http://www.gissky.net- GIS空间站

我要投稿 投稿指南 RSS订阅 网站资讯通告:
搜索: 您现在的位置: GIS空间站 >> 技术专栏 >> GPS应用 >> 正文

单频GPS载波相位观测值周跳的探测与修正研究

作者:李磊 ,徐…    文章来源:2014测绘学会    点击数:    更新时间:2014-12-26
摘要:为了提高GPS导航定位的精度, 必须对载波相位观测值中的周跳进行快速而准确地探测与修正。本文详细分析了GPS卫星信号的组成和重建载波的相关内容,分析了周跳产生的原因及特点,研究了周跳检测量的构造,在此基础上提出了几种针对单频GPS载波相位周跳探测与修正的方法。综合了比较了几种探测方法之后选择了便于计算机编程的多项式拟合法为重点,对GPS周跳探测与修正的理论与算法进行了深入地研究,编制了GPS周跳探测与修正的程序,利用GPS实测数据,对该程序进行了验证,并对上述方法的探测效果进行了较为详细地分析,阐明了此方法的可行性。最后,针对GPS现代化后的特点,给出了几种周跳探测与修正的方法与数学模型,理论上分析了这些方法的探测能力。本文将有助于深入系统研究现有的周跳探测与修复方法,利用本文提出的多项式拟合法能较为方便地分离并剔除周跳,为后续的数据处理提供“干净”的数据源。

AbstractIn order to improve the accuracy of GPS navigation and positioning, carrier phase observations have to cycle slips in the rapid and accurate detection and correction. The paper analyzed the GPS satellite signals and reconstruction of the composition of the carrier-related content, analysis of the cycle slip causes and characteristics of the cycle slip detection limit of the structure, on the basis of several proposed single-frequency GPS carrier phase for the week slip detection and correction methods. Comprehensive comparison of several detection methods chosen to facilitate computer programming after the polynomial fitting to focus on the GPS cycle slip detection and correction of the theory and algorithms in-depth research, the preparation of the GPS cycle slip detection and correction procedures, the use of GPS measurement data, the experimental procedure, and the effect of the above methods to detect a more detailed analysis to clarify the feasibility of this method. Finally, after the GPS modernization, it presents several cycle slip detection and correction method and mathematical models, theoretical analysis of the detection capabilities of these methods

This article will help to deepen the existing system of cycle slip detection and repair methods, the use of polynomial fitting in this paper can be more easily isolate and eliminate cycle slips for subsequent data processing to provide "clean" the data source

Keywords: GPS navigation and positioning Single-frequency ; Cycle slip detection and correction; polynomial fitting; higher difference method; Kalman filter; wavelet algorithm; Programming


1 GPS周跳探测与修正的方法

目前单频 GPS探测周跳的方法有很多,主要有多项式拟合法差分法 伪距相位组合法卡尔曼滤波法,小波变换等。这几种方法各有特点, 但也都有其局限性。

2 周跳探测与修正程序设计的技术路线与实现

2.1程序环境选择

本软件采用VB来实现,VB是一种可视化程序设计语言,它除了提供常规的编程功能外,还提供一套可视化的设计工具,便于程序员建立图形对象,巧妙地把windows编程的复杂性封装起来。

2.2多项式拟合法程序设计

①从RINEX文件中提取数据,将历元时刻,卫星的数目, 卫星号,卫星对应的观测值,分别读取出来。

②组成二次多项式:程序计算的原理是多项式拟合法,采用平差计算中的最小二乘法求出多项式中的系数,并根据拟合后的残差计算出中误差。

③观测值的修复:若解得的推求值与实际观测值之差anum小于3w,则说明第10个历元的载波相位观测值不存在周跳,此时去掉第一个观测值,加上第10个继续上述过程;否则认为第10个历元发生了周跳,其周跳估值为anum,此时用理论值代替实际观测值,然后继续上述过程,直至检测到最后一个观测值为止。将文件以标准的Rinex文件输出,以便于将改正后的数据在数据处理软件上操作

3 应用案例分析

本文采用gps观测数据为依据,进行算例的分析

首先利用高次差法找到没有发生周跳的10组观测数据,然后利用程序来进行多项式拟合。

表1

 

 

图1

点击开始进入主界面

 

图2

双击文件触发事件

 

程序可行性分析

 以GPS观测数据为依据,阐明程序的可行性。

南方GPS后处理软件是GPS后处理中常用的一种软件,适用于单频、双频GPS数据基线解算,平差处理。其功能有:选星计划、接收机设置、数据传输、基线向量处理、网平差、质量分析、坐标转换、报表生成、结果输出、Rinex格式转换等模块。

