论文总字数：19762字

目 录

1.引言 4

1.1、本文研究目的及意义 4

1.2、北斗卫星导航系统周跳探测方法国内外研究现状 5

1.3、本文主要研究内容及意义 6

2.周跳探测的基本理论 7

2.1、北斗卫星信号 7

2.2、载波相位测量原理及实际观测值 7

2.2.1、载波相位测量原理 7

2.2.2、载波相位测量的实际观测值与观测方程 8

2.3、周跳的产生与影响 9

2.4、周跳的检测量的构造 9

3.几种北斗周跳探测方法 9

3.1、电离层残差法 9

3.2、相位减伪距法 13

3.3、多项式拟合法 14

4.电离层残差法与相位减伪距法探测周跳对比分析 15

4.1、两种方法都未探测出周跳的情况 16

4.2、一种方法探测出周跳的情况 17

4.2、两种方法均探测出周跳的情况 20

5.结论 22

参考文献 22

致谢 24

北斗观测数据周跳检测方法对比分析

马旭

，China

Abstract：At present, the Beidou satellite navigation system is currently in the regional passive positioning stage, is expected to complete the global passive positioning in 2020. Autonomous navigation and positioning system for national defense has a very important significance, while the development of the Beidou also brought a huge market and economic benefits. So at this stage should continue to promote the Beidou navigation system technology and application development. In the satellite positioning and navigation system, the carrier phase measurement because of its high accuracy, so widely used. Cycle silps dectection is an important technical problem in the carrier phase measurement, so cycle silps dectection has an important role. In this paper, the ionospheric residual method and the phase reduction method are used to detect the Beidou observation data respectively, and the two methods are compared and analyzed according to the results.

Key words： Cycle slips dectection；BDS；Ionized layer remnant method of difference； Phase reduce false distance law

1.引言

1.1、本文研究目的及意义

北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）建设目前已经完成亚太区域内的建设，正在向全球拓展，根据预计计划北斗导航系统将在2018年率先覆盖“一带一路”国家，2020年覆盖全球。系统建设完成后将提供短报文通信、精密授时、定位以及导航服务。除此之外，北斗卫星导航系统目前已经在各个领域如：气象、道路交通、海运和水运、航空运输、应急救援等领域内发挥了巨大的作用。由于北斗卫星系统不仅在民用领域有着重大意义，在国防领域也有着极为重要的作用，因此大力发展和完善北斗导航系统的相关技术能够更加深入的发掘北斗导航系统的潜力，拓宽应用领域范围并增强其与其他卫星导航系统的竞争力。

高精度定位是卫星导航系统最主要的一个功能，目前卫星导航系统距离测量有两种一是伪距测量，而第二种就是载波相位测量，因为载波的波长较短所以载波相位测量能达到很高的精度。但是载波是一种没有任何标记的余弦波，然而接收机对载波相位进行测定的是不足一周的部分，因此在实际的观测中整周部分则会产生整周数不确定的问题。然而在整周计数部分受多种因素的影响会出现周跳，因此载波相位测量中很重要的一个步骤就是周跳探测和修复，从而得到“干净”的观测数据。

由上可知，周跳的探测问题只存在与载波相位测量中，通过对观测数据进行周跳探测和修复，这是观测数据处理的重要环节。关系到后续解算整周模糊度等要素的准确性和精度，而周跳的探测方法主要是采用一定的方法从载波相位观测值的时间序列中找出和分离这种系统性粗差。

周跳是一种普遍存在的系统粗差，它的产生无法避免，一般情况下，在一组观测数据中，周跳的出现往往不止一处。数据处理阶段一般大于10周的周跳较为容易发现，而小于10周的周跳则较难发现，然而周跳的探测与修复又是数据预处理阶段无法避免的环节，因此对周跳探测的方法进行研究，对北斗导航系统有着重要的意义。

目前，国内对于周跳的探测方法的主流主要是三频数据组合进行周跳的探测，而普通的单频、双频数据的周跳探测方法研究较少，而接收机受成本影响，三频接收机市面比重较低，市面上主要的仍然是单频、双频接收机，而北斗导航信号与GPS导航信号虽然相似但不相同，因此传统的GPS适合单、双频接收机周跳探测的方法，对北斗卫星导航系统的适用性需要实验加以验证。

因此，本文的意义主要是：首先，对周跳探测的方法以及原理有一个系统的认知，了解不同方法的优缺点。其次，使用不同方法对北斗导航系统的观测数据进行处理，并对不同方法进行对比，分析不同方法对北斗信号的适用性。

