劉基余

（武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079）

GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法概述── GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法之一

劉基余

（武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079）

GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量技術(shù)，是獲取高精度實(shí)時(shí)點(diǎn)位的有效途徑。但是，它要求正確解算出觀測(cè)成果的整周模糊度，方可到達(dá)預(yù)期目的。本文概述了解算整周模糊度的下列方法：雙頻偽距法、模糊度函數(shù)法、最小二乘搜索法和模糊度協(xié)方差陣法。

GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量；觀測(cè)成果的整整周模糊度

GNS載波相位測(cè)量不僅可以用于靜態(tài)定位，而且能夠用于高精度的相對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量（DGPS測(cè)量）。早在1986年，美國(guó)學(xué)者M(jìn)ader博士在他的文章中敘述了使用載波相位測(cè)量確定飛行中飛機(jī)位置的方法，并比較了用GPS方法和激光測(cè)高儀方法測(cè)定的飛行剖面；結(jié)果表明，兩者的一致性?xún)?yōu)于11cm。Mader博士于1987年的進(jìn)一步研究表明，利用GPS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量定位技術(shù)，可以達(dá)到±2cm的平面精度和±5cm的高程精度。測(cè)繪行業(yè)的主要產(chǎn)品是各種比例尺的地形圖和專(zhuān)題地圖。航空攝影測(cè)量是制作多種比例尺地形圖的有效手段。但是，它要求在攝影測(cè)區(qū)內(nèi)測(cè)設(shè)一定數(shù)量和均勻分布的大地測(cè)量控制點(diǎn)。且不說(shuō)用常規(guī)大地測(cè)量技術(shù)完成這種任務(wù)之艱難，即使采用現(xiàn)代的GPS衛(wèi)星定位技術(shù)測(cè)量這類(lèi)控制點(diǎn)也是極其艱辛的。將GPS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量定位技術(shù)用于航空攝影測(cè)量，可以極大程度地減少對(duì)地面控制的要求，用GPS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量定位確定的攝站位置取代地面大地測(cè)量控制點(diǎn)完全能夠達(dá)到航空攝影測(cè)量的精度要求。

縱觀所用，GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量技術(shù)，是獲取高精度實(shí)時(shí)點(diǎn)位的有效途徑。它可廣泛用于下列場(chǎng)合：GNSS航空遙感快速成圖系統(tǒng)；機(jī)載GNSS/激光測(cè)深系統(tǒng)；機(jī)載兵器投射精密控制系統(tǒng)；GNSS輔助自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)；彈載GNSS精密彈道測(cè)控系統(tǒng)；星載GNSS精密軌道測(cè)控系統(tǒng)。本文概述了GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法，以便后續(xù)講座詳細(xì)論述相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法。

GPS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量，就是用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)的用戶(hù)天線(xiàn)之狀態(tài)參數(shù)。利用安設(shè)在運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)實(shí)時(shí)地測(cè)得GPS信號(hào)接收天線(xiàn)的所在位置，稱(chēng)為GPS動(dòng)態(tài)定位。如果不僅測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，而且測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的速度、時(shí)間和方位等狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)而“導(dǎo)引”該運(yùn)動(dòng)載體準(zhǔn)確而安全地駛向預(yù)定的后續(xù)位置，稱(chēng)為導(dǎo)航。由此可見(jiàn)，導(dǎo)航是一種廣義的動(dòng)態(tài)定位。

