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1 第 47 卷第 11 期测绘学报 Vol.47,No 年 11 月 ActaGeodaeticaetCartographicaSinica November,2018 引文格式 : 黎蕾蕾, 杨盛, 丁学文, 等. 一种 INS 辅助的 PPP 周跳探测方法 [J]. 测绘学报,2018,47(11):1457G1465.DOI: /j.AGCS LILeilei,YANG Sheng,DING Xuewen,etal.A MethodofINSGaidedCycleGslipDetectionforPPP[J].ActaGeodaeticaet CartographicaSinica,2018,47(11):1457G1465.DOI: /j.AGCS 一种 INS 辅助的 PPP 周跳探测方法 1,2 1,3 黎蕾蕾, 杨盛, 丁学文 4, 陈华 5, 陈渠森 5, 柳景斌 3 3, 孙红星 1. 重庆大学航空航天学院, 重庆 ;2. 重庆大学光电技术与系统教育部重点实验室, 重庆 ; 3. 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北武汉 ;4. 中国兵器工业集团北方信息控制研究院集团有限公司, 江苏南京 ;5. 武汉大学测绘学院, 湖北武汉 AMethodofINSGaidedCycleGslipDetectionforPPP LILeilei 1,2,YANGSheng 1,3,DINGXuewen 4,CHENHua 5,CHENQusen 5,LIUJingbin 3,SUNHongxing 3 1.Colege of Aerospace Engineering,Chongqing University,Chongqing ,China;2.Key Laboratory of OptoelectronicTechnologyandSystemsofthe MinistryofEducationofChina,Chongqing University,Chongqing ,China;3.StateKeyLaboratoryofInformationEngineeringinSurveying,MappingandRemoteSensing, WuhanUniversity,Wuhan430079,China;4.NorthInformationControlResearchAcademyGroupCo.Ltd.,Nanjing ,China;5.SchoolofGeodesyandGeomatics,WuhanUniversity,Wuhan430079,China Abstract:Duetotheproblemofhighreceiverdynamics,lowsateliteelevation,ortheobstructionalong thesignalpath,thecarierphasemeasurementsinppp/insareofteninterupted.cycleslipwilreducethe accuracyofpositioningandmayforcetheambiguitiestoreginitializethatnormalytake10minutesormore. AnewcycleGslipdetectionmethodforPPPispresentedhereutilizingthehighGprecisionINSinformation, insteadofpseudorangestoremovesatelitesgeometricdistancesin wideglanecombination.thisnew algorithmistestedinavehicleexperimentandtheresultsshowthatithasexcelentsensitivitytocycleslip evensmalones.bycombinationwiththegfmethod,thismethodcandetecttheisoperimetricandspecial cycleslippairs(suchas5/4,9/7)withhighaccuracy.itcanalsobeusedforrealgtimecycleslipdetection. Keywords:cycleGslipdetection;PPP;INS;widelane;GF Foundationsupport:TheNationalKeyResearchDevelopmentProgramofChina(No.2016YFB );The ChongqingResearchProgram ofbasicresearchandfrontiertechnology (No.cstc2016jcyjA0300);The FundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities (No CDJPT120003);TheTechnology InnovationProgramofHubeiProvince(No.2018AAA070);TheNaturalScienceFundofHubeiProvince(No. 2018CFA007) 摘要 :PPP/INS 组合导航系统中, 接收机载波相位观测值由于接收机高动态 卫星低仰角 信号被遮挡等原因, 往往发生周跳. 周跳不仅会影响 PPP 定位精度, 而且可能会导致模糊度参数重新初始化以致数十分钟才能重新收敛. 针对以上问题, 本文提出利用惯性导航系统 (INS) 辅助 PPP 宽巷周跳探测的新策略, 通过具有短时高精度的 INS 信息, 消除宽巷组合中的站星几何位置, 克服传统 MW 方法中码伪距噪声及多路径误差的影响. 试验表明,INS 辅助的宽巷周跳探测方法能够精确识别各种宽巷小周跳. 将该方法与无几何距离 (GF) 组合方法相结合, 可以实现对双频等周周跳和特殊周跳 (5/4 9/7 等 ) 的探测, 具有较高探测精度, 并可应用于实时周跳探测. 关键词 : 周跳探测 ;PPP;INS; 宽巷组合 ;GF 组合中图分类号 :P228 文献标识码 :A 文章编号 :1001G1595(2018)11G1457G09 基金项目 : 国家重大研发计划 (2016YFB ); 重庆市基础与前沿研究计划 (cstc2016jcyja0300); 中央高校基本科研业务费项目 ( CDJPT120003); 湖北省重大创新项目 (2018AAA070); 湖北省自

2 1458 November2018Vol.47No.11AGCS htp: xb.sinomaps.com 然科学基金创新群体项目 (2018CFA007) 自 20 世纪末文献 [1] 首次提出精密单点定位 技术 (precisepointpositioning,ppp),ppp 技术 便成为 GNSS 领域中的一大研究热点.PPP 技 术无需地面基准站, 具有更大的作业覆盖范围, 可 直接获得国际地球参考框架 (ITRF) 下的高精度 测站坐标, 是继 RTK 和网络 RTK 技术后出现的 又一次技术革命. 但在实际运用中,PPP 往往会 因障碍物的遮挡 接收机的运动 到达接收机处卫 星信号的信噪比低 接收机或卫星的故障等原因 而发生周跳 [2]. 若连续跟踪卫星少于 5 颗, 则 PPP 在定位处理中需要数十分钟才能重新收敛 到分米至厘米级定位精度 [3]. 因此, 精确地探测 与修复周跳有利于提高 PPP 重收敛速度, 是 PPP 实际工程应用中的关键技术问题. 近年来, 国内外不少学者针对周跳探测与识 别问题提出了很多解决方案. 这些方案能被归纳 为以下 4 类 : 非差模型 双差模型 三频模型及外 [4] [5] 部器件辅助模型. 由于双差模型主要针对 [6G8] DGPS, 不适用于 PPP; 三频模型以传输三频 信号的卫星和接收三频信号的接收机为条件, 并 非现今工程运用中的主流 ; 因此, 非差模型和外部 器件辅助模型成为国内外不少学者解决 PPP 周 跳探测与修复的切入点. 在非差模型方面, 文献 [9] 提出的 TurboEdit 方法首次融合了 GF 组合和 MW 组合去探测和 修复周跳, 并成功运用于 GIPSY [10] Bernese [11] 等商业软件中 ; 之后, 文献 [12 13] 针对电离层快 速变化的情况, 提出了改进的 TurboEdit 方法. 此外, 文献 [14] 针对历元间差分模型, 将周跳量引 入方程作为参数估计, 以实现实时 PPP 周跳瞬时 校正 ; 文献 [15] 通过预报的电离层延迟信息以实 现 PPP 宽巷模糊度的快速固定 ; 文献 [16] 运用 MW 组合和 GF 组合, 提出了一种适用于实时 PPP 周跳探测与修复的策略 ; 文献 [17] 则通过预测电离 层延迟变化, 提出了 WLGL3GLX 分级方法处理周 跳. 文献 [18 19] 将相对伪距而言精度较高的多 普勒观测值用于周跳探测. 以上这些方法, 大都结 合了 MW 组合.MW 组合通过使用伪距和载波相 位观测值, 能有效探测出大周跳, 但由于码伪距噪 声及多路径误差的影响而不能有效探测出小周跳. 