全球连续监测评估系统（iGMAS）质量要求 第1部分：观测数据—征求意见稿

ICS XXXXXXX XXa中华人民共和国国家标准 在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利同支持性文件一并附上（征求意见稿）20XX-XX-XX 实施Quality Requirements for iGMASPart 1:Observation Data全球连续监测评估系统（iGMAS）质量要求第1部分:观测数据20XX-XX-XX 发布GB/T XXXXXXXXXGB/T XXXXXXXXX目次前言 III1 范围 12 规范性引用文件 13 术语和定义、缩略语 13.1 术语和定义 13.2 缩略语 24 观测数据质量要求 34.1 观测数据基本要求 34.2 观测数据完整率 34.3 周跳比 34.4 多路径误差 34.5 伪距噪声 34.6 载波相位噪声 34.7 载噪比 35 计算方法 35.1 观测数据完整率 35.2 周跳比 45.2.1 基本步骤 45.2.2 粗差探测 45.2.3 周跳探测 55.2.4 接收机钟跳探测 75.3 多路径误差 85.4 伪距噪声 95.5 载波相位噪声 95.6 载噪比 10附录A（规范性附录） GNSS卫星信号载波频率 11附录B（资料性附录） 计算多路径误差时的双频组合 12前言为适应我国卫星导航发展对标准的需要，由全国北斗卫星导航标准化技术委员会组织制定北斗专项标准，推荐有关方面参考采用。本标准由中国卫星导航系统管理办公室提出。本标准由全国北斗卫星导航标准化技术委员会（SAC/TC 544）归口。本标准起草单位：解放军战略支援部队信息工程大学、航天工程研究所、西安测绘总站、卫星导航系统与装备技术国家重点实验室、中国航天标准化研究所。本标准主要起草人：李建文、焦文海、李涌涛、刘莹、伍蔡伦、庞鹏、盛传贞、陈晨、谢松、周玉霞。13全球连续监测评估系统（iGMAS）质量要求第1部分：观测数据1 范围本标准规定全球连续监测评估系统（International GNSS Monitoring & Assessment System，iGMAS）跟踪站GNSS观测数据质量要求，包括术语和定义、指标体系、质量指标要求和计算方式等。本标准适用于全球连续监测评估系统（iGMAS）测量型GNSS接收机研制、指标检定，跟踪站选址，接收机观测数据质量评估与分析等相关工作。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T XXXX-201X北斗卫星导航术语3 术语和定义、缩略语3.1 术语和定义GB/T XXXX-201X界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1观测数据完整率observation data integrity rate 接收机观测到卫星的实际历元数据量与理论历元数据量的比值。3.1.2粗差outlier 泛指离群的误差。在相同观测条件下作一系列的观测，其绝对值超过限差的测量偏差。3.1.3周跳比observations per slip 在某时间段内，接收机观测数据的实际历元数据量与发生周跳历元数据量的比值，反映了周跳发生的平均观测历元数。3.1.4接收机钟跳receiver clock jump 接收机厂商为保持接收机内部时钟与GNSS时同步精度在一定范围之内，控制接收机钟差不超过某一阈值而插入的时钟跳跃。3.1.5多路径误差multipath error由非直达导航信号引入的测距误差。GB/T XXXX-201X，定义4.3.233.1.6伪距噪声pseudorange noise 伪距测量随机误差，泛指导航信号产生端、传播路径、接收端产生或引入的各种随机误差对伪距测量的综合影响值。3.1.7载波相位噪声carrier phase noise载波相位测量随机误差，泛指导航信号产生端、传播路径、接收端产生或引入的各种随机误差对载波相位测量的综合影响值。3.1.8载噪比Carrier-to-Noise Ratio（CNR）载波信号功率与噪声功率谱密度之比，单位为dBHz。由(C/N)B计算，其中B为系统带宽。3.2 缩略语下列缩略语适用于本文件。BDS：北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System）GALILEO：伽利略卫星导航系统（Galileo Navigation Satellite System ）GF：无几何距离组合（Geometry Free）GLONASS：格洛纳斯卫星导航系统（GLObal Navigation Satellite System）GNSS：全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System）GPS：全球定位系统（Global Positioning System）MW：宽巷相位减窄巷伪距组合（Melbourne-Wubbena）RMS：均方根（Root Mean Square）4 观测数据质量要求4.1 观测数据基本要求观测数据时段长度和采样率等应满足iGMAS对GNSS观测数据相关要求。