1 GPS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量開(kāi)創(chuàng)新篇章

GPS靜態(tài)定位，則是用于測(cè)量相對(duì)于地固坐標(biāo)系靜止不動(dòng)的用戶(hù)接收天線(xiàn)的位置。由于接收天線(xiàn)靜止不動(dòng)，其位置可以通過(guò)多個(gè)時(shí)元的、多個(gè)時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)解求。一般而言，靜態(tài)定位的精度比動(dòng)態(tài)定位要高一些。在GPS靜態(tài)定位和GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量之間還存在著兩種定位模式：偽動(dòng)態(tài)定位（Pseudo Kinemetic positioning）和半動(dòng)態(tài)定位（Semi-Kinematic positioning）。偽動(dòng)態(tài)定位也稱(chēng)為間歇設(shè)站法（Intermittent Station），它是由B.W.Remondi博士于1988年提出的一種高效率的定位方法。顧名思義，其具體作業(yè)方法為將一臺(tái)接收機(jī)固定于基準(zhǔn)站，另一接收機(jī)在一系列待測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行流動(dòng)觀測(cè)，每一點(diǎn)位至少觀測(cè)5分鐘，每一點(diǎn)要至少觀測(cè)兩次，兩次觀測(cè)時(shí)間間隔不少于1小時(shí)。從一個(gè)待測(cè)點(diǎn)移到另一待測(cè)點(diǎn)的過(guò)程中不需要進(jìn)行觀測(cè)。這一方法本質(zhì)上是靜態(tài)定位方法，由于接收機(jī)在各待測(cè)點(diǎn)間移動(dòng)觀測(cè)，因此稱(chēng)為“偽動(dòng)態(tài)定位”。這一方法的理論根據(jù)是：靜態(tài)定位之所以要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)是為了使衛(wèi)星圖形有足夠大的變化，從而使載波相位整周模糊度能很好地與測(cè)量點(diǎn)位相區(qū)分。因而只需在一定時(shí)間間隔進(jìn)行兩次短時(shí)間觀測(cè)，利用少量觀測(cè)數(shù)據(jù)就可以準(zhǔn)確確定整周模糊度，從而大大提高定位作業(yè)的效率。半動(dòng)態(tài)定位也稱(chēng)為停停走走動(dòng)態(tài)測(cè)量（Stop and Go）。它是由B.W.Remondi最先提出的一種利用載波相位進(jìn)行快速定位的方法。它非常適合于工程控制、線(xiàn)路測(cè)量、斷面測(cè)量和地籍測(cè)量等。其作業(yè)方式為將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站，另一接收機(jī)分別在待測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行流動(dòng)測(cè)量，測(cè)量開(kāi)始之前需進(jìn)行靜態(tài)初始化以解求整周模糊度。接收機(jī)在待測(cè)點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)，需要連續(xù)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，且兩臺(tái)接收機(jī)始終需要保持連續(xù)跟蹤四顆以上的相同衛(wèi)星。由于載波相位具有很高的測(cè)量精度，在每個(gè)待測(cè)點(diǎn)上只需采集幾個(gè)時(shí)元的觀測(cè)數(shù)據(jù)即可達(dá)到厘米級(jí)的定位精度。在各待測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量實(shí)際上是靜態(tài)測(cè)量，其整周模糊度通過(guò)移動(dòng)過(guò)程中衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤來(lái)傳遞。待測(cè)點(diǎn)間的測(cè)量則是動(dòng)態(tài)測(cè)量，可利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理的手段來(lái)解求每個(gè)時(shí)元的移動(dòng)接收機(jī)的位置。因而它是一種靜、動(dòng)態(tài)混合定位模式。Trimble公司在其商用GPS定位軟件Trime Plus和GPSurvy將它作為一種標(biāo)準(zhǔn)的定位手段提供給用戶(hù)。

現(xiàn)有的研究成果表明，GPS動(dòng)態(tài)定位將比GPS靜態(tài)定位具有更加廣闊的應(yīng)用天地。兩者相較，GPS動(dòng)態(tài)定位具有用戶(hù)多樣性、速度多異性、定位實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)短時(shí)性、精度要求多變性等特點(diǎn)。隨著動(dòng)態(tài)用戶(hù)應(yīng)用目的和精度要求不同，GPS定位方法亦隨之不同，從目前的應(yīng)用和研究來(lái)看，主要分為三種：?jiǎn)吸c(diǎn)動(dòng)態(tài)定位、實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位、后處理差分動(dòng)態(tài)定位。單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位或稱(chēng)之為絕對(duì)動(dòng)態(tài)定位，是一種最簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)定位。利用安設(shè)在運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)任意時(shí)刻只需對(duì)4顆以上衛(wèi)星作偽距測(cè)量，就可以解算出該時(shí)刻動(dòng)態(tài)接收機(jī)的三維位置。在美國(guó)國(guó)防部對(duì)GPS工作衛(wèi)星實(shí)施SA技術(shù)條件下，利用C/A碼測(cè)量的二維位置精度，在95%的時(shí)間內(nèi)是±100m左右，在5%的99%時(shí)間內(nèi)約為±300m。速度測(cè)量誤差為每秒±30cm量級(jí)。2000年5月1日，開(kāi)始中止SA技術(shù)后，GPS單點(diǎn)定位精度，可以達(dá)到±20m左右。

