有哪些習慣值得堅持LESS IS MORE,SIMPLER IS BETTER THAN MORE

? 今天小編給大家科普一下GPS信號處理相關的方法，主要是針對衛星空間大地測量相關的信號異常時常用的四種周跳探測方法。

周跳的基本概念

周跳，顧名思義就是一個整周跳變的問題，即載波相位信號傳播時由于外界原因導致的信號中斷或者整周突變。GPS高精度數據處理時，接收機所獲取的載波相位是估計參數的主要觀測量。一般情況下，GPS接收機在進行載波相位測量時，首先對衛星信號進行鎖定，其次直接對衛星所發送的載波與接收機所產生的復制信號間差值不足一周的部分進行測量。與此同時，接收機將一個整數計數器初始化，對信號進行跟蹤，若小數相位從2π變化到0，則該計數器就增加1。若假設某一歷元載波相位觀測值為φ(單位為：周)實際值為該時刻測定的不足一周的相位ψ(單位：周)與整周計數器之和。

常見的GPS周跳探測方法與原理科普1

高次差法

由于GPS衛星的徑向速度最大可達0.9km/s左右，因而整周計數每秒鐘可變化數千周。如果每15s輸出一個觀測值，相鄰觀測值間差值可達數萬周，即使觀測值中含有幾十周的跳變也不易發現。如果在相鄰的每個觀測值間依次求差而求得一次差，它們的變化就會小很多。一次差實際上就是相鄰兩個觀測歷元衛星至接收機的距離之差，也等于這兩個歷元間的衛星徑向速度dρ/dt的平均值與采樣間隔的乘積，而徑向速度dρ/dt的變化要平緩的多。同樣，在兩個相鄰的一次差間繼續求差就可以求得二次差。二次差為衛星的徑向加速度的平均值與采樣間隔之乘積，變化更加平緩。采用同樣的方法求四次差時，其值已趨于零，其殘余誤差已經呈偶然誤差特性。因為對于GPS衛星而言，一般已趨于零。殘留的四次差主要是由接收機的鐘誤差等因素引起的。雙差觀測值可以較為完善地消除接收機鐘差、衛星鐘差、電離層延遲、對流層延遲等各種誤差的影響，周跳的探測及修復、整周模糊度的確定都較為容易，因而被廣泛采用。

2多項式擬合法

用最小二乘法求得式中的多項式系數和擬合后的殘差計算出中誤差。用求得的多項式系數來外推下一歷元的載波相位觀測值并與實際觀測值進行比較，當兩者之差小于3σ時，認為該觀測值無周跳。去掉最早的一個觀測值，加入上述無周跳的實際觀測值后，繼續上述多項式擬合過程。當外推值與實際觀測值之差大于等于3σ時，認為實際觀測值存在周跳。此時應采用外推的整周計數去取代有周跳的實際觀測值中的整周計數，但不足一周的部分Fr(ψ)仍采用實際觀測值。然后繼續上述過程，直到最后一個觀測值為止。

由于衛地距對時間的四階導數或五階導數一般已經趨近于零，無法再用多項式來擬合。因此多項式擬合中的階數n一般取3至4階即可。上述所說的載波相位觀測值既可以是真正的非差相位觀測值，也可以是經線性組合后形成的虛擬觀測值：單差觀測值和雙差觀測值。

3電離層殘差組合

? 載波相位觀測值中其數值與歷元間電離層的變化以及其自身包含的觀測值噪聲變化規律有關。通常情況下，相鄰歷元的載波相位觀測值的電離層殘差值應該非常小，當出現任何異常變化時，都可以表明在一個或者兩個頻率的載波相位發生了周跳。

電離層殘差法的優缺點：

優點：

(1)?載波相位組合觀測值根據其組合特點不受衛星空間幾何位置、接收機幾何位置的影響，相比其他周跳探測方法，本方法更加適合于動態的周跳探測。

(2) 載波相位組合觀測值不受衛星鐘差、接收機鐘差的影響。

(3) 載波相位組合觀測值根據其組合特點利用載波相位組合，不受不其他誤差項的影響，相比其他方法精度較高，并且大周跳、小周跳都可以準確的探測出來。

(4) 當電離層殘差較小時，該方法還可以便于和其他組合觀測值進一步組合探測周跳，以便于將大小周跳都探測出來。

缺點：

(1) 當相鄰歷元間電離層折射不穩定或者出現較大的偏差時，組合觀測值的差值將無法準確確定出周跳值，因此利用本方法探測低軌衛星的載波相位觀測值時，由于低軌衛星運動速度較快，即便電離層較穩定，但是電離層殘差值仍然會很大，本方法就會失去其探測作用。

(2) 當兩個頻率的觀測值進行組合得到新的組合觀測值時，假如各自頻率上發生了特殊的周跳，也可以得出較小的電離層殘差值，因此，當電離層差值發生大波動時可以表明已經發生了周跳，但是，當電離層殘差值較小時不能夠完全證明和保證不存在周跳。上述情況通常發生在出現數周的大周跳時，由此，可以結合其他方法一起探測周跳，以便保證探測結果的準確性。

4用雙頻P碼偽距觀測值探測周跳衛星信號具有雙頻載波相位和雙頻偽距觀測值時，可利用雙頻碼組合的Melbourne-Wübbena方法探測周跳。即M-W組合法，利用組合的寬巷模糊度依次做差，根據其變化規律和突變現象，如果變化較大，則發生周跳，如果變化較小，則認為無周跳發生。

雙頻碼組合法的優缺點：

優點：

? (1) 雙頻碼組合的觀測值通常情況下會削弱衛星空間幾何位置、接收機幾何位置的影響，并且不受電離層折射、衛星鐘差、接收機鐘差的影響，故其可以用于動態的周跳探測。

(2) 雙頻碼組合法利用原載波相位和偽距觀測值進行組合，所以其計算結果是非差觀測值，便于后續原載波數據的修復。

(3) 利用寬巷組合的載波相位觀測值可以有效的探測出小周跳。

缺點：

(1) 雙頻碼組合觀測值中利用了偽距觀測值，而偽距觀測值本身含有的測量噪聲較大，所以在探測周跳時必須針對寬巷組合觀測值。

(2) 因為雙頻碼的組合，當探測出周跳時，本方法無法獨立地區分出發生周跳的位置，所以利用本方法探測出周跳并且進行修復時，需要其他方法進行輔助和組合。

總結

? 小編根據思凡師弟提供的文字資料，對其進行了簡化，將原文中較多的公式和符號變成了通俗易懂的文字。GPS本身的理論和方法大多比較抽象，本人碩士期間主要研究衛星信號處理相關的理論，這篇文章總體上屬于比較難的科普類文章，感興趣的同學們可以關注一下閑談測繪公眾號，小編后期會將上述四個方法以及GPS和BDS相關的信號處理類理論已經做成的MATLAB程序跟大家一起分享、學習和交流。

? 有興趣的童靴們可以關注微信公眾號：閑談測繪。小編會每天給大家普及和介紹一些小知識、小程序和小軟件。

END

排版 | Kalman Liu

文字 | 思凡

圖片?| 來源于網絡

致謝?| 感謝思凡師弟的大力支持，提供了文字素材

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的gps卫星位置计算程序matlab_卫星空间大地测量中GPS周跳探测的四种方法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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