一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法技術

本發(fā)明專利技術公開一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法，步驟是：利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中三頻觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建最優(yōu)組合觀測量，依次單歷元固定超寬巷/寬巷及基礎載波模糊度；優(yōu)選已固定模糊度可靠性較高的北斗衛(wèi)星，反演大氣延遲信息，并將其作為先驗信息對GPS/GLONASS無電離層組合模糊度解算模型增強，降低天頂對流層參數(shù)與模糊度參數(shù)之間的相關性，減弱模型病態(tài)性；引入抗差估計理論，通過選權(quán)迭代抵制模型偏差或異常值的影響，實現(xiàn)GPS/GLONASS雙頻導航系統(tǒng)中模糊度單歷元準確解算。此種解算方法適用于短距離相對定位模式，利用北斗導航系統(tǒng)具有三頻觀測數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，以此約束輔助其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)模糊度解算，并引入抗差估計理論，提高模糊度解算可靠性。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法
本專利技術屬于全球衛(wèi)星導航定位
，特別涉及一種GNSS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(包括北斗BDS、GPS、GLONASS)短距離相對定位中的載波相位整周模糊度單歷元解算方法。
技術介紹
利用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)進行精密定位的關鍵是載波相位整周模糊度的確定。準確快速解算整周模糊度，無論是對于縮短觀測時間、保障定位精度，還是對于開拓高精度動態(tài)定位應用的新領域，都是非常重要的。在實際應用中，錯誤的模糊度將直接延長定位的初始化時間，降低定位精度，因此，模糊度快速準確解算是實現(xiàn)高精度衛(wèi)星導航定位一個關鍵問題。在短距離(基線)相對定位中，由于移動站接收機與基準站接收機之間距離較短，對同一衛(wèi)星而言，兩接收機觀測信息所受的大氣延遲誤差等影響相關性強，通過差分方法可以很大程度地削弱該誤差的影響，因此，給載波相位整周模糊度快速準確解算提供了有利條件，特別是使得實現(xiàn)單歷元解算成為了可能。當前，短基線模糊度單歷元解算方法歸納起來主要分為兩大類：第一，最優(yōu)線性組合法，該方法通過雙頻或三頻觀測量構(gòu)造各種組合觀測量，以消除誤差對模糊度解算影響；第二，搜索法，即通過模糊度降相關或新的搜索模型、方法，提高模糊度解算速度和準確性。上述兩類方法一方面難以保證模糊度單歷元解算達到100％的成功率，另一方面這些方法主要是針對單個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，如GPS或北斗，對于多個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)組合應用，其有效性和可靠性還需進一步研究。此外，隨著中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)亞太地區(qū)導航定位服務，美國GPS現(xiàn)代化第三頻率的加入，俄羅斯GLONASS系統(tǒng)完成在軌衛(wèi)星的補網(wǎng)以及歐盟Galileo系統(tǒng)的推進，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)將進入一個多頻率多系統(tǒng)的聯(lián)合定位新時代，多頻率多系統(tǒng)組合的模糊度快速準確解算是衛(wèi)星導航定位領域中研究的熱點和難點。基于以上分析，本案由此產(chǎn)生。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的，在于提供一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法，其適用于短距離相對定位模式，利用北斗導航系統(tǒng)具有三頻觀測數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，以此約束輔助其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)模糊度解算，并引入抗差估計理論，提高模糊度解算可靠性。