差分動(dòng)態(tài)定位利用安設(shè)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)以及安設(shè)在地面一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上的GPS信號(hào)接收機(jī)聯(lián)合測(cè)得該運(yùn)動(dòng)載體的三維位置從而精確給出該運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行軌跡。故差分動(dòng)態(tài)定位也稱(chēng)為相對(duì)動(dòng)態(tài)定位。根據(jù)定位實(shí)時(shí)性要求的不同，差分動(dòng)態(tài)定位又可分為實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位和后處理差分動(dòng)態(tài)定位。實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位需要建立無(wú)線(xiàn)電DGPS數(shù)據(jù)傳輸，在觀測(cè)的“同時(shí)”解算出載體的位置，例如飛機(jī)的精密進(jìn)場(chǎng)著陸以及航船進(jìn)港等。后處理差分動(dòng)態(tài)定位無(wú)需實(shí)時(shí)傳輸DGPS數(shù)據(jù)，而是在觀測(cè)完成之后進(jìn)行測(cè)后的聯(lián)合處理；例如GPS航空攝影測(cè)量。差分動(dòng)態(tài)定位根據(jù)使用的數(shù)據(jù)類(lèi)型和方法的不同可分為位置差分、偽距差分、載波相位測(cè)量平滑偽距差分以及載波相位測(cè)量差分。載波相位測(cè)量精度比碼相位測(cè)量精度高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。在未知整周模糊度的情況下，利用載波相位測(cè)量輔助的C/A碼偽距測(cè)量，可以獲得比單獨(dú)采用C/A碼偽距測(cè)量更高的精度，這一思想往往稱(chēng)為載波相位測(cè)量平滑偽距測(cè)量。在已知整周模糊度的情況下，利用載波相位測(cè)量可以獲得厘米級(jí)的差分動(dòng)態(tài)定位精度，稱(chēng)之為載波相位測(cè)量差分技術(shù)。載波相位測(cè)量差分的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確定整周模糊度，以及如何在各種動(dòng)態(tài)環(huán)境下探測(cè)和修復(fù)整周跳變（簡(jiǎn)稱(chēng)為周跳，cycle slip）。

