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

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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。

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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${\Delta}P_i=P_i-P_{i-1}$，${\Delta}L_i=L_i-L_{i-1}$，构造钟差检验量如下：
$S^j_i={\Delta}P^j_i-{\Delta}L^j_i={\Delta}I_{I,i-1}-\lambda*{\Delta}N_{i,i-1}+{\Delta}dP_{i,i-1}-{\Delta}dL_{i,i-1}+\xi$

其中$\Delta$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：
- $n = ns,ns<na$
- $abs(M-round(M))<k_2$
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：
$M=10^3*(\sum^n_{j=1}S^j)/(n*C)$
n为光速，这里针对于毫秒级钟跳。

阈值设置

$k_1$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$10^5$，所以$k_1$一般设置为$10^5-30$m
$k_2$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$10^{-4}~10^{-5}$。