GNSS钟跳探测

钟跳探测

什么是钟跳?

  • 定义

大地测量型与导航型 GNSS 接收机内部时标一般采用价格较为低廉的石英钟,其稳定度不及卫星端高精度的原子钟。随着测量的进行,接收机钟差会逐渐产生漂移,导致接收机内部时钟与 GPS 时同步误差不断累积。为了尽可能地保持接收机内部时钟与 GPS时同步,当接收机钟差漂移到某一阈值时,大多数接收机厂商通过对其插入时钟跳跃进行控制,保证其同步精度在一定范围之内。

  • 分类
    钟跳产生后对接收机时标、伪距观测值、载波相位观测值均有影响。钟跳分为以下四类
类型 时标 伪距 载波相位 描述
一类 阶跃 连续 连续 这类钟跳可以理解为接收机没有在既定频率下采样,其他所有观测值都是连续的。
二类 阶跃 阶跃 连续 这类钟跳可以理解为第一类钟跳不断累积,当钟差过大时,接收机在时标和伪距上插入了周跳值,而载波相位上没有
三类 连续 阶跃 连续 这类钟跳可以理解为实际上时标的钟跳发生了,但是时标没有输出。比如时标在30s时阶跃为29.999s,但是此时不输入,等到30s时才输出。
四类 连续 阶跃 阶跃 与第三类相同

钟跳的特点

  • 钟跳形式多样
  • 钟跳的数值随机
  • 钟跳对于所有卫星、所有频率都一致

钟跳发生后,可能造成观测值不连续,此时会影响最终的定位。在探测钟跳之前,必须了解钟跳与周跳的区别。上述三个特点表明了钟跳与周跳的区别,由于钟跳的第三个特点,所以对于GF周跳探测方法来说所有类型的钟跳都是不敏感的,其次当发生第一类和第四类钟跳时,伪距和相位观测值具有一致性,不影响MW的周跳探测。所以,需要区别的是第二类和第三类钟跳。

在钟跳和周跳的处理方法上,如果第二类和第三类钟跳出现,那么按照周跳的判断,所有卫星都被标记周跳,会引起模糊度重置,影响解算效果。所以必须先进行钟跳探测,对其修复后在进行周跳探测。


钟跳探测方法

这里介绍实时模式下,观测值域内的钟跳探测方法。假设钟跳引起的伪距和相位阶跃值分别为: dP , dL ,令 ΔPi=PiPi1 ΔLi=LiLi1 ,构造钟差检验量如下:
Sji=ΔPjiΔLji=ΔII,i1λΔNi,i1+ΔdPi,i1ΔdLi,i1+ξ

其中 Δ 是历元间差分算子,构造的检验量仅和电离层延迟、周跳、钟跳和观测噪声影响。一般来说,先使用GF模型探测周跳,之后再根据检验量探测钟跳。

abs(S)>k1,说明S探测异常,之后进一步判断需要根据以下两个条件:

  • 钟跳对于所有卫星、所有频率均产生相同数值阶跃。
  • 对于毫秒级钟跳,其数值换算为ms单位时具有整数特性。

构造两个关系式:
- n=ns,ns<na
- abs(Mround(M))<k2
第一个式子中n代表探测到的钟跳卫星数,ns,代表该历元可用卫星数,na代表该历元卫星总数。
第二个式子的M计算为:
M=103(nj=1Sj)/(nC)
n为光速,这里针对于毫秒级钟跳。

阈值设置

k1 阈值主要考虑了检验量中钟跳和观测噪声的影响,钟跳1ms,影响可以达到 105 ,所以 k1 一般设置为 10530 m
k2 阈值主要考虑了小数影响,因为M的小数部分主要受到累加的电离层延迟的影响,一般设置为 104 105

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