構(gòu)建閾值模型改善TurboEdit實時周跳探測

張小紅，曾琪，何俊，等

摘要：目的：周跳探測是高精度定位中的關(guān)鍵問題，它直接影響著模糊度的準(zhǔn)確固定及定位的精度和可靠性。TurboEdit方法聯(lián)合MW（Melborne-Wubbena）組合和GF（geometry-free）組合，因其具有單站探測、探測效率高、靈活性好等特點而被廣泛采用，然而該方法也存在一些缺陷，如采用了噪聲較大的偽距觀測值、閾值固定以及擬合方式引入人為誤差等。本文在總結(jié)比較各類TurboEdit改進算法的基礎(chǔ)上，選取了一套適合于實時周跳探測的組合算法，并針對MW 組合和GF組合周跳探測的缺陷構(gòu)建自適應(yīng)的閾值模型，以期提升周跳探測的性能。方法：在基于MW組合探測周跳的方法中，閾值模型通常設(shè)為定值，因此在動態(tài)定位中的適用性較差，容易出現(xiàn)周跳誤判和漏判，為此本文分析了幾十組不同接收機、不同采樣率下的觀測數(shù)據(jù)在添加周跳后，周跳判別量與閾值的分布特征和規(guī)律，并基于此在滑動平均濾波 MW 組合周跳探測方法中采用自適應(yīng)隨觀測序列均方根變化的四段式線性閾值模型，改善了其在動態(tài)定位中的探測性能；在基于GF組合探測周跳的方法中，閾值一般設(shè)為5 cm，在電離層活躍或采樣間隔較大時容易出現(xiàn)周跳誤判，為此本文分析了不同采樣率以及不同緯度地區(qū)數(shù)據(jù)中GF組合歷元差的變化特性，采用隨采樣率及衛(wèi)星高度角變化的加權(quán)閾值模型提升了GF組合周跳探測方法在不同環(huán)境下的可靠性。結(jié)果：選取5組不同采樣率、不同觀測環(huán)境下的數(shù)據(jù)進行實驗分析，原始觀測數(shù)據(jù)經(jīng)MW組合和GF組合檢驗均無周跳。對于MW組合周跳探測，比較原閾值模型和自適應(yīng)均方根變化閾值模型可以看出，當(dāng)采用原始閾值模型時，多個歷元會發(fā)生多處周跳誤判，而改進后的自適應(yīng)均方根變化閾值模型則極大地避免了周跳誤判；另一方面，添加周跳后發(fā)生周跳漏判的歷元，采用改進后的閾值模型則探測出了此處的周跳，綜上分析，自適應(yīng)均方根變化閾值模型能夠有效減少周跳誤判和漏判。對于GF組合周跳探測，當(dāng)采樣率較低，電離層較活躍時，GF組合歷元差序列存在一定的趨勢項，且該趨勢項與采樣率和衛(wèi)星高度角有較強的相關(guān)性。此時若采用固定閾值5 cm，則在高度角較低時會發(fā)生周跳誤判，而加權(quán)閾值模型考慮了采樣率和衛(wèi)星高度角兩個因素的影響，其變化趨勢與GF組合歷元差序列的變化趨勢基本一致，該閾值模型在采樣率較低、電離層活躍時可以有效減少周跳誤判，但同時也會漏判一些對GF組合序列影響較小的周跳組合，另外對于近似波長之比的周跳組合會探測失效，此時可根據(jù)GF組合歷元差序列適當(dāng)?shù)卣{(diào)整閾值參數(shù)或通過驗后質(zhì)量檢驗來探測剩余的小周跳。結(jié)論：本文在滑動平均濾波 MW 組合周跳探測方法中加入了自適應(yīng)隨觀測序列均方根變化的閾值模型，該模型通過反映觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的均方根來約束閾值，從而能夠有效減少周跳誤判和漏判的發(fā)生，提高MW組合周跳探測的性能；另一方面在相鄰歷元求差的GF組合周跳探測方法中加入了隨采樣率及衛(wèi)星高度角變化的加權(quán)閾值模型，該模型削弱了采樣率和衛(wèi)星高度角過低對該方法探測性能的影響，顯著提升了GF組合周跳探測的可靠性。添加閾值模型后的TurboEdit方法與原來的方法相比不僅在探測精度上有一定的提高，在減少周跳誤判和漏判上也有較大改善，并且兩者能探測出對方探測失效的周跳盲區(qū)。因此，兩者組合，可以探測出絕大多數(shù)的周跳。

來源出版物：武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）， 2017， 42(3)：285-292

入選年份：2017