在外部器件辅助模型方面, 借鉴于 DGPS/ INS 组合中惯导信息被用于辅助 GPS 信号周跳 探测与修复的思路 [20G22],INS 辅助 PPP 探测周跳 成为了近几年一些学者的研究热点. 其中, 文献 [23] 首次发现, 利用 INS 辅助 PPP 的宽巷与超宽 巷相位组合, 可实现周跳的探测与识别 ; 文献 [24] 基于 PPP/INS 紧密组合模型, 运用 INS 辅助 PPP 的无电离层组合与电离层残差组合联合求 解, 以实现周跳的探测与修复 ; 文献 [25] 也运用 INS 辅助 PPP 去加快模糊度的收敛过程. 本文以 PPP/INS 组合为基础, 利用 INS 短时高 精度的位置信息, 取代传统 MW 方法中伪距观测量, 消除周跳探测中的几何位置关系, 并通过星间差 相 邻历元差 电离层延迟变化模型等方法, 建立起 INS 辅助 PPP 的宽巷探测模型 ; 通过与无几何距离 (GF) 组合方法相结合, 实现对 PPP 双频等周周跳和特殊 周跳 (5/4 9/7 等 ) 的高精度探测. 为了简化, 本文所 采用的双频组合为 f1/f2, 本方法也适用于 f1/f3 和 f2/f3 双频组合观测值的周跳探测. 1 PPP/INS 组合模型 对于 PPP 原始相位观测方程, 当使用精密星历 和精密钟差产品消除其卫星轨道误差和卫星钟差, 并将其他系统误差如天线相位中心偏差 相位缠绕 相对论效应 固体潮 大洋负荷改正, 以及地球自转 等, 采用模型改正后, 相位观测方程可以写为 Li=ρ+cdtr+T-Ii+λiNi+λi(bir-b s i)+ε(li) (1) 式中,Li 表示原始相位观测值 ( 单位为 m); ρ 表 示自卫星信号发射时刻到信号到达接收机时刻接 收机与卫星间的几何距离 ;c 表示光速 ;dtr 表示接收机钟差 ;T 表示对流层延迟 ;Ii 表示电离层 延迟 ;λi 和 Ni 分别表示波长和模糊度 ;(bir-b s i) 表示相位小数偏差 ;ε 表示相位观测噪声及多路 径误差 ; 下标 i 表示频率. 在实际定位计算中, 人们往往采用双频无电离 层组合模型. 该模型消除了电离层延迟低阶项, 将 接收机三维坐标 接收机钟差 对流层延迟和无电 离层组合模糊度作为待估参数, 并视相位小数偏差 由模糊度吸收. 无电离层组合模型可表示为 LIF=ρ+cdtr+T+λIFNIF+ε ( LIF ) (2) 式中, 下标 IF 表示无电离层组合. PPP 与 INS 紧密组合, 由一个主滤波器对来 自 GPS 接收机的原始测量数据和由 INS 估算的

3 第 11 期 黎蕾蕾, 等 : 一种 INS 辅助的 PPP 周跳探测方法 1459 导航解进行融合.INS 运用陀螺和加表测量数据进行捷联惯导计算, 得到位置 速度 姿态等导航估算值, 并结合精密星历与钟差产品, 预测 GPS 伪距 载波和多普勒观测量 ;GPS 利用误差模型与精密星历 钟差产品, 校正伪距 载波和多普勒原始观测量, 并将校正量与 INS 预测观测量之差作为卡尔曼滤波器的输入 ; 经卡尔曼滤波融合处理, 得到组合系统的误差状态估计并反馈至 INS, 一方面校正 INS 导航解并输出组合系统导航信息, 另一方面补偿惯导传感器误差 ; 此外,INS 定位估算值也被用于辅助 PPP 进行周跳探测与修复, 以增强组合系统的质量控制, 如图 1 所示. 综合考虑系统性能和可观测性因素, 建立包括 15 维 INS 误差状态和 GPS 误差状态的状态向量 x = [rins vins φins bacc b gyro dt ḋt T NIF,1 NIF,2,,NIF,n] T (3) 式中, 误差状态按顺序分别为 INS 位置误差 INS 速度误差 INS 失准角 加速度计零偏 陀螺零偏 接收机钟差 钟差变化率 天顶对流层湿延迟及无电离层组合模糊度. 滤波器观测量则为 INS 估计的相位 伪距 多普勒与 GPS 观测值之差 ZIF= é ê ê ë ê L INS IF -LIF P INS IF -PIF D INS IF -DIF ù ú ú û ú (4) 需要注意的是, 伪距观测误差较大, 因此只在初始化阶段使用. 图 1 PPP/INS 紧密组合模型框图 Fig.1 Architecture ofcascade SINS/GPS deeply integratedsystem 2 周跳探测模型 2.1 INS 辅助 PPP 的宽巷探测模型利用宽巷易于探测的特点, 本文运用 INS 辅助 PPP 进行宽巷周跳探测 (WLGINS). 其基本原 理为 : 利用 INS 和精密星历提供的接收机与卫星 高精度位置信息, 消除宽巷中的站星几何位置关 系 ; 通过星间差和历元间差分别消除接收机钟差 对流层延迟误差 电离层延迟误差和模糊度等参 数, 形成仅包含周跳参数且具有较高精度的检测 量. 