使用双频组合观测值对观测值中的周跳进行探测

资 源 简 介

使用双频组合观测值对观测值中的周跳进行探测

详 情 说 明

在GNSS（全球导航卫星系统）数据处理中，周跳（Cycle Slip）是载波相位观测值中出现的整周计数跳变现象。周跳会严重影响定位精度，因此必须进行有效探测和修复。双频组合观测值方法是一种常用的周跳探测手段，它利用两个不同频率的载波相位观测值组合来放大周跳的影响，从而更易识别。

### 双频组合观测值原理 双频GNSS接收机可以同时接收L1和L2频段的信号，其载波相位观测值分别记为φ₁和φ₂。由于不同频率的信号在传播时受到的电离层延迟不同，我们可以构造特定的线性组合，如宽巷组合（Wide-Lane）或几何无关组合（Geometry-Free），以放大周跳的影响。

宽巷组合（Wide-Lane Combination） 宽巷组合通过φ₁和φ₂的线性组合形成一个新的观测值，其波长更长（约86 cm），使得周跳更容易被检测。公式为： [ phi_{text{w}} = phi_1 - phi_2 ] 如果发生周跳，宽巷组合的变化会明显大于正常观测值的波动。

几何无关组合（Geometry-Free Combination） 该组合消除了卫星与接收机之间的几何距离影响，仅保留电离层延迟和噪声项，可用于检测周跳： [ phi_{text{gf}} = phi_1 - frac{f_1}{f_2} phi_2 ] 由于电离层延迟通常变化缓慢，突变的观测值变化往往指示周跳。

### MATLAB实现思路 在MATLAB中实现双频组合周跳探测的一般步骤如下：

数据预处理 读取GNSS观测数据文件（如RINEX格式），提取L1和L2频段的载波相位观测值φ₁和φ₂，并进行必要的质量控制（如剔除无效数据）。

组合观测值计算 计算宽巷组合或几何无关组合的时间序列，并进行差分处理（如历元间差分），以放大周跳的影响。

周跳检测 阈值法：设定合理的阈值，若组合观测值的差分超过该阈值，则认为发生周跳。 多项式拟合法：利用低阶多项式拟合组合观测值，残差过大的历元可能对应周跳。 滑动窗口统计法：在滑动窗口内计算均值与标准差，超出一定置信区间的点标记为周跳。

结果可视化 绘制组合观测值及其差分序列，并通过标记或其他方式高亮显示检测到的周跳点。

### 实验数据验证 通过实际观测数据（如静态或动态GNSS数据）验证算法的有效性，可以分析不同组合方法的探测灵敏度，并比较不同阈值或统计方法的适用性。

### 扩展思考 双频组合方法对高动态环境或低信噪比条件下的周跳检测效果如何优化？ 是否可以结合其他方法（如多普勒积分、信号强度）提高周跳探测的可靠性？ 如何将检测到的周跳与修复方法（如模糊度重新初始化）结合？

利用MATLAB实现双频组合周跳探测，能够直观验证算法的可行性，并为GNSS高精度定位提供可靠的数据预处理支持。