1.2、北斗卫星导航系统周跳探测方法国内外研究现状

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)两个系统之后第三个体系成熟的卫星导航系统。目前北斗导航系统发展到“北斗二号”，相比于它的前一代试验版本“北斗一号”目前的北斗导航系统在各方面都有了很大的提升，其中最大的不同之处除了定位的原理以外是“北斗一号”的位置计算是在地面控制中心进行计算的。因此地面控制中心在整个导航系统中起着至关重要的作用，一旦地面控制中心出现问题，将会导致整个系统崩溃。而“北斗二号”导航系统则在“北斗一号”的基础上，参考了GPS的定位方式对原有模式进行改进，改进后“北斗二号”的基本工作原理与GPS一致，即地面控制中心向卫星注入导航电文及参数，同时向。2012年12月27日，系统正式完成了亚太区域的覆盖，根据规划，到2020年北斗卫星将完成全球覆盖，达到全球无源定位。

正在运行的北斗导航系统组成有空间段、地面段、用户段三部分组成，其中空间段计划有35颗卫星组成，包括5颗分别定点位置为东经57.85°、80°、110.5°、140°、160°静止轨道卫星、27颗运行在三个轨道面上的中地球轨道卫星，卫星间轨道面相隔120°，以及3颗倾斜同步轨道卫星。北斗导航系统的地面段由主控站、注入站、监测站三部分组成。其中主控站主要用于系统的运行管理以及控制，而注入站主要将主控站发送的导航电文和差分信息注入卫星，对卫星进行控制和管理。监测站则是用于接收卫星的信号，并将接收数据发送到主控站，从而实现对卫星的监测。用户端即为用户所用的终端，即可以接收北斗卫星信号的接收机，用于接收卫星播发的信号，完成用户卫星应用解算。截止2016年6月12日北斗卫星导航系统两代共计发射了26颗卫星，仍在轨卫星22颗，20颗卫星正在使用。

北斗卫星导航系统虽然暂时没有达到全球无源定位的地步，但已经完成亚太区域的无源定位，因此国外对于北斗导航信号周跳的研究并不多，相比之下国内对于北斗导航信号的研究近年来有一定的成果，但由于北斗导航信号自开始提供服务的时候便播发的是B1、B2和B3这三个频段的信号，因此国内在北斗周跳探测方面多是采用三频观测值组合的方法来进行周跳探测，而单双频导航信号的周跳探测方法仍是使用GPS周跳探测的原理来对处理和解决北斗导航信号中的周跳问题。而卫星导航系统的周跳探测和修复是从二十世纪八十年代逐渐开始的，直到今天周跳探测和修复仍然是卫星导航系统中的一个核心问题。周跳探测方法自研究开始，提出了许多方法与理论，而今大多数方法基本上是在这些方法的基础上加以改进，国外周跳探测的方法发展如图一所示。

图1-1 周跳探测发展史简述图

正如图一所示，现在的周跳探测的方法主要还是高次差法、多项式拟合法、多普勒积分法、伪距相位组合法、电离层残差法、小波变换法和卡尔曼滤波法等方法，还有在这些方法上发展起来的其它诸多方法。然而方法间各有其局限性和自身特点。北斗导航系统虽然与GPS系统相似，但是仍有不同之处，如北斗卫星钟差大，伪距噪声大，因此GPS探测周跳的方法对于北斗导航信号的有效性需要大量的实践来探索。

1.3、本文主要研究内容及意义

（1）介绍北斗导航系统目前阶段的信号特征以及北斗导航卫星系统的基本观测量等。

（2）系统介绍相位减伪距法和电离层残差法这两种方法的原理，对北斗导航信号适用范围以及探测效果。

1. 将两种方法对相同数据处理结果进行对比分析。

2.周跳探测的基本理论

2.1、北斗卫星信号

北斗卫星播发的信号包括数据码或称D码，测距码（C/A码，P码）和B1、B2和B3三个频段的载波信号。数据码包含了多钟导航信息，例如：卫星星历、测距时间标志等相关信息，称为导航电文。

2.1.1、北斗卫星信号测距码

北斗卫星采用两种测距码：C/A码（粗码）和P码（精密测距码），两者都是属于伪随机码，是一种按照设计可以重复的产生以及复制，并具有随机统计特征的一种二进制序列。

其中北斗C/A码的速率为2.046Mbit/s, P码速率为10.23Mbit/s,北斗的C/A码的码长2046bit是GPS的C/A码长的两倍，码长的增加改善了相关性，但也增加了平均捕获时间。若假设两个序列的码元对齐的误差是码元宽度的1/10～1/100,则北斗C/A码测距精度为1.47～14.7m,而P码测距精度可以达到0.29～2.93m,因此称C/A码为粗码，P码为精码。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：19762字

相关图片展示：