一种实现周跳处理的方法、装置、计算机存储介质及终端与流程

1.本文涉及但不限于卫星通信技术，尤指一种实现周跳处理的方法、装置、计算机存储介质及终端。


背景技术：

2.目前，已有多个卫星导航系统可以为用户提供定位服务，分别是卫星导航定位系统(gnss)、美国的全球定位系统(gps)、俄罗斯的格洛纳斯(glonass)、中国的北斗、欧盟的伽利略(galileo)以及日本的准天顶卫星系统(qzss)等。多种卫星导航系统联合定位大大提高了卫星导航定位的可用性、可靠性和精度。因而，卫星导航定位已被广泛应用于众多领域，包括车载导航、测量测绘、精细农业、智能机器人、无人机和无人驾驶等。虽然各卫星导航系统的轨道钟差精度在不断改善，可用卫星越来越多，但是在无外界精密数据支持下的单点定位(spp，standard point positioning)精度始终无法达到优于一米的精度。主要是因为卫星轨道、钟差、电离层和对流层等误差的综合影响仍然超过米级。这种定位精度无法满足测量测绘、精细农业和无人驾驶等需要厘米级、分米级、亚米级精度的应用。为了消弱这些误差的影响，接收机可以接收精密数据以及采用精度更高的观测值来提高精度。
3.在卫星导航定位的各种应用中，只要用到接收机的载波观测值，周跳(cycle slips，观测过程中因为遮挡或者干扰会导致信号失锁，重捕回来的载波观测值包含的模糊度会产生跳变)就是一个必须关注的问题。常用的周跳探测与修复方法有turboedit(布莱维特(blewitt)提出的周跳探测与修复方法)方法、多普勒积分方法和伪距相位组合方法等。
4.turboedit方法利用melbourne-w
ü
bbena(mw)组合与无几何距离组合(gf，geometry-free)相结合的周跳探测与修复，其前提是必须有双频或多频观测值；其中，mw组合利用双频伪距和载波观测值组合成一种无电离层且无几何距离的观测值，mw组合包括双频载波模糊度、双频伪距多径和噪声；无几何距离(gf)组合通过双频载波观测值相减，剩下电离层和双频载波模糊度，因而也叫电离层残差载波相位组合。两种组合中也包含载波的噪声和多径，但他们比伪距的噪声和多径小两个数量级，也远远小于载波波长，因而可以忽略。mw组合虽然消除了电离层，但引入了双频伪距噪声和多径，在周跳发生的场景下，如遮挡或者干扰环境中，伪距的噪声和多径往往超过米级，超过mw组合中的宽巷模糊度的波长，因而mw的探测效果并不理想。gf组合值用了载波观测值，但是该组合存在探测盲点，即不敏感周跳，如两个频点各自的周跳数和其波长的积比较接近时，gf组合是无法探测出周跳的。turboedit修复周跳是从第一个开始探测的历元开始进行多项式拟合。随观测时间增加，拟合的长度变长，拟合结果也会存在较大的误差，因而周跳修复的效果也不理想。而且turboedit探测需要同一颗卫星至少两个频点的有效观测值，当某颗卫星某个时刻只有一个载波观测值，周跳将无法探测，也无法修复。
5.多普勒积分方法，接收机的多普勒(doppler)观测值是接收机跟踪卫星和接收机之间的多普勒频移得到的一种观测值，可用于接收机速度估计，不同于伪距和载波观测值
提供卫星和接收机之间距离信息。载波观测值又是多普勒观测值的积分。正是因为载波观测值和多普勒观测值之间的积分关系，多普勒积分也可以用来探测和修复载波的周跳。多普勒积分法周跳探测不需要伪距观测值，也不需要多频组合，每个频点独立检测和修复周跳。但是多普勒观测值自身噪声比较大，达到分米/秒。当观测值输出频率不高时，探测和修复效果不佳，尤其不适用于小周跳探测。多普勒积分方法主要用于没有多频观测值的情况下，用于探测大周跳。
6.伪距相位组合方法是近些年研究人员利用卫星三频观测值推导出来的周跳探测与修复方法(李金龙等，2011)。伪距相位组合利用三频伪距和载波观测值，组成三个线性无关的伪距相位组合观测量，可以探测出周跳仅有1周的小周跳，而且不存在turboedit方法中的不敏感周跳组合问题。但伪距相位组合方法周跳修复成功率验证依赖于三频观测值以及伪距的噪声。根据李金龙等的研究，即使在伪距噪声标准差仅为0.3m的情况下，双频相位组合观测量(1，-1)的周跳估值标准差也达到了0.49周，由其周跳估值通过直接取整获取正确周跳值的成功率小于68.3％，而三频组合成功率可达到98.4％。在没有三频观测值或伪距噪声较大的情况，其周跳修复成功率都会降低。实际应用中，当周跳发生时，观测条件一般比较恶劣，伪距噪声会比较大，某些频率可能会失锁，因而不一定具备三频观测值。有些接收机，如早期的跟踪站接收机只提供双频观测值。某些卫星系统也不具备三频导航信号，如有1/3的gps卫星并没有发射三频信号，glonass目前提供导航服务的卫星也没有三频信号。
