探测(-1,-1)、(1,1)、(9,7)周跳组合。本文对电离层残差法进行了改进,并设计了新的周跳检测量阈值,通过联合使用改进电离层残差法及MW组合法得到了周跳探测新方法,新方法对探测实验中周跳组合更加有效。

致谢:感谢iGMAS信息工程大学分析中心提供的数据

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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

陈猛(1988-),男,河南商丘人,硕士,现从事GPS实时卫星钟差确定方面的研究。

李建文(1971-),男,浙江富阳人,教授,现从事卫星导航系统工程与应用研究。

陈星宇(1989-),男,河北唐山人,硕士生,现从事精密单点定位和完好性等方面研究。

魏绒绒(1991-),女,陕西西安人,硕士生,现从事精密单点定位等方向研究。

刘科(1978-),男,山东枣庄人,工程师,主要从事公路工程测量与施工技术工作。

联系人： 陈猛E-mail:goodchen163@163.com