4.2 观测数据完整率观测数据完整率应不小于90%。4.3 周跳比周跳比应不小于100。4.4 多路径误差多路径误差应不大于0.6m。4.5 伪距噪声伪距噪声应不大于0.5m。 4.6 载波相位噪声载波相位噪声应不大于0.015周。 4.7 载噪比载噪比应不小于40dBHz。 5 计算方法5.1 观测数据完整率按公式、公式计算单频点观测数据完整率和单系统观测数据完整率。式中：单频点观测数据完整率，%； 在观测时间段内，观测的卫星总数； 在观测时间段内，第颗卫星在某频点的实际观测历元总数； 在观测时间段内，第颗卫星在某频点的理论历元总数； 单系统观测数据完整率，%； 在观测时间段内，第颗卫星所有频点均有有效观测数据的历元数； 在观测时间段内，第颗卫星的理论历元总数。5.2 周跳比5.2.1 基本步骤周跳比计算的主要步骤如下：a） 读取观测数据，统计该观测数据的实际历元数据量；b） 联合粗差探测方法、周跳探测方法和接收机钟跳探测方法，确定周跳发生的历元并统计发生周跳历元数据量；c） 根据周跳比的定义计算评估值。5.2.2 粗差探测采用MW组合观测量为检测量进行粗差探测，主要步骤如下：a） 按公式、公式、公式构造MW组合观测量和递推公式； 式中： 导航信号载波的频率，单位MHz； 导航信号载波的频率，单位MHz； 频率载波相位观测量，单位m； 频率载波相位观测量，单位m； 频率伪距观测量，单位m； 频率伪距观测量，单位m； 前个历元MW组合观测值的均值，单位m；前个历元MW组合观测值的均值，单位m； 第个历元MW组合观测值，单位m； 前个历元MW组合观测值的均方根误差，单位m； 前个历元MW组合观测值的均方根误差，单位m。b） 对于第个历元MW组合观测值，若，则为超限，历元可能是周跳，也可能是粗差。c） 为判断历元是粗差还是发生了周跳，进一步分析、相邻3个历元之间的数据特征。由历元的宽巷模糊度及方差按公式、公式计算历元的宽巷模糊度及方差。 d） 若历元的宽巷模糊度不超限，或者历元和的宽巷模糊度都超限且，则判定历元为粗差；若历元和历元的宽巷模糊度都超限且，则认为历元上有周跳。把前面个历元作为一弧段，记录其值和方差用于后续处理，并从历元开始划分为一个新的弧段。5.2.3 周跳探测采用MW组合观测量和GF组合观测量联合进行周跳检测。按照5.2.2节中提到的判定方法进行周跳的第一次探测，如果没有周跳，则利用GF组合观测量进行补充探测，其主要步骤为：a） 按公式、公式构造GF组合观测量和伪距电离层残差组合。 式中：频率载波相位观测量，单位m；频率载波相位观测量，单位m。 式中：频率伪距观测量，单位m；频率伪距观测量，单位m。b） 令为观测历元总数，对应于连续观测历元的序列号；按照公式对这些历元的数据进行拟合，求得各阶项参数，其中，当时多项式阶数，反之为；确定参数值后，将代入公式，求得的理论值。 c） 如果满足公式，则可判定历元上有周跳，并从历元开始划分为一个新的弧段，向后滑动下一历元。 式中：历元时的GF组合观测量值；历元时拟合多项式的外推值；导航信号频率载波上的波长，单位m；导航信号频率载波上的波长，单位m。5.2.4 接收机钟跳探测接收机采集的观测数据进行钟跳的探测，采用基于观测值域的钟跳探测方法。其主要步骤为：a） 按照公式构造钟跳探测量： 式中：接收机观测到卫星在历元上的伪距观测值，单位m；接收机观测到卫星在历元上的载波相位观测值，单位m。b） 为了消除周跳对钟跳探测的不利影响，必须先进行周跳探测，一旦发现周跳，该卫星将不参与后续的钟跳探测。利用公式计算钟跳探测量，当满足公式时认为该历元存在毫秒级钟跳，当满足公式时认为该历元存在微秒级钟跳。 式中：真空中的光速，单位m/s；观测噪声经验值，默认大小为4，单位m。c） 受残余粗差或周跳等影响，利用公式、公式和公式探测钟跳时，可能会造成误判，需要对做进一步的检验。在钟跳时刻，所有卫星、所有频率的观测值将产生数值相近的跳跃，从受影响的卫星数出发，当满足公式时，认为该历元时刻存在钟跳。 式中：参与钟跳探测的有效卫星数；发生毫秒级钟跳的卫星数；发生微秒级钟跳的卫星数。5.3 多路径误差计算伪距多路径误差，必须依赖双频观测数据。采用伪距观测方程和载波相位观测方程组合，消除对流层和电离层延迟影响，按公式进行计算。当多频观测数据时，采用两导航信号频率相差较大的进行双频组合计算，参见附录B。 式中：频率上包含多路径误差和整周模糊度信息的计算量； 频率伪距观测量，单位m； 导航信号载波的频率，单位MHz； 导航信号载波的频率，单位MHz； 频率载波相位观测量，单位m； 频率载波相位观测量，单位m；频率上包含多路径误差和整周模糊度信息的计算量； 频率伪距观测量，单位m。对于同一颗卫星在连续观测且无周跳的情况下组合的模糊度参数不会变化，在无周跳的多个历元间按公式进行计算，得到多路径误差。 式中： 接收机观测到卫星在频率上多路径误差的评估值； 滑动窗口的历元个数，默认为50；在历元接收机