7.采用多普勒积分方法进行周跳探测和修复，需要用到噪声和多径误差较大的伪距或者多普勒观测值，正常情况下伪距观测值的噪声在0.3米～3米之间，多普勒噪声在分米/秒左右。周跳一般在卫星观测条件较差的情况下发生，如信号干扰、卫星高度角较低时的多径影响等，这时候伪距和多普勒观测值的误差会增大数倍甚至数十倍；因而周跳探测和修复的成功率会大大降低。而伪距相位组合方法和turboedit方法需要双频甚至三频观测值，这不是所有卫星任何时刻都具备的，因此伪距相位组合方法和turboedit方法，无法适用所有场景。


技术实现要素：

8.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
9.本发明实施例提供一种实现周跳处理的方法、装置、计算机存储介质及终端，能够适用任意卫星观测条件场景，在无需双频或三频观测值的情况下，提升了周跳探测和修复的成功率。
10.本发明实施例提供了一种实现周跳处理的方法，包括：
11.根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度，确定全球卫星导航系统gnss是否发生周跳；
12.确定gnss发生周跳时，根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度确定发生周跳的卫星；
13.通过预设算法确定周跳的跳变整周数；
14.根据确定的跳变整周数，对发生周跳的卫星进行周跳修复；
15.其中，所述第一卫星包括：所述gnss中观测值频点数最多的卫星；所述第二卫星为所述gnss中除所述第一卫星以外的其他卫星。
16.另一方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实现周跳处理的方法。
17.再一方面，本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，所述存储器中保存有计算机程序；其中，
18.处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
19.所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述实现周跳处理的方法。
20.还一方面，本发明实施例还提供一种实现周跳处理的装置，包括：
21.检测单元、第一确定单元、第二确定单元和修复单元；其中，
22.检测单元设置为：根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度，确定全球卫星导航系统gnss是否发生周跳；
23.第一确定单元设置为：确定gnss发生周跳时，根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度确定发生周跳的卫星；
24.第二确定单元设置为：通过预设算法确定周跳的跳变整周数；
25.修复单元设置为：根据确定的跳变整周数，对发生周跳的卫星进行周跳修复；
26.其中，所述第一卫星包括：所述gnss中观测值频点数最多的卫星；所述第二卫星为所述gnss中除所述第一卫星以外的其他卫星。
27.本技术技术方案包括：根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度，确定全球卫星导航系统(gnss)是否发生周跳；确定gnss发生周跳时，根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度确定发生周跳的卫星；通过预设算法确定周跳的跳变整周数；根据确定的跳变整周数，对发生周跳的卫星进行周跳修复；其中，所述第一卫星为所述gnss中观测值频点数最多的卫星；所述第二卫星包括所述gnss中除所述第一卫星以外的剩余卫星。本发明实施例可以适用任意卫星观测条件场景，在无需双频或三频观测值的情况下，通过双差模糊度实现了周跳检测，并通过双差模糊度确定了发生周跳的卫星，提升了周跳探测和修复的成功率。