無(wú)論是GPS動(dòng)態(tài)定位，還是靜態(tài)定位，整周模糊度的正確解求，都是獲取高精度定位成果的關(guān)鍵問(wèn)題。常規(guī)的靜態(tài)定位一般利用長(zhǎng)時(shí)間的靜態(tài)觀測(cè)，使衛(wèi)星幾何圖形產(chǎn)生足夠大的變化，從而求解出整周模糊度。Frei和Bentler（1990）提出了快速靜態(tài)模糊度解算法“FARA”（Fast Ambiguity Resolution Approach），其特點(diǎn)是充分利用初次平差（浮點(diǎn)雙差解）所提供的基線(xiàn)向量、協(xié)方差陣、單位權(quán)方差等信息，依據(jù)概率統(tǒng)計(jì)原理，采用搜索的方法快速確定載波相位整模糊度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用這種方法進(jìn)行短基線(xiàn)定位時(shí)，利用雙頻數(shù)據(jù)，僅需觀測(cè)1分鐘，利用單頻數(shù)據(jù)觀測(cè)7～8顆衛(wèi)星也能在數(shù)分鐘內(nèi)確定整周模糊度。Talbot.N.C（1991）針對(duì)實(shí)時(shí)靜態(tài)GPS定位提出了序貫相位模糊度解算方法，在序貫最小二乘的基礎(chǔ)上按一定的約束條件將整周模糊度順序地固定為整周。其研究表明，對(duì)于7m和17km的基線(xiàn)，同時(shí)觀測(cè)6顆衛(wèi)星，在13分鐘之內(nèi)可以正確求解出所有的整周模糊度。B.Wanless和G.Lachapele（1988）利用Magill自適應(yīng)估計(jì)，從有限的模糊度組合中根據(jù)多重假設(shè)檢驗(yàn)原則（Brown，1983）來(lái)選擇最佳的模糊度組合，并在此基礎(chǔ)上編制了NOVAS高精度靜態(tài)定位軟件。Blewitt（1989）則首次利用參數(shù)估計(jì)的方法首先解求不受電離層影響的LC模糊度，并采用P碼偽距與載波相位觀測(cè)值的組合直接求出寬巷整周模糊度參數(shù)，最后由寬巷模糊度和LC的模糊度來(lái)確定兩個(gè)頻率上的整周模糊度，這一方法具有在2000km范圍內(nèi)解求整周模糊度的能力，另外通過(guò)適當(dāng)增加一定的測(cè)站以縮短基線(xiàn)的長(zhǎng)度，可以大大提高解求整周模糊度的能力。

在動(dòng)態(tài)定位中由于載波相位觀測(cè)值在不發(fā)生周跳的情況下其整周模糊度數(shù)值不變，因此，可以利用靜態(tài)定位的方法首先進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)，待整周模糊度正確求解之后再進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，或者占據(jù)一條已知基線(xiàn)，利用已知的基線(xiàn)向量來(lái)反求整周模糊度。Remondi（1988）提出了一種稱(chēng)為天線(xiàn)交換法的快速整周模糊度確定方法。這種方法不需已知基線(xiàn)，且速度快。其做法為在距基準(zhǔn)站約5至10米處選一天線(xiàn)交換點(diǎn)，在基準(zhǔn)點(diǎn)和交換點(diǎn)上分別設(shè)置GPS信號(hào)接收天線(xiàn)，觀測(cè)2～8個(gè)時(shí)元之后，互相交換天線(xiàn)，再觀測(cè)2～8個(gè)時(shí)元，最后再交換回去觀測(cè)2～8個(gè)時(shí)元作檢核，前兩次2～8個(gè)時(shí)元的觀測(cè)值用于初始化，由于將天線(xiàn)位置進(jìn)行互換，等價(jià)于衛(wèi)星幾何圖形產(chǎn)生了較大變化，因而基線(xiàn)解具有較好的穩(wěn)定性，用較少的觀測(cè)值解求出基線(xiàn)向量，從而求解出整周模糊度。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，求解迅速，然而對(duì)于一些已安裝固定的天線(xiàn)（如飛機(jī)載GPS測(cè)量的接收天線(xiàn)）則無(wú)法實(shí)施。

靜態(tài)定位法、占據(jù)已知基線(xiàn)法和天線(xiàn)交換法的原理簡(jiǎn)單、軟件實(shí)現(xiàn)方便，在早期的載波相位動(dòng)態(tài)定位軟件中得到了廣泛的應(yīng)用，但這三種方法均需在動(dòng)態(tài)定位開(kāi)始之前進(jìn)行，并在動(dòng)態(tài)定位過(guò)程中需求連續(xù)跟蹤4顆以上的衛(wèi)星，而一旦因周跳或失鎖使連續(xù)跟蹤的衛(wèi)星數(shù)少于4顆，則高精度的動(dòng)態(tài)定位則無(wú)法繼續(xù)，限制了載波相位測(cè)量在GPS動(dòng)態(tài)定位中的應(yīng)用，因而國(guó)內(nèi)外GPS專(zhuān)家開(kāi)始尋找能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中求解整周模糊度的方法，即整周模糊度的在航解算（Ambiguity Resolution on the Fly或On the Fly）簡(jiǎn)稱(chēng)為AROF或OTF。