由式 (1), 宽巷组合测量方程可写为 LWL=ρ+cdtr+T-IWL+λWLN WL+ λwl ( bwl,r-b s WL ) +ε ( LWL ) (5) 式中, 下标 WL 表示宽巷组合. 首先, 利用 INS 定位结果和 IGS 精密星历, 估计星站几何位置 ρins, 建立包括 INS 位置信息 的宽巷组合观测量 LWLGINS LWLGINS=LWL-ρINS-εINS=cdtr+T-IWL+ λwln WL+λWL ( bwl,r-b s WL ) + ε( LWL ) -εins (6) 其次, 选择合适的参考卫星进行星间差分, 消 除接收机钟差和接收机端宽巷相位小数偏差 ΔLWLGINS=ΔT-ΔIWL+λWLΔN WL+ λwl 式中,Δ 表示星间差. (-Δb s WL ) +Δε ( LWL ) -ΔεINS (7) 最后, 对连续的历元观测量作历元差分, 消除 模糊度. 由于 24h 内卫星端宽巷相位小数偏差 非常稳定 [26], 故历元间差分便将卫星端宽巷相位 小数偏差消除 ; 对流层延迟干分量采用模型估计, 湿分量固定为 PPP 最新估计结果, 由于短期内对 流层延迟具有较强的时间相关性 [15], 因此对流层 延迟残差可以被忽略. 影响周跳探测的一个重要 因素是未模型化的电离层延迟, 当电离层中的电 离子含量平滑变化时, 历元间差分可以消除电离 层延迟 [15] ; 但当电离层变化较快及 GPS 信号长 时间中断的情况时, 历元间差分便无法消除电离 层延迟, 此时采用相对电离层模型的方法, 将短时 间内电离层延迟近似成线性变化 [27], 在无周跳或 周跳修复成功的条件下, 通过电离层残差组合获 取滑动窗口内电离层变化 δii, 进而预报当前历 元时刻的电离层信息. 由此可得双差相位宽巷组 合观测方程 δδlwlgins=λwlδδn WL+δΔε ( LWL ) -δδεins (8) δδn WL=δΔN1-δΔN2 (9) 式中,δ 表示历元间差 ;δδn WL 为宽巷周跳 ;δδε ( LWL ) 为双差相位宽巷误差 ;δδεins 为双差后的 INS 误差 ;δδlwlgins 即为周跳探测的检测量 DVWLGINS(decisionvariable,DV).

4 1460 November2018Vol.47No.11AGCS htp: xb.sinomaps.com 2.2 无几何距离组合探测模型 根据式 (1) 可得无几何距离组合 (phase geometryfree,gf 组合 ) 的载波相位观测值 LGF LGF=L1-L2=λ1N1-λ2N2- ( I1-I2 ) +ε ( LLG ) 作差 (10) 将前后两历元 GF 组合的载波相位观测值 δlgf=λ1δn1-λ2δn2-δ ( I1-I2 ) +δε ( LLG ) (11) 式 (11) 也被称为电离层残差. 在一般情况 下, 电离层残差方法探测精度较高, 但它对残余电 离层误差敏感, 即当电离层快速变化或 GPS 信号 长时间中断的情况下时, 其探测精度往往大大降 低. 此时同样采用相对电离层模型去估计下一历 元时刻相位无几何距离组合估算值 L GF, 以此削弱 电离层变化带来的影响, 其中电离层残差可写为 δlgf=lgf-l GF=λ1δN1-λ2δN2+ε ( LLG ) - ε( LGF_est ) (12) 式中,δLGF 即为检测量 DVGF. 3 精度分析 3.1 WLGINS 探测模型精度分析 可得 假定所有误差满足高斯分布, 由误差传播律 σ WLGINS = 2 2 σ 2 L WL +σ 2 INS (13) 式中,σ WLGINS 表示 INS 辅助宽巷周跳检测量中误 差 ;σ INS 表示惯导中误差 ;σ LWL 表示相位宽巷组合 中误差 σ LWL = f2 1σ 2 L 1 +f 2 2σ 2 L m (14) f1-f2 式中,f 表示载波频率 ;σ 表示载波相位观测值 误差. 为实现单历元对最小 1 周的周跳探测,INS 辅助宽巷周跳探测阈值 T WLGINS 应为宽巷波长的 一半, 本文取 0.5m 作为 WLGINS 周跳探测阈值. 当检测量 DVWLGINS 大于周跳探测阈值时, 即认为 此时发生了周跳. 以 3 倍中误差为标准,INS 辅 助宽巷周跳检测量中误差应满足 3 σ WLGINS T WLGINS (15) 结合式 (13) 和式 (14), 可知惯导中误差 σ INS m. 即当惯导单独定位精度在 0.08m 以 内时, 惯导可有效辅助 PPP 宽巷周跳探测. 