基本介紹
- 中文名：周跳
- 外文名：cycle slip
- 運用領域：定位系統
- 原因：衛星信號的失鎖
- 類別：整周計數的跳變或中斷
- 探測方法：高次差法、多項式擬合法等
簡介,定義,產生原因,周跳對定位的影響,影響周跳因素,周跳檢驗量構造,
簡介
正確地探測並恢復周跳，是載波相位測量中非常重要且必須解決的問題之一。導致周跳產生的信號失鎖可長達數分鐘，也可能發生在兩個相鄰曆元之間。在前一情況下，周跳很容易識別，因為此衛星在失鎖期間就不再有相位差觀測值；但在後一情況下，在失鎖前後的每個曆元都有包括整數和小數部分的相位差觀測值，故難以察覺已曾發生的周跳。對於某顆衛星瞬時相位差觀測值，發生中斷的第一類周跳，可據發生之前此衛星的若干個連續的單差觀測值，用高階拉格朗日多項式進行擬合，然後外推恢復跟蹤後第一個曆元單差觀測值中應有的整周數，並取而代之，推求出的整周數與原整周數之差也用於修正隨後各曆元的整周數。亦可用周跳後的觀測值逆向外推之前的觀測值，求得整周數偏差後再改正周跳後的觀測值；對於發生在兩個曆元之間的第二類周跳，可用前面若干個正確的連續觀測值擬合外推下一個曆元觀測值，據其整周數與實際觀測值的整周數是否有差異判斷是否存在周跳，若存在，即用求得的整周數之差修正此曆元及其隨後的曆元觀測值中的整周數。
定義
GNSS載波相位觀測量是由不足一整周的小數部分
和整周部分
組成。其中小數部分是接收機所產生的參考信號與來自衛星的載波信號的相位之差中小於一周的部分，這部分觀測值可以認為是精確的；
則是接收機從接受衛星信號時刻 t 到當前時刻記錄的載波相位整周數。接收機在連續跟蹤衛星信號時，由於某種原因如信號被遮攔、無線電干擾等原因使接收機的計數器在累計工作期間產生中斷，使得相位發生整周跳變，但其中不足一周的部分仍保持不變，這個整周跳變稱為周跳。
產生原因
周跳發生的原因有很多，常見的原因主要有：
(1) 衛星信號中斷，如被高層建築物、高山、樹木、橋樑等阻擋導致衛星信號暫時中斷。
(2) 衛星信號信噪比過低，如衛星高度角偏低、電離層變化較劇烈或多路徑效應太大等。
(3) 接收機處於相對運動狀態，如RTK測量中受外界因素干擾嚴重從而導致衛星信號短暫失鎖。
(4) 接收機或衛星出現故障，如衛星振盪器故障、接收機軟體故障等引發接收機內部信號錯誤。
若由電源的故障或振盪器本身的故障而使信號暫時中斷，那么中斷前後信號己失去了連續性。即使電源或振盪器恢復正常工作後，對於其觀測值，整周計數部分和不足整周的小數部分都不正確，這一現象不屬於周跳，而是失鎖。
周跳對定位的影響
在GNSS測量過程中，連續跟蹤某顆衛星，若在某一曆元載波相位觀測值發生了周跳△N，則該衛星觀測量序列以後的所有曆元都會增加一個同樣大小的整周偏差，可表示為：
式中，
為載波相位觀測量，i 為對應曆元。一旦發生周跳，將會有一系列載波相位觀測值受到影響，導致觀測值發生錯誤，從而影響定位結果，為此，周跳的探測與修復是非常必要的。當周跳小於10周，特別是1~5周，半周和1/4周的周跳很難探測到，若將其帶來的誤差視為偶然誤差，將嚴重影響觀測量的精度。根據查佩斯的統計，觀測值中存在一個周跳對經度的影響為0.03~0.06m，對緯度的影響為0.10~0.18m，對高程方向的影響為0.14~0.16m，即使觀測值中只有一顆衛星發生一周的周跳，也會對定位結果產生幾厘米的影響。因此，在高精度的GNSS數據處理時，必須正確探測出所有周跳。
影響周跳因素
GNSS的觀測量是一種隨時間變化的序列，載波相位觀測值作為時間的函式，在其可視的連續時間內應該是一條隨時間變化的光滑曲線，然而一旦發生周跳，這種光滑性就被破壞，且自該曆元開始，後繼相位觀測值序列均發生等量跳躍。GNSS載波相位觀測值或組合觀測值受觀測噪聲和接收機鐘跳的影響其觀測序列發生變化。
(1) 觀測噪聲：由載波相位的觀測方程可知，觀測噪聲主要來源於接收機至衛星之間的幾何距離誤差、接收機和衛星的鐘差、大氣層延遲、多路徑效應以及接收機噪聲等。由於一些誤差的空間相關性，對GNSS觀測值進行適當的線性組合可消除大部分的誤差，但組合的觀測方程仍含有如多路徑誤差、電離層殘差等的影響。因此，在探測之前需對不同系統的衛星數據質量進行分析，為構造穩健而又敏感的周跳檢驗量提供了前提條件。
(2) 鐘跳：GNSS觀測數據除了包含周跳和粗差還包含著接收機鐘跳。鐘跳是干擾粗差和周跳探測的一個重要因素，能夠導致現有的部分周跳探測方法失效，為了提高數據處理的精度和效率，對接收機鐘跳的研究也成為高精度GNSS數據處理必不可少的一個環節。
周跳檢驗量構造
周跳檢驗量的構造思想可理解為基於基本觀測量，對其本身或組合的時間變化規律進行分析，儘可能地消去與時間相關的項，形成新的時間序列。判斷GNSS載波相位觀測值是否出現周跳，實質上就是探測新的組合時間序列是否有突變。依據粗差探測理論，比較檢測量的變化與評定標準之間的差異。在指標範圍內的數據為正常數據，不存在周跳;否則認為觀測數據存在問題，則進一步探測周跳發生的曆元以及大小，最後對參與基線解算的數據採用周跳改正數進行修正。
圖1
圖1目前，常用於周跳探測的檢驗量有：(1)非差相位觀測值；(2)載波偽距組合觀測值；(3)相位組合觀測值。常用的周跳探測方法有高次差法、多項式擬合法、MW組合法、電離層殘差法等。如圖1所示。