2 解整周模糊度的解算方法

OTF近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外GPS專(zhuān)家研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，美國(guó)、加拿大、德國(guó)、澳大利亞、英國(guó)荷蘭、中國(guó)等國(guó)的學(xué)者均對(duì)此問(wèn)題作了深入的研究、研究出多種OTF方法?？傮w上來(lái)講這些方法可分為四大類(lèi)：雙頻偽距法、模糊度函數(shù)法、最小二乘搜索法和模糊度協(xié)方差陣法。

2.1 雙頻偽距法

1989年，德國(guó)學(xué)者Seeber和Wubbena第一次提出了在航模糊度求解（“On the way”Ambiguity Solution）的概念。利用雙頻P碼偽距及載波相位觀測(cè)值的組合采用超寬巷（extra wide lane）技術(shù)在航解算整周模糊度。Euler和Goad還進(jìn)一步導(dǎo)出了在AS狀態(tài)下求解寬巷模糊度的方法。

2.2 模糊度函數(shù)法

模糊度函數(shù)法被認(rèn)為是最早的OTF方法。它由Counselman等美國(guó)學(xué)者于1981年最早提出。其后，Remondi博士于1984年將它引入了靜態(tài)定位，并應(yīng)用于偽動(dòng)態(tài)定位。隨后，由Mader博士和Remondi博士將它用于動(dòng)態(tài)定位，這一方法幾乎不需要偽距的信息，用于靜態(tài)定位時(shí)甚至不需要載波相位的整周計(jì)數(shù)。這一方法最大的缺點(diǎn)是計(jì)算速度慢。中國(guó)韓紹偉博士通過(guò)多種雙頻載波相位觀測(cè)值的組合，根據(jù)其波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短分級(jí)處理，大大提高了搜索速度并提高了計(jì)算的效率。

2.3 最小二乘搜索法

Hatch博士于1989年提出了最小二乘搜索法。他將衛(wèi)星分為兩組，將含有四顆衛(wèi)星圖形合適的衛(wèi)星稱(chēng)為基本衛(wèi)星組，以提供初始的待進(jìn)一步檢驗(yàn)的模糊度組，余下的稱(chēng)為剩余衛(wèi)星組，用以對(duì)搜索空間中的待檢模糊度組進(jìn)行篩選，凡不滿(mǎn)足附加約束條件的可以立即剔除，直到最后剩下唯一一組正確的模糊度。這一思想先后被許多學(xué)者引用。印度尼亞Abidin博士發(fā)展了最小二乘搜索法并結(jié)合模糊度函數(shù)法提出了集成在航模糊度解法，建立了橢球搜索空間并提出8項(xiàng)檢驗(yàn)和兩項(xiàng)保證檢驗(yàn)，從而使模糊度搜索更為快速有效。

2.4 模糊度協(xié)方差陣法

模糊度協(xié)方差陣法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)OTF算法的總稱(chēng)。這一類(lèi)算法均利用了描述模糊度間相關(guān)關(guān)系的模糊度協(xié)方差。它采用的準(zhǔn)則十分簡(jiǎn)單而有效，即正確的模糊度組合應(yīng)有最小的殘差平方和。這一類(lèi)方法的原型最早可追溯到Frei的快速靜態(tài)模糊度解法。經(jīng)過(guò)多位專(zhuān)家學(xué)者的研究和改進(jìn)已成為最為有效的OTF方法。其中較為著名的有優(yōu)化cholesky分解算法，快速模糊度搜索濾波算法，LAMBDA法，整數(shù)非線(xiàn)性規(guī)劃法和基因法。 周跳的探測(cè)與修復(fù)，是載波相位動(dòng)態(tài)定位中的另一重要課題。由于載波相位測(cè)量只能測(cè)量相位中不足一個(gè)整周的小數(shù)部分，連續(xù)整周部分由多普勒計(jì)數(shù)得到，信號(hào)遮擋、信噪比低以及接收機(jī)故障等都可引起整周計(jì)數(shù)部分的突變——周跳。如果利用OTF技術(shù)能在一個(gè)觀測(cè)時(shí)元內(nèi)確定整周模糊度，則對(duì)周跳的探測(cè)、修復(fù)的研究可不必繼續(xù)下去。由于衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星圖形、觀測(cè)條件等的不同，在一個(gè)時(shí)元內(nèi)實(shí)現(xiàn)OTF解算模糊度還存在一定的困難，因而對(duì)周跳探測(cè)、修復(fù)進(jìn)行研究仍具有重要的意義。