根据惯导误差传播方程 [28G29], 惯导独立导航 期间位置中误差为 æ t 3 ö σ INS = σ 2 g +σ 2 a = ç gb g è 6 ø æ è 2 + çba t 2 ö 2 ø (16) 式中,σ g 为陀螺引起的位置中误差 ;σ a 为加速度计引起的位置中误差 ;g 表示重力加速度 ;b g 表示陀螺零偏 ;ba 表示加速度计零偏 ;t 为惯导独立导航时长. 以典型战术级 IMU( 陀螺零偏 0.3( )/h, 加速度计零偏 100μg) 为例,0.1s 1s 和 10s 独立导航时间内, 惯导位置误差分别为 m m 和 0.05m, 完全满足 WLGINS 周跳探测模型对惯导精度要求, 且在短时间内, 惯导误差远小于相位宽巷误差. 因此,INS 辅助 PPP 宽巷模型对周跳非常敏感, 它不仅可以探测出小周跳, 而且能在短时间内恢复很高精度的整数周跳, 从而实现 PPP 快速重新初始化. 但由于 INS 辅助 PPP 的宽巷探测周跳方法无法确定各个频率上的周跳, 也无法探测双频等周周跳, 因此本文将其与探测精度较高的 GF 组合方法相结合. 3.2 GF 组合探测模型精度分析由误差传播律,GF 组合载波相位观测值中误差为 σ GF = 2 σ 2 L 1 +σ 2 L 2 =0.005m (17) 考虑到受残余大气层延迟误差 多路径误差和 [19] 电离层模型误差等影响, 一般取 σ GF =0.01~ 0.02m. 以 3 倍中误差为标准, 取 GF 组合周跳检测量阈值 TGF 为 0.05m. 当检测量 DVGF 大于周跳探测阈值时, 即认为此时发生了周跳. 4 试验测试与分析本文试验采用的跑车数据采集于 2013 年 7 月 2 日, 地点为北京郊外一段空旷地区, 卫星观测条件较好, 主要设备包括基站 流动站 GNSS 测地级接收机, 以及某型国产光纤 IMU. 基站和流动站接收机采样率均为 10Hz,IMU 采样率为 200Hz, 陀螺零偏 0.3 /h, 加速度计零偏 100μg, 总数据时长约为 1.5h, 跑车平面轨迹如图 2 所示. 本文使用流动站 GPS 和 IMU 数据实施 PPP/INS 组合及周跳探测试验 ; 使用基站数据作双差处理 ( 星间差 站间差 ), 固定流动站 L1 L2 模糊度, 获得对应的宽巷周跳并作为 INS 辅助 PPP 周跳探测参考值. 在整个测量过程中,PRN03 号卫星仰角均在 70 以上, 且未发生周跳, 故被选作为参考卫星. 2

5 第 11 期 黎蕾蕾, 等 : 一种 INS 辅助的 PPP 周跳探测方法 1461 表 1 PRN23 号卫星各组合检测量的统计量 Tab.1 StatisticsofDVsforPRN23 m PRN23 号卫星 平均值 标准差 DVMW DV WLGINS DVGF 图 2 跑车平面轨迹 Fig.2 Planetrajectoryofthecar 4.1 模拟周跳试验 MW 组合 WLGINS 组合和 GF 组合检测量 DV 及其统计量分别如图 3 和表 1 所示. 其中 MW 组合由于引入了观测误差较大的测距码观测量, 其探测精度较低, 周跳检测量数值范围达 ±100cm, 标准差为 15.3cm;INS 辅助宽巷组合采用了较测距码精度要高 INS 位置信息, 其检测量精度得到大幅度提高, 基本在 ±2cm 以内, 检测量标准差为 0.61cm;GF 组合由于仅使用相位观测量, 其探测精度最高, 基本保持在 ±0.2cm 以内. 在整个测试周期内,PRN23 号卫星的周跳检测量均未发现明显变化, 表明该颗卫星没有发生周跳. 对上述 PRN23 号卫星人为引入等时间间隔 ( 即 200s) 的 14 组周跳, 使用 MW 组合 WLGINS 组合和 GF 组合方法分别进行周跳探测, 模拟周跳数值及检测量变化分别如表 2 和图 4 所示. 其中 MW 组合周跳检测量噪声为 2 f 2 1+f 2 2 ( ) σ P 周 λwl f1+f2 [12] 式中,σ P 表示码误差噪声中误差. 以 3 倍中误差为标准,MW 组合周跳检测量阈值 TMW 取为 1.5m. 由表 2 和图 4 可知 : (1)MW 组合方法因采用了随机误差较大的码数据, 对小周跳不太灵敏, 宽巷小周跳 ( 如 0/1 3/4 5/4 5/6 等 ) 和双频等周周跳 ( 如 1/1 3/3 等 ) 淹没在系统噪声中, 且部分检测量 ( 如 2/4 7/0 等 ) 的小数周部分数值过大, 不利于后续修复周跳. 图 4 加入模拟周跳后 PRN23 号卫星各检测量变化 Fig.4 DVsforPRN23withsimulatedcycleslips 图 3 PRN23 号卫星各组合检测量变化 Fig.3 DVsforPRN23 (2)WLGINS 组合方法探测精度较高, 对宽 巷小周跳非常敏感, 且检测量的整数性明显较 MW 组合要好, 有利于后续修复周跳以及快速恢