28.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
29.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
30.图1为本发明实施例实现周跳处理的方法的流程图；
31.图2为本发明实施例实现周跳处理的装置的结构框图。
具体实施方式
32.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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中
的特征可以相互任意组合。
33.在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
34.图1为本发明实施例实现周跳处理的方法的流程图，如图1所示，包括：
35.步骤101、根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度，确定全球卫星导航系统(gnss)是否发生周跳；
36.步骤102、确定gnss发生周跳时，根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度确定发生周跳的卫星；
37.步骤103、通过预设算法确定周跳的跳变整周数；
38.步骤104、根据确定的跳变整周数，对发生周跳的卫星进行周跳修复；
39.其中，第一卫星为gnss中观测值频点数最多的卫星；第二卫星包括gnss中除第一卫星以外的剩余卫星。
40.在一种示例性实例中，本发明实施例gnss中观测值频点数最多的卫星包含多个时，可以按照预设策略选择其中之一作为第一卫星，例如，从gnss中观测值频点数最多的两个以上卫星中，选择高度角最高的卫星作为第一卫星；
41.本发明实施例可以适用任意卫星观测条件场景，在无需双频或三频观测值的情况下，通过双差模糊度实现了周跳检测，并通过双差模糊度确定了发生周跳的卫星，提升了周跳探测和修复的成功率。
42.在一种示例性实例中，本发明实施例可以由跟踪站接收机执行上述步骤101～步骤104的处理。
43.在一种示例性实例中，本发明实施例确定gnss是否发生周跳，包括：
44.计算第一卫星在预设频点的单差载波观测值；
45.分别计算每一个第二卫星在预设频点的单差载波观测值；
46.根据计算而得第一卫星的单差载波观测值和各第二卫星的单差载波观测值，确定第一卫星和每一个第二卫星在预设频点历元间的双差模糊度；
47.双差模糊度大于预设阈值时，确定gnss发生周跳；
48.双差模糊度小于或等于预设阈值时，确定gnss未发生周跳。在一种示例性实例中，本发明实施例中的单差载波观测值可以现有计算公式计算。
49.在一种示例性实例中，本发明实施例预设阈值可以由本领域技术人员根据经验设定，例如，可以设置预设阈值等于0.5。
50.在一种示例性实例中，本发明实施例根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度确定发生周跳的卫星，包括：
51.所有双差模糊度均相等时，确定第一卫星发生周跳；
52.双差模糊度不完全相等时，确定双差模糊度大于预设阈值时的第二卫星发生周跳。
53.在一种示例性实例中，本发明实施例基于同一频点的双差模糊度进行发生周跳的卫星的确定。
54.在一种示例性实例中，本发明实施例第一卫星和第二卫星在预设频点历元间的双
差模糊度大于预设阈值时，确定gnss发生周跳，gnss发生周跳包含第一卫星发生周跳或第二卫星发生周跳两种情况；本发明实施例当同一频点所有双差模糊度均相等时，确定第一卫星发生周跳；同一频点双差模糊度不完全相等时，对于双差模糊度大于预设阈值的情况，确定发生周跳的卫星为第二卫星。双差模糊度小于或等于预设阈值的第一卫星和第二卫星，不发生周跳。
55.在一种示例性实例中，本发明实施例通过预设算法确定周跳的跳变整周数，包括：
56.通过lambda(least-squares ambiguity decorrelation adjustment，本领域技术人员公知的模糊度搜索算法)模糊度搜索算法确定跳变整周数。