现用此软件对Rinex格式数据进行处理:

在桌面上双击“南方测绘 GPS数据处理”图标打开GPS数据处理软件,GPS数据处理软件界面如下图所示。

 

图3

新建项目,在菜单栏单击“文件”“新建”或在工具栏单击按钮打开如下图所示界面

 

图4

在上述界面中依次填入或选上项目属性描述,单击确定即可。然后会弹出如下图所示的界面。

 

图5

添加外业GPS数据文件

在菜单栏单击“数据输入”“增加观测数据文件”或在工具栏单击图标,如下图所示的界面。

 

图6

加入外业观测数据文件对话框,然后稍等片刻,调入完毕后,网图如下图 所示:

 

图7

解算基线详解 

菜单栏单击“基线解算”“基线解算设置”设置如下

 

图8

菜单栏单击“基线解算”“基线解算设置”“全部解算”。选择解算全部基线这一解算过程可能等待时间较长,处理过程若想中断,请点击停止。基线处理完全结束后,网图如下图

 

图9

数据经南方测绘Gps数据处理软件处理后,方差比分别为

表2

基线

未处理之前结果方差比

处理之后结果方差比

G007-G008

11.6

12.8

G007-G009

2.7

20.2

G008-G009

10.4

31.1

G008-G009

22.0

22.0

G010-G008

31.1

100

G010-G009

18.5

20.4

G008-G011

100

100

G010-G011

16.3

100

多项式拟合之前基线G010—G008解算的结果

 

图10

.多项式拟合之后基线G010—G008解算的结果

  

图11

经过多项式拟合后,数据再经过软件处理后,方差比变大,方差比越大说明基线的拟合性越好。

 

参考文献

[1]徐绍锉. 张华海,杨志强,王泽民.GPS测量原理及应用,武汉大学出版社,2001年7月.

[2周忠漠等. GPS卫星测量原理与应用,北京:测绘出版社,2002年1月.

[3]王惠南. GPS导航原理与应用,北京:科学出版社,2003年8月.

[4]李征航,黄劲松. GPS测量与数据处理,武汉大学出版社,2005年

[5]刘基余,李征航,王跃虎,桑吉章. 全球定位系统原理及其应用,测绘出版社,1995年.

[6]吕志伟. 高精度GPS动态定位中周跳探测与修复的研究[硕士学位论文],河南郑州,1999年

[7] 李保利. 高精度单频GPS动态定位研究:[硕士学位论文〕,河南郑州,2000年

[8]金国雄,刘大杰,施一民. GPS卫星定位的应用与数据处理,同济大学出版社,1994年.

[9] 李江卫.GPS相位观测值中周跳的探测与修复算法研究:[硕士学位论文],湖北武汉,2004年

[10] 俞家碧,孙伟,伍岳. 不同采样率下GPS非差相位观测值的周跳探测修复及效果比较.地理空间信息「J], 2005; Vol.3 (2)

[11] 袁洪,万卫星,宁百齐等.基十二差解检测与修复GPS载波相位周跳新方法.测绘学报「J],  1998; Vo1.27 (3): 273

[12范胜林,黄蓓蓓,袁信.GPS载波相位周跳检测和修复方法,信号处理,2003年12月.

[13]廖向前,黄顺吉.GPS载波相位的周跳检测方法,电子科技大学学报,1997年6月.

[14] 李学逊.GPS相位观测值中周跳的探测与修复.武测科技「J], 1994; (3)

[15] 周晓慧.GPS现代化中L5的模拟.襄樊职业技术学院学报[j], 2006;Vol. 5

[16〕王仁谦,朱建军.利用双频载波相位观测值求差的方法探测与修复周跳,测绘通报,2004年第6期.

[17」胡宏昌等.利用小波分析进行粗差定位,2002年12月.

[18] 吴大连.单频周跳检测与估计算法.天文学报[j],2001; Vo1.42

[19〕李德仁.误差处理和可靠性理论,测绘出版社,1988年.

[20] Mader G L. Rapid Static and Kinematic Global Position System Solutions Usingthe Ambiguity Function Technique. J. Geophysical Res. 1992, 97 (B3):3271 }-3283.

[21] Weill L R. Optimal Rapid Static Positioning without Ambiguity Resolutions. In:Proc.  ION-GPS-93, 1993 (2):10691080.

Tags:GPS导航与定位,单频,周跳的探测与修正,多项式拟合法,高次差法,卡尔曼滤波法,小波算法,程序设计  
责任编辑:gissky
相关文章列表
没有相关文章
关于我们 - 联系我们 - 广告服务 - 友情链接 - 网站地图 - 中国地图