6 1462 November2018Vol.47No.11AGCS htp: xb.sinomaps.com 复模糊度, 但 WLGINS 方法无法探测双频等周周跳 ( 如 1/1 3/3 等 ). (3)GF 组合方法探测精度较高, 能探测出绝大多数大小周跳以及双频等周周跳, 但对于特殊 组合周跳 ( 如 5/4 9/7 等 ) 则无法有效探测. 因此, 综合 WLGINS 组合和 GF 组合方法, 可以实现此两种方法的优势互补, 进而成为一种探测精度高的周跳探测方法. 表 2 PRN23 号卫星模拟周跳探测结果 Tab.2 DetectedvaluesofsimulatedscenarioforPRN23 GPS 时间 /s L1 上 L2 上 MW WLGINS GF 引入周跳数引入周跳数 m 周 m 周 m 注 : 号标记为未探测出周跳处. 4.2 实测周跳试验以 PRN07 号卫星为例, 图 5 为 PRN07 号卫星的 MW 组合 WLGINS 和 GF 组合观测量的变化图. 从原始数据分析和图形变化可以发现 : 在测试期间,PRN07 号卫星信号一共发生了 8 处数据中断 ( 中断时长详见表 3). 在卫星连续观测区间内,WLGINS 组合和 GF 组合观测量连续变化且波动较小, 但因受电离层等延迟影响, 出现趋势化 漂移现象 ; 相比之下,MW 组合观测量无漂移现象, 但受码随机误差影响, 数值波动比较大 ; 当信号中断并重新捕获后,MW 组合 WLGINS 组合和 GF 组合观测量均发生跳变, 但 WLGINS 组合和 GF 组合观测量在跳变后仍然保持平稳, 而 MW 组合观测量则出现明显的 毛刺 现象, 说明接收机在重新捕获信号后短时间内有明显观测偏差. 图 5 PRN07 号卫星各组合观测值变化图 Fig.5 ObservedvaluesforPRN07 图 6 为 MW 组合 WLGINS 组合与 GF 组合 3 种周跳检测量随时间的变化. 表 3 则给出了各 检测量数值 相应宽巷周跳数, 以及宽巷周跳参考 值. 由于实际发生的周跳较大, 上述方法均能有

7 第 11 期 黎蕾蕾, 等 : 一种 INS 辅助的 PPP 周跳探测方法 1463 效探测出周跳. 将 WLGINS 与 MW 组合方法所探测出的宽巷周跳数与宽巷周跳参考值作对比, 可以发现 : (1)MW 组合方法未能成功求解所有实际周跳, 这是由于当接收机信号中断并重新捕获后, 短期内码观测误差较大, 需要经过一段时间收敛到稳定状态, 导致 MW 观测量出现如图 5(a) 所示 毛刺 现象. 此时若运用 MW 方法进行处理, 它将无法避免 毛刺 的影响, 求解周跳错误. (2)WLGINS 组合方法不受初始捕获阶段较大观测误差的影响, 对所有的实际周跳均能成功求解出, 且取整精度较高. 需要说明的是, 在运用双差方法固定模糊度的过程中, s 与 s 两个历元时刻 PRN07 号卫星均发生周跳. 由于时间间隔短, 导致前者模糊度无法被固定, 而后者模糊度实现了固定, 此时检测出 s 的宽巷周跳为两者周跳之和. 此外, 本文中所采用的陀螺零偏为 0.3( )/h, 加速度计零偏为 100μg, 由式 (16) 可得, 惯导辅助 PPP 周跳探测的有效时间约为 13s. 5 结论 图 6 PRN07 号卫星的各组合检测量 Fig.6 DVsforPRN07 本文针对 PPP/INS 组合中载波相位周跳探测问题, 提出了一种 INS 辅助 PPP 周跳探测的新策略. 将 INS 高精度位置信息引入到宽巷组合中, 消除其中的站星几何位置关系, 并综合运用星间差分 历元间差分的方法, 实现 INS 辅助的宽巷组合周跳探测方法. 通过模拟周跳与实测数据表明,WLGINS 方法克服了传统 MW 方法受码误差 多路径等因素影响的不足, 能识别各种宽巷小周跳 ; 针对 WLGINS 方法无法探测等周周跳的问题, 提出综合运用 GF 组合和 WLGINS 组合方法, 弥补各自的探测盲点, 实现高精度周跳探测的目的. 此外,WLGINS 方法仅利用周跳前后两个历元的观测值进行处理, 可实现实时单历元周跳探测. 表 3 PRN07 号卫星实际周跳探测结果 Tab.3 DetectedvaluesofactualscenarioforPRN07 GPS 时间 中断时长 MW WLGINS GF 宽巷周跳参考值 /s /s m 周 m 周 /m / 周 未固定 惯导累积误差是影响 WLGINS 方法探测精度的主要因素之一, 在 PPP 连续定位条件下, 即使部分卫星出现信号中断, 惯导受 GPS 连续校正, 惯导累积误差影响可以被忽略 ; 在 GPS 信号全部中断条件下, 惯导单独进行定位, 其误差会随 时间显著增加, 导致 WLGINS 方法探测精度降低, 但由于宽巷波长比较长, 在惯导辅助 PPP 周跳探测的有效时间内,WLGINS 辅助周跳方法仍然有效.