57.需要说明的是，lambda模糊度搜索算法为相关技术中已有算法，在此不做赘述。
58.在一种示例性实例中，本发明实施例对发生周跳的卫星进行周跳修复，包括：
59.将跳变整周数加到确定的发生周跳的卫星的载波上。
60.本发明实施例将跳变整周数加到确定的发生周跳的卫星的载波上，包括：所有双差模糊度均相等时，将跳变整周数加到第一卫星的载波上；双差模糊度不完全相等时，将跳变整周数加到第二卫星的载波上。
61.本发明实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实现周跳处理的方法。
62.本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，存储器中保存有计算机程序；其中，
63.处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
64.计算机程序被处理器执行时实现如上述实现周跳处理的方法。
65.图2为本发明实施例实现周跳处理的装置的结构框图，如图2所示，包括：检测单元、第一确定单元、第二确定单元和修复单元；其中，
66.检测单元设置为：根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度，确定全球卫星导航系统(gnss)是否发生周跳；
67.第一确定单元设置为：确定gnss发生周跳时，根据第一卫星和每一个第二卫星的双差模糊度确定发生周跳的卫星；
68.第二确定单元设置为：通过预设算法确定周跳的跳变整周数；
69.修复单元设置为：根据确定的跳变整周数，对发生周跳的卫星进行周跳修复；
70.其中，第一卫星为gnss中观测值频点数最多的卫星；第二卫星包括gnss中除第一卫星以外的剩余卫星。
71.本发明实施例可以适用任意卫星观测条件场景，在无需双频或三频观测值的情况下，通过双差模糊度实现了周跳检测，并通过双差模糊度确定了发生周跳的卫星，提升了周跳探测和修复的成功率。
72.在一种示例性实例中，本发明实施例检测单元是设置为：
73.计算第一卫星在预设频点的单差载波观测值；
74.分别计算每一个第二卫星在预设频点的单差载波观测值；
75.根据计算而得第一卫星的单差载波观测值和各第二卫星的单差载波观测值，确定第一卫星和每一个第二卫星在预设频点历元间的双差模糊度；
76.双差模糊度大于预设阈值时，确定gnss发生周跳；
77.双差模糊度小于或等于预设阈值时，确定gnss未发生周跳。
78.在一种示例性实例中，本发明实施例第一确定单元是设置为：
79.所有双差模糊度均相等时，确定第一卫星发生周跳；
80.双差模糊度不完全相等时，确定双差模糊度大于预设阈值时的第二卫星发生周跳。
81.在一种示例性实例中，本发明实施例第二确定单元是设置为：
82.通过lambda模糊度搜索算法确定跳变整周数。
83.在一种示例性实例中，本发明实施例修复单元是设置为：
84.将跳变整周数加到确定的发生周跳的卫星的载波上。
85.本发明实施例将跳变整周数加到确定的发生周跳的卫星的载波上，包括：所有双差模糊度均相等时，将跳变整周数加到第一卫星的载波上；双差模糊度不完全相等时，将跳变整周数加到第二卫星的载波上。
86.以下通过应用示例对本发明实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本发明实施例，并不用于限定本发明实施例的保护范围。
87.应用示例
88.本应用示例跟踪站接收机，可以跟踪gps、glonass、bds、galileo和qzss等卫星系统中的一个、多个或全部卫星系统信号，观测值可以是单频、双频或多频。跟踪站接收机也可以从导航电文中可解码出各卫星的广播星历，以及当前的电离层参数。在任一时刻，如历元m，跟踪站接收机跟踪到一颗卫星的某一频点(预设频点)的载波观测值，该载波观测值的观测方程为：
[0089][0090]
在下一个历元m 1，跟踪站接收机跟踪到该载波观测值对应的观测方程为：
[0091][0092]
上述公式(1)和(2)中，k表示频点标识，取值可以是1、2和3；表示历元m卫星i频点k的载波观测值；表示历元m 1卫星i频点k的载波观测值；表示历元m跟踪站接收机和卫星i之间的几何距离；表示历元m 1跟踪站接收机和卫星i之间的几何距离；c表示真空中的光速；dt
