Part.I 純 GNSS 周跳探測

GNSS 周跳探測方法 之 TurboEdit

在全球導航衛星系統技術的載波相位測量中，接收器獲得的實際載波相位值包括小於一周的部分和整周的部分。在對觀測對象的連續觀測過程中，小數部分的相位從 0 至 2pi 變化累計增加一個周期，那麼整周部分就會增加1。由於衛星信號被遮擋或電子幹擾等原因引起的暫時性衛星失鎖，使得接收器中的計數器在累積操作期間產生中斷，導致相位整周數的跳躍或中斷。而不到一周的小數值保持不變。其中整周數的跳變即為周跳。

Chap.I 單頻周跳探測方法

這部分簡要介紹一下單頻周跳探測的方法(主要是原理和思想方面的介紹，具體公式可能不會涉及)：

• 相位偽距組合法：相位與偽距做差，式中包含電離層延遲(主要)、整周模糊度、多路徑殘差和噪聲。當采樣率較高時，電離層變化比較緩慢時，歷元間差分可以扣掉；移項右邊僅剩模糊度便可作為周跳檢驗量。
• 多項式擬合法：多項式擬合法與高次差法的思想相同，先利用前m個歷元組成滑動窗，然後將滑動窗口代入多項式擬合函數，求出擬合系數構建擬合模型，利用該模型預測下一個歷元的無周跳觀測值，並且將其與實際觀測值做比較，以此來探測周跳。該方法有個缺點：多項式的階數以及滑動窗口的大小需要適應不同的數據，在實際處理時很難找到準確合適的值，從而導致其對小周跳的敏感性不強。
• 多普勒積分法：多普勒觀測值可以看成為載波相位觀測值對時間的一階導數，反映的是載波相位的變化率，它是一種非常穩定並且獨立於載波相位的觀測值，不會隨相位發生周跳而發生變化。歷元 i 和歷元 i+1 時刻載波相位觀測值做差減去這段時間內多普勒積分值可以作為周跳檢驗量，若這段時間沒有發生周跳，則這個差值僅包含觀測噪聲的影響，應該在一定范圍之內。該方法適用於動態、非差數據的周跳探測；但是由於多普勒觀測值與相位觀測值存在一個時間關系，采樣間隔會對其有一定影響。
• 小波變換法：載波相位觀測值應為一條噪聲很小的曲線，如果該歷元發生周跳，則後續歷元的觀測值會產生階躍。利用小波變化法進行周跳探測的原理大致如下：將原始信號分解為不同頻率上的信號成分，此時信號發生跳變的點很容易被探測出來，而它所在的歷元就是周跳出現的位置。該方法的特點：小波函數很多，很難找到一種最適合的方法進行周跳探測。另外小波變換法計算速度太慢，需權衡去噪效果和計算速度之間的關系。

Chap.II TurboEdit

比較流行的是Blewitt(1990)提出來的 Turboedit 方法，它采用MW組合+GF組合來做周跳探測，其基本思想為：MW 組合（雙頻碼相組合）消幾何距離，不受大氣、鐘差的影響，形成的寬巷模糊度僅受多路徑效應、硬件延遲和觀測噪聲等的影響。當兩個頻率的相位觀測值出現等周周跳時，MW組合無法檢測到，所以又引進瞭GF組合來檢測。GF組合（分為偽距GF和相位GF）消除幾何距離、鐘差和對流層，隻受電離層和與頻率有關的誤差項的影響。偽距GF組合中隻剩下電離層和偽距GF噪聲；相位GF組合中，剩餘項除瞭電離層和相位GF噪聲外，還有 lambda_1N_1-lambda_2N_2 （註意，這一項並不是寬巷模糊度，他們還乘瞭各自的波長，它是以米為單位的）；因為偽距GF組合和相位GF組合間就差瞭一個 lambda_1N_1-lambda_2N_2 ，所以可以將此兩者相減，將其提取出來；但是，因為偽距的噪聲很大，所以首先要對偽距GF組合進行擬合來“消噪”；相位GF組合-“消噪”後的偽距GF組合= lambda_1N_1-lambda_2N_2 就可以被用作周跳檢驗量瞭，考慮到 lambda_1/lambda_2=60/77 （對於GPS而言，可參看這個），所以GF組合無法探測出特殊比例周跳（ 77/60 ）。MW組合無法探測出等周周跳，GF無法探測出特殊比例周跳，兩者進行組合便可完美解決此問題。TurboEdit的具體原理可參看。

Part.II INS 輔助周跳探測

Chap.I 慣導輔助 IF+WL 組合周跳探測

這種方法就是利用INS短時的高精度信息，結合精密星歷信息，消除模型中的衛地距離來進行周跳探測的。該方法中用到IF組合和WL組合，其原理大致如下：

• IF-INS：組建相位IF組合，消除電離層的影響；從INS短時高精度信息獲取接收機的坐標，從精密星歷信息中獲取衛星坐標，然後據此消除相位IF組合中的衛地距離，此時方程中僅剩下接收機鐘差，對流層，IF模糊度和噪聲(視碼硬件延遲由相應產品修正，相位硬件延遲由模糊度吸收)；認為短時間內對流層變化緩慢，對連續歷元觀測量做歷元間差分（此時方程中僅剩歷元間差分 接收機鐘差，模糊度，噪聲），選取合適的參考星做星間單差，以消除接收機鐘差，那麼此時方程中僅剩下模糊度和噪聲，就可作為周跳檢驗量。值得註意的是，若參考星發生瞭周跳，往往導致其他所有衛星逗發生周跳，此時需要更換參考星重新進行周跳探測。IF-INS無法探測出特殊比例周跳（ 60/77 ）
• WL-INS：與IF-INS類似，組建寬巷組合（筆者覺得文中的WL組合有問題），寬巷組合無法探測出等周周跳，與IF-INS互補。