8 1464 November2018Vol.47No.11AGCS htp: xb.sinomaps.com 参考文献 : [1] ZUMBERGEJF,HEFLIN M B,JEFFERSON DC,etal. Precise Point Positioningforthe Eficientand Robust AnalysisofGPSDatafromLargeNetworks[J].Journalof Geophysical Research:Solid Earth,1997,102 (B3): 5005G5017. [2] 李征航, 张小红. 卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法 [M]. 武汉 : 武汉大学出版社,2009. LIZhenghang,ZHANG Xiaohong.New Techniquesand PreciseDataProcessing MethodsofSatelite Navigation and Positioning [M ]. Wuhan: Wuhan University Press,2009. [3] BISNATH S,GAO Y.CurrentStateofPrecisePoint PositioningandFutureProspectsandLimitations[M] SIDERIS M G.Observing Our Changing Earth.Berlin Heidelberg:Springer,2009:615G623. [4] CHENDezhong,YEShirong,ZHOU Wei,etal.ADoubleG diferencedcycleslip Detectionand Repair Methodfor GNSSCORSNetwork[J].GPSSolutions,2016,20(3): 439G450. [5] 韩厚增, 王坚, 李增科.GPS/INS 紧组合的 INS 辅助周跳探测与修复 [J]. 测绘学报,2015,44(8):848G857.DOI: /j.AGCS HAN Houzeng,WANGJian,LIZengke.InertialAided KinematicGPS CycleSlip Detectionand Correctionfor GPS/INSTightlyCoupledSystem[J].ActaGeodaeticaet CartographicaSinica,2015,44(8):848G857.DOI: /j.AGCS [6] 黄令勇, 翟国君, 欧阳永忠, 等. 三频 GNSS 电离层周跳处理 [J]. 测绘学报,2015,44(7):717G725.DOI: /j.AGCS HUANGLingyong,ZHAIGuojun,OUYANG Yongzhong, etal.ionosphericcycleslipprocessingintriplegfrequency GNSS[J].ActaGeodaeticaetCartographicaSinica,2015, 44(7):717G725.DOI: /j.AGCS [7] 李金龙, 杨元喜, 徐君毅, 等. 基于伪距相位组合实时探测与修复 GNSS 三频非差观测数据周跳 [J]. 测绘学报, 2011,40(6):717G722. LIJinlong,YANG Yuanxi,XU Junyi,etal.RealGtime CycleGslip Detection and Repair Based on CodeGphase Combinationsfor GNSS TripleGfrequency Undiferenced Observations[J].ActaGeodaeticaetCartographicaSinica, 2011,40(6):717G722. [8] 黄令勇, 翟国君, 欧阳永忠, 等. 削弱电离层影响的三频 TurboEdit 周跳处理方法 [J]. 