r,m
表示历元m跟踪站接收机的接收机钟差；dt
r,m 1
表示历元m 1跟踪站接收机的接收机钟差；表示历元m卫星i的钟差；表示历元m 1卫星i的钟差；表示历元m卫星i的轨道误差；表示历元m 1卫星i的轨道误差；表示历元m卫星i的对流层误差；表示历元m 1卫星i的对流层误差；表示历元m卫星i第一频点(第一频点为本领域技术人员公知的卫星导航系统中的l1频点，对应的频率一般为f1，第一频点为f1对应的频点)的电离层误差；表示历元m 1卫星i第一频
点的电离层误差；表示第一频点的频率平方；表示第k频点的频率平方；λk表示频点k的载波波长；表示历元m卫星i频点k的整周模糊度；表示历元m 1卫星i频点k的整周模糊度；表示历元m卫星i频点k载波观测值的噪声；表示历元m 1卫星i频点k载波观测值的噪声。
[0093]
在历元m和m 1载波观测值之间求差，得到卫星i频点k前后历元间单差载波观测值的观测方程：
[0094][0095]
其中，公式中的δ为单差载波观测值的运算符，因为卫星轨道和钟差误差在短时间内变化很小，两个历元间时间间隔一般为1秒甚至更短，卫星轨道和钟差误差的变化不会超过1毫米，因而单差可以忽略。为两个历元载波观测值之差，为已知量。δρi是两个历元间接收机和卫星i之间的几何距离之差，因为接收机位置已知，卫星坐标可以通过星历计算得知，因而δρi可以准确计算得出。δtropi是两个历元间对流层误差变化量，可以通过对流层模型计算得出，δionoi是两个历元间电离层误差变化量，可以通过电离层模型计算得出。载波频率f1，fk以及载波波长λk都是已知量。单差载波观测值噪声很小，只有毫米级，可以忽略。是两历元间载波模糊度的变化量，如果没有周跳发生，δdtr为两个历元间接收机钟差的变化量，是个未知量，而且接收机钟差的变化没有规律，两个历元间的变化量可能比较大。忽略载波观测值噪声，公式(3)可以转换为：
[0096][0097]
如果需要知道两个历元间是否有周跳，就需要知道等式右边部分是否接近于0。需要确定δdtr，或者消掉δdtr。对于其它卫星，如卫星j频点k的载波观测值，本应用示例同样可以再在两个历元间求差，并得出下列观测方程：
[0098][0099]
因为接收机钟差变化量对于同一频点的两个载波观测值的影响相等，可以把卫星i作为参考星，其它所有卫星频点k的单差载波观测值(前后历元间求差)同卫星i的单差载波观测求差。如在(4)和(5)之间求差，可以消除δdtr，得到下列观测方程：
[0100][0101]
从而可以计算卫星i和j频点k历元间模糊度变化之差：
[0102][0103]
公式(7)等号右边所有变量都是精确到毫米级的已知量或者是根据模型和参数准确计算得到，而是整数，因而很容易判断是否等于0，本应用示例只需要判断等
式右边部分是否超过一个阀值，如0.5。如果不等于0，则说明卫星i或者j频点k历元间发生了周跳。
[0104]
当探测出周跳后，可通过lambda模糊度搜索算法得到模糊度的跳变整周数(teunissen，1995)。可将跳变的整周数加到非参考星的载波观测值上，完成周跳修复。如果是参考星(本发明实施例中的第一卫星)某一频点发生周跳，会导致其它所有卫星(本发明实施例中的第二卫星)相同频点的双差模糊度非0。如果模糊度搜索得出某一频点所有双差模糊度都相等，则说明只有参考星i发生了周跳，在这种情况下，则只将跳变的整周数加到参考星的载波观测值上。
[0105]
公式(7)中的k可以为1、2、3
…
等等，不管接收机是单频、双频还是多频，都可以实现周跳探测和修复，多个频点的载波观测值可同时探测和修复，在参考星选取过程中，可选取观测值频点数最多且高度角最高的卫星作为参考星(本发明实施例中的第一卫星)。
[0106]
不同的卫星系统载波观测值的频率以及钟差会有所不同，因而在周跳探测和修复过程中，每个卫星系统需要选取一颗参考星，在系统内部载波观测值之间求差，来完成周跳探测和修复。本发明应用示例没有用噪声和多径误差大的伪距和多普勒观测值，因而检测和修复成功率更高。
[0107]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。