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周跳探测与修复

摘要：在GPS数据处理过程中，周跳的存在会使观测值中出现一个偏差，这会使观测值失真，从而不能准确解算整周模糊度，因而，周跳探测与修复是GPS载波相位高精度定位必须要解决的问题之一。本文简单介绍周跳的概念、一些常用的周跳探测方法，并探讨了周跳对定位的影响。

关键词：数据处理，周跳，探测修复

1周跳的概念

完整的载波相位观测值可表示为：

式中，

为初始整周模糊度：

为整周记数：

为不足一周的小数部分。

由于某些原因，历元0至i之间的整周记数发生中断，这样，恢复之后的整周记数发生错误，而小数部分正确，这就是周跳现象。周跳的大小可由1周到几万周不等。

2?引起周跳的原因

引起周跳的原因主要有以下四个方面(BerneseDocument,2001):

（1）由于树木、建筑等对卫星信号的遮挡;

（2）由于电离层条件、多路径效应、接收机的高动态和卫星的低高度角等产生的低信噪比;

（3）接收机处理软件的问题;

（4）卫星振荡器出现故障。

3周跳对定位的影响

周跳的发生是个随机事件，因此周跳的探测的算法必须是计算量少、及时的算法。周跳的探测与修复的过程是必须进行的，因为它干扰了相位观测数据，会导致定位数据处理结果中存在偏差，在跳周数被确定和通过检验后，最后的修复是很容易用数学加减法实现的。

图3.1显示周跳在相位观测中存在的情况。

图1.1载波相位中存在的周跳

对于L1载波，一周的周跳可以造成约20cm的测距误差，根据查佩利的统计，观测值中存在一个周跳对经度、纬度、高程的影响可达分米级，因此，在GPS载波相位定位数据处理中应对周跳进行合理的处理。通常对所探测出的周跳有周跳修复或添加新模糊度参数两种处理方法。添加新模糊度参数法由于使观测方程中相位模糊度参数增加，将增大模糊度确定的难度。周跳直接修复由于既要正确确定发生周跳的历元，还要正确确定周跳的大小，任何不正确的修复都对定位结过造成严重影响，危险性较大，因此系统研究周跳探测算法是极为必要的。

4周跳的探测与修复

周跳的探测一直是GPS相位观测数据预处理中比较棘手的问题。如果周跳未能被准确探测到或未得到有效修复，势必影响到模糊度的确定以及GPS定位精度。因此，为了提高定位、定轨或导航的精度，必须对GPS数据进行预处理。周跳的探测与修复接收机在进行载波相位测量时，首先要对卫星信号进行锁定，然后会计算卫星所发送的载波相位与接收机产生的复制相位之间的差值，并在此过程中会初始化整周计数器，在接收机跟踪卫星的过程中，当相位从

变化到零时，整周计数器会自动累积计数。因此，在任何一个历元，观测相位值包含不足一周的小数部分和整周部分。接收机和卫星间的整周模糊度是未知的，在没有周跳发生的情况下，这个值会一直不变，如果接收机在跟踪过程中发生了周跳，整周计数器会重新初始化，这将会在累积的相位中产生一个整周相位跳跃，这就是周跳。

GAMIT,GIPSY等科研软件在数据预处理阶段都有各自的周跳探测与修复模块，而商用随机软件中的周跳探测通常是采用屏幕扫描法，禁用某些区段的观测值，探测效果不佳，这是是影响商用软件数据处理精度的因素之一。因此，开发一套能够便捷、自主地实现相位观测值的周跳探测与修复，能够将周跳修复后观测值直接用于后继的数据处理中，将会对商用随机软件数据处理精度的提高有重要的意义。

周跳的处理通常按如下的连续的四步进行:(1)周跳探测。检测到各载波相位观测值中周跳的发生。(2)周跳的确定。定量地确定周跳的周数。(3)周跳周数的检验。检验确定的跳周数是否正确。(4)周跳的修复。在载波相位观测值中修复周跳。

4.1周跳探测与修复的常用方法

周跳的探测与修复，一般都首先初步探测一些明显的周跳并修复，然后利用o-c(ObservationMinusComputation)探测一些较小的周跳，并在确认周跳的情况下进行修复，不能确认的周跳，就作为待估参数最后解参数。目前，周跳探测和修复的常用方法主要有以下几种。

(1)差分法:将非差载波相位时问序列或残差组成一阶、二阶甚至高阶差分，凡在差分中出现剧烈跳变者，表明该处数据含有周跳。组成阶数越高，周跳的放大倍数越明显，但同时噪声也被放大

（2）宽带(WL}和伪距组合法:如载波L1和L2上都存在并记录伪距观测值，可以利用宽带和伪距组合确定周跳，只有当得到的伪距都是尸码伪距时，这种方法才比较有效。

（3）电离层组合法:将双频的相位或伪距观测值组合成电离层相位LG，然后监测电离层相位LG的连续性，有跳变的地方认为有周跳。

（4）多项式拟合法:将观测数据分成若干段，采用低阶多项式按时问序列进行拟合，这种方法取决于拟合标准差的大小，一般只能发现较大的(一般大于5周)周跳。??

（5）动态模型法:其基本思想是先采用滤波技术预报出观测值，将预报的观测值同