一种载波相位产生半周跳时整周模糊度固定的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及 GNSS (Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统） 的载波相位差分相对定位方法，更具体地，涉及一种载波相位产生半周跳时整周模糊度固 定的方法。
【背景技术】
[0002] 卫星导航接收机中载波相位可分为整数部分、小数部分和电文正负补偿：
[0004] 其中Φ表示载波相位，fk表示载波相位的整周计数，fito:表示载波相位小数部 分，魏#表示载波相位通过所解算电文的正负进行的补偿量。
[0005] 引入电文正负补偿量是由于卫星导航信号使用直接序列扩频技术将电文和伪码 调制在载波上。数据位翻转会使载波相位跳变η，为了消除数据调制对载波的影响，接收 机一般使用科斯塔斯环跟踪载波相位，科斯塔斯环对数据调制而引起的载波相位跳变不敏 感，但跟踪的载波相位可能锁定在正确的相位上，也可能锁定在相差的相位上。接收机 通过对电文中帧头的正反来判断电文的正负，若电文反向，则需要在计算所跟踪载波相位 时补偿π，即在电文反向时取值为31，正常时为〇。
[0006] 正常情况下，接收机稳定跟踪导航信号，一般不会出现周跳和半周跳。对于遮挡等 原因导致的信号完全失锁，接收机会给出失锁标志，需要对该卫星重新进行捕获、跟踪、位 同步和帧同步。此时会导致载波环输出的整周计数爲*发生周跳，死#由于重新帧同步，而不 会出现错误。但是对于干扰等原因导致接收机瞬间失锁，失锁时间较短时载波环可以重新 锁定，但可能锁定在和原来相位相差的位置，由于没有失锁标志，不会及时更新，此 时就会产生半周跳。
[0007] 卫星导航载波相位差分定位的关键步骤是确定载波相位的整周模糊度，现有算法 都是基于整周模糊度是整数这一特性。然而接收机会发生半周跳，如在电离层闪烁环境下、 某些低成本接收机中等。以往的卫星导航高精度定位一般都是在视野开阔、电磁环境稳定 的环境下进行，此时载波相位的半周跳出现的概率不大，所以至今对半周跳相关的研究也 较少。然而现今电磁环境日渐复杂，如在北斗RNSS(Radio Navigation Service System) 高精度和RDSS(Radio Determination Service System)联合使用时，会出现产生半周跳而 无法固定模糊度的情况。
[0008] 现有的周跳探测与修复算法中有可以处理小至半周的算法，但都是基于载波相位 观测值精度较高时的仿真结果。产生半周跳前载波相位跟踪精度一般会急剧变差，此时进 行周跳探测与修复效果不好。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本发明的目的是为了解决产生半周跳时载波相位整周模糊度无法固定 的问题，提出了一种载波相位半周跳处理方法。
[0010] 实现本发明的方案如下：
[0011] 一种载波相位半周跳处理方法，包括：
[0012] 步骤101 :将载波相位三差观测值进行常规探测，修复其对应的双差观测值；同时 分离出载波相位三差观测值的小数部分，将所分离出的三差观测值小数作为半周跳探测 量，并将所述半周跳探测量与设定的门限K进行比较，当超过门限时，进入步骤102,否则直 接进入步骤104 ;
[0013] 步骤102 :将三差观测值对应的双差值乘2,获得虚拟半波长双差观测量，将所述 双差观测值替换为虚拟半波长双差观测量；
[0014] 步骤103 :调整卡尔曼滤波器先验过程噪声协方差阵；
[0015] 步骤104 :根据所述三差观测值所对应的双差观测值，采用自适应卡尔曼滤波估 计整周模糊度浮点解和整周模糊度协方差阵；根据所述整周模糊度浮点解和整周模糊度协 方差阵，利用MLAMBDA算法固定整周模糊度。
[0016] 进一步的，本发明所述步骤101中，将载波相位三差观测值进行常规探测的方法 为高次差法、多项式拟合法或卡尔曼滤波法。
[0017] 进一步地，本发明所述步骤103中调整整周模糊度协方差阵为：将步骤101中超过 门限K的三差观测量所对应的整周模糊度过程噪声值调整为初始值。
[0018] 进一步的，本发明所述步骤104中，对所述自适应卡尔曼滤波器引入遗忘因子。
[0019] 本发明载波相位半周跳处理方法的优点：在使用常规方法探测三差观测量的同 时，分离出三差观测量的小数部分，兼顾修复与观测量质量控制；提出虚拟半波长观测量方 案，解决半周误差；使用卡尔曼滤波估计整周模糊度浮点解，基于之前正确的模糊度和基线 先验知识，使产生未修复小周跳的整周模糊度迅速收敛。
【附图说明】
[0020] 图1为载波相位产生半周跳时整周模糊度固定的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明 的实施例进行详细说明。图1为载波相位产生半周跳时整周模糊度固定的方法的流程图。 本发明的载波相位半周跳处理方法实现步骤如下：
[0022] 步骤101 :将载波相位三差观测值进行常规探测，修复所对应的双差观测值。同 时分离出载波相位三差观测值的小数部分，将所分离出的三差观测值小数作为半周跳探测 量，并将所述半周跳探测量与设定的门限K进行比较，当超过门限时，进入步骤102,否则直 接进入步骤104。
[0023] 载波相位差分定位中三差观测值是对接收机、卫星、历元间各做一次差分。三差观 测值消除了大部分时空相关的误差，可较好的发现跟踪误差和周跳。按照常规方法对三差 观测量进行探测，并修复所对应的双差观测量，常规方法包括高次差法、多项式拟合法、卡 尔曼滤波法等。然后分离出三差观测量的小数部分。假设正常跟踪时载波相位观测噪声为 0.0 l周，根据误差传播定律，载波相位三差后观测噪声会放大到约为0. 03周。取误差的3 倍，得其限差约为〇. 09周。以0. 09周作为探测门限K，若超出门限K则认为观测质量较差， 可能发生半周跳，需做后续处理，进入步骤102,若未超出门限，则进入步骤104。对于动态 定位可将三差值历元间再差分进行探测，以减小动态影响。
[0024] 步骤102 :将三差观测值对应的双差值乘2,获得虚拟半波长双差观测量，将所述 双差观测值替换为虚拟半波长双差观测量；
[0025] 传统的整周模糊度固定算法都是基于整周模糊度是整数这一特性，若观测量中包 含有半周模糊度，则会破坏整周模糊度的整数特性。本发明提出一种虚拟半波长的抗半周 跳处理方法，解决半周跳对整周模糊度固定的影响。
[0026] 忽略噪声后的双差载波相位观测量可表示为：
[0028] 其中Φ表示载波相位，
为双差算子，r为卫 星与接收机之间的几何距离，N为整周模糊度，λ为载波波长，A, B为接收机编号，i、j为卫 星编号，t为历元编号。
[0029] 若发生半周跳，即
[0031] 下标int和half分别表示模糊度的整数和半周部分，
虽然不影响模 糊度浮点解的解算，但是会影响整周模糊度的固定。
[0032] 将式（3)，左