動(dòng)態(tài)環(huán)境下周跳的探測(cè)與修復(fù)與靜態(tài)測(cè)量相比更為困難。動(dòng)態(tài)定位中由于運(yùn)動(dòng)載體在不斷的運(yùn)動(dòng)之中且相對(duì)于每一動(dòng)態(tài)點(diǎn)位觀測(cè)值較少，在靜態(tài)定位中十分有效的高次差法、雙差法等均難以適用。加拿大Cannon博士于1989年利用載波相位變化率和前一時(shí)元的載波相位觀測(cè)值采計(jì)算在時(shí)元的載波相位計(jì)算值并與載波相位觀測(cè)值比較來(lái)探測(cè)周跳。中國(guó)陳小明博士于1993年提出利用周跳前后多個(gè)載波相位、載波相位變化率觀測(cè)估采用多項(xiàng)式擬合的方法來(lái)探測(cè)周跳。探測(cè)周跳的能力與載體的動(dòng)態(tài)變化有關(guān)，動(dòng)態(tài)變化越劇烈則探測(cè)的能力越低。

由于偽距觀測(cè)值能夠提供衛(wèi)星至測(cè)站的距離信息，而其與載波相位觀測(cè)值之差僅為整周模糊度、電離層延遲、多路經(jīng)效應(yīng)及量測(cè)噪聲，且動(dòng)態(tài)定位的采樣間隔很短，電離層延遲，長(zhǎng)周期多路徑效應(yīng)變化較小，因而可用偽距和載波相位組合的方法來(lái)探測(cè)周跳。這一方法探測(cè)周跳的能力與偽距觀測(cè)值的精度有關(guān)。當(dāng)采用雙頻觀測(cè)值時(shí)通過(guò)組合可形成波長(zhǎng)為14米的組合觀測(cè)值，中國(guó)韓紹偉博士于1995年提出用偽距及雙頻載波相位組合觀測(cè)值L-7,9和L1,-1來(lái)探測(cè)周跳，大大提高了偽距相位組合法探測(cè)周跳的能力。

雙頻載波相位還可構(gòu)成電離層殘差觀測(cè)量，當(dāng)采樣間隔較短，電離層殘差的變化是平緩的。當(dāng)電離層殘差出現(xiàn)突變，則認(rèn)為出現(xiàn)了周跳，即電離層殘差法。電離層殘差法對(duì)于大部分周跳的探測(cè)是有效的，然而對(duì)于一些特殊的周跳組合，電離層殘差的變化不明顯。因而電離層殘差法應(yīng)與其它的周跳探測(cè)方法如多項(xiàng)式擬合法、偽距相位組合法等組合使用。

當(dāng)采用卡爾曼濾波進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位數(shù)據(jù)處理時(shí)，還可利用卡爾曼濾波新息序列來(lái)進(jìn)行周跳的探測(cè)，通過(guò)對(duì)予報(bào)值與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的比較，并應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)的手段對(duì)周跳的探測(cè)也十分有效。然而對(duì)周跳的探測(cè)能力及其與載體機(jī)動(dòng)的可區(qū)分性缺乏研究。