测绘学报,2015,44(8): 840G847,883.DOI: /j.AGCS HUANGLingyong,ZHAIGuojun,OUYANG Yongzhong, etal.triplegfrequency TurboEdit CycleGslip Processing MethodofWeakeningIonosphericActivity[J].ActaGeoG daeticaetcartographicasinica,2015,44(8):840g847, 883.DOI: /j.AGCS [9] BLEWITTG.AnAutomaticEditingAlgorithmforGPSData [J].Geophysical Research Leters, 1990, 17 (3): 199G202. [10] LICHTENSM,BARGSEVER YE,BERTIGEREI,etal. GIPSYGOASIS I:A HighPrecisionGPSDataProcessing SystemandGeneralOrbitAnalysisTool,Technology2006 [C] NASATechnology TransferConference,Chicago,IL, 24G26October1995.Chicago,IL:NASA,1995. [11] 郑作亚.BerneseGPS4.2 版本数据处理软件的介绍与探讨 [J]. 中国科学院上海天文台年刊,2003(24):143G149. ZHENG Zuoya.The Introduction and Discussion on BerneseGPSSoftwareVersion4.2[J].AnnalsofShanghai ObservatoryAcademiaSinica,2003(24):143G149. [12] LIUZhizhao.A New AutomatedCycleSlipDetectionand RepairMethodforaSingleDualGfrequencyGPSReceiver [J].JournalofGeodesy,2011,85(3):171G183. [13] CAIChangsheng,LIUZhihzao,XIAPengfei,etal.Cycle SlipDetectionandRepairforUndiferencedGPSObservaG tionsunderhighionosphericactivity[j].gpssolutions, 2013,17(2):247G260. [14] BANVILLES,LANGLEY RB.ImprovingRealGtimeKineG maticpppwithinstantaneouscyclegslipcorrection[c] ProceedingsofION GNSS.Savannah,GA:[s.n.],2009: 2470G2478. [15] GENGJianghui,MENG Xiaolin,DODSON A H,etal. Rapid ReGconvergencesto AmbiguityGfixed Solutionsin PrecisePointPositioning[J].JournalofGeodesy,2010, 84(12):705G714. [16] 易重海, 朱建军, 陈永奇, 等. 实时精密单点定位中周跳探测与修复的算法研究 [J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版 ), 2011,36(11):1314G1319. YIZhonghai,ZHUJianjun,CHEN Yongqi,etal.CycleGslip DetectionandCorrectionAlgorithmforRealGtimePPP[J]. GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversity, 2011,36(11):1314G1319. [17] ZHANGXiaohong,LIXingxing.InstantaneousReGinitialization inrealgtime KinematicPPP with CycleSlip Fixing[J]. GPSSolutions,2012,16(3):315G327. [18] 丁文武, 欧吉坤. 增加 Doppler 观测值实现实时动态 PPP 快速重新初始化 [J]. 宇航学报,2013,34(6):795G800. DING Wenwu,OUJikun.InstantaneousReGinitialization ofrealtimekinematicpppbyaddingdopplerobservag tion[j].journalofastronautics,2013,34(6):795g800. [19] 柴艳菊, 阳仁贵, 张宝成. 动态 PPP 定位中周跳自动探测

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