以上幾種周跳探測(cè)的方法都是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)時(shí)環(huán)境下需要占用大量的CPU時(shí)間，從接收機(jī)硬件的設(shè)計(jì)來(lái)探測(cè)周跳則是最根本的方法，Trimble 4000SST通過(guò)接收機(jī)的設(shè)計(jì)并在其數(shù)據(jù)流中對(duì)L1的周跳進(jìn)行標(biāo)識(shí)，給后續(xù)軟件處理提供了極大的方便。中國(guó)劉基余教授于1993年提出的消除整周跳變的“步進(jìn)法”，是用特種硬件實(shí)時(shí)地測(cè)量雙頻信號(hào)的傳播時(shí)間差，進(jìn)而從站星距離的解算原理上徹底消除GPS載波相位測(cè)量周跳；無(wú)疑，這是用硬件消除整周跳變的最佳選擇。

3 結(jié)束語(yǔ)

高精度GPS動(dòng)態(tài)定位具有極其廣闊的應(yīng)用前景，并已廣泛用于航空攝影測(cè)量、衛(wèi)星軌道測(cè)量、航空重力測(cè)量、激光地形斷面測(cè)量、水下地形測(cè)量、工程放樣、石油物探測(cè)量、飛機(jī)精密進(jìn)場(chǎng)著陸和航天測(cè)控設(shè)備精度鑒定等。高精度GPS動(dòng)態(tài)定位用于航天測(cè)控設(shè)備的精度鑒定，將克服傳統(tǒng)精度鑒定方法作業(yè)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高和局限性大的缺點(diǎn)，取得顯著的科技效益。近年來(lái)，GPS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量用于航天器的軌道精確測(cè)定，已經(jīng)獲得了日漸廣泛的應(yīng)用。從國(guó)外工程實(shí)用可知，凡是采用星載GPS測(cè)量作軌道精確測(cè)定的，都是利用GPS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量。由此可見(jiàn)，GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量技術(shù)能夠廣泛用于下列場(chǎng)合：一是GNSS航空遙感快速成圖系統(tǒng)；二是機(jī)載GNSS/激光測(cè)深系統(tǒng)；三是機(jī)載兵器投射精密控制系統(tǒng)；四是GNSS輔助自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)；五是彈載GNSS精密彈道測(cè)控系統(tǒng)；六是星載GNSS精密軌道測(cè)控系統(tǒng)；因此，積極研發(fā)GNSS動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量技術(shù)具有重大的實(shí)用價(jià)值。

[1] 劉基余．GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法（第二版）．北京：北京科學(xué)出版社，2008.6

[2] Lachapelle,G., GPS Theory and Applications, University of Calgary, Fall 2000, PP.310

Data Processing Overview on GNSS Kinematic Carrier Phase Measurements--DataProcessing Method on GNSS Kinematic Carrier Phase Measurements (1)

Liu Jiyu
(School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan, 430079)

GNSS Kinematic Carrier Phase Measurement technology is an effective way to obtain the highaccuracy real-time point positions. However it requires the correct solution of the ambiguity of the observation results, so as to achieve the desired purpose. This paper outlines the following methods to calculate the ambiguity:dual frequency pseudo-range method, ambiguity function method, least squares search method and fuzzy covariance matrix method.

GNSS Kinematic Carrier Phase Measurements; Ambiguity of the observation results

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.001

TN96

A

1672-7274（2017）12-0001-05

劉基余，現(xiàn)任武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院教授/博士生導(dǎo)師，兼任美國(guó)紐約科學(xué)院（New York Academy of Sciences）外籍院士、中國(guó)電子學(xué)會(huì)會(huì)士。主要研究方向是GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位/衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外30余種中英文學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表了280余篇相關(guān)研究論文，獨(dú)著了（北京）科學(xué)出版社于2013年1月出版發(fā)行的《GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法》一書(shū)。他的主要業(yè)績(jī)已分別載于美國(guó)于2001年出版發(fā)行的《世界名人錄》（Who's Who in the World）、美國(guó)于2005年出版發(fā)行的《科技名人錄》（Who's Who in Science and Engineering）和中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)于2007年出版發(fā)行的《中國(guó)科學(xué)技術(shù)專(zhuān)家傳略》工程技術(shù)編《電子信息科學(xué)技術(shù)卷2》等50多種國(guó)內(nèi)外辭書(shū)上。