為了達成上述目的，本專利技術的解決方案是：一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法，包括如下步驟：(1)利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中三頻觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建最優(yōu)組合觀測量，依次單歷元固定超寬巷/寬巷及基礎載波模糊度；(2)優(yōu)選已固定模糊度可靠性較高的北斗衛(wèi)星，反演大氣延遲信息，并將其作為先驗信息對GPS/GLONASS無電離層組合模糊度解算模型增強，降低天頂對流層參數(shù)與模糊度參數(shù)之間的相關性，減弱模型病態(tài)性；(3)引入抗差估計理論，通過選權(quán)迭代抵制模型偏差或異常值的影響，實現(xiàn)GPS/GLONASS雙頻導航系統(tǒng)中模糊度單歷元準確解算。上述步驟(1)中，超寬巷/寬巷模糊度的計算方法是：11)假設北斗三個載波頻率依次為f1、f2、f3，通過各頻率觀測量線性組合，獲得雙差載波相位組合觀測量及雙差偽距組合觀測量式中，組合系數(shù)i、j、k為任意整數(shù)，m、n、l為任意實數(shù)；為衛(wèi)星間、接收機間差分算子；ρ為接收機與衛(wèi)星幾何距離；T為信號傳播路徑上的對流層延遲；K＝40.28TEC，TEC為信號傳播路徑上的總電子含量；β(i,j,k)、λ(i,j,k)、分別為組合觀測量對應的電離層延遲因子、波長及載波相位整周模糊度；分別為載波、偽距觀測噪聲；12)基于上述組合觀測量基本表達式，構(gòu)造兩個組合：①i＝0,j＝1,k＝-1；m＝0,n＝1,l＝-1；②i＝1,j＝4,k＝-5；m＝1,n＝0,l＝0；在短距離條件下，忽略雙差電離層及觀測噪聲的影響，根據(jù)下式計算各北斗衛(wèi)星兩個超寬巷/寬巷模糊度其中，[]代表四舍五入算子。上述步驟(1)中，根據(jù)下式計算基礎載波模糊度其中，為組合觀測量，為基礎載波觀測量，λ(1,-1,0)為組合觀測量對應的波長，為組合觀測量對應模糊度，且上述步驟(2)的具體內(nèi)容是：21)采用無電離層組合模型：式中，λW＝86.2cm、λN＝10.7cm分別為寬巷及窄巷組合觀測量對應波長，為無電離層組合觀測量，為寬巷組合模糊度，為基礎載波觀測量對應模糊度，為衛(wèi)星間、接收機間差分算子；ρ為接收機與衛(wèi)星幾何距離；T為信號傳播路徑上的對流層延遲，f1、f2為北斗兩個載波頻率；將上式寫成誤差方程為：V＝AX-L式中，V為觀測量殘差，為雙差衛(wèi)星與接收機距離近似值，待估參數(shù)X包括三維坐標改正數(shù)、天頂對流層延遲參數(shù)以及各衛(wèi)星整周模糊度，A為對應系數(shù)矩陣；22)在步驟(1)中解算所有北斗衛(wèi)星模糊度的基礎上，優(yōu)選模糊度可靠性高的衛(wèi)星，約束輔助GPS/GLONASS衛(wèi)星模糊度解算，將BDS、GPS及GLONASS衛(wèi)星的模糊度分為兩類，一類是已經(jīng)固定的北斗三頻模糊度另一類為較難固定的GPS/GLONASS雙頻模糊度則前述誤差方程變換為：其中，V1、V2分別為上述兩類衛(wèi)星觀測量殘差，待估參數(shù)X′包括三維坐標改正數(shù)、天頂對流層延遲參數(shù)，A1、A2及C1、C2分別為兩類衛(wèi)星觀測量中待估參數(shù)X′及模糊度對應的系數(shù)矩陣，L1、L2為可求常數(shù)項，表達式同誤差方程中L；將上式簡化為：Vk＝AkXk-Lk其中，Vk指代Ak指代Xk指代Lk指代令觀測量權(quán)陣為P，則根據(jù)最小二乘原理，上式的解表示為：其中，表示Ak的轉(zhuǎn)置矩陣，表示的逆矩陣。上述步驟(3)的具體內(nèi)容是：在求參數(shù)估值的同時，通過選權(quán)迭代抵制模型偏差或異常值的影響，構(gòu)造等價權(quán)陣選用IGG權(quán)函數(shù)：式中，k0∈[1.0～1.5]，k1∈[3.0～8.0]，pi、Vi分別表示各觀測量對應的殘差及權(quán)系數(shù)；根據(jù)抗差M估計理論，待估參數(shù)的抗差M估值為：式中，Ak指代Lk指代A1、A2及C1、C2分別為兩類衛(wèi)星觀測量中待估參數(shù)X′及模糊度對應的系數(shù)矩陣，L1、L2為可求常數(shù)項。上述抗差M估值的解算采用迭代法，即第t+1步迭代解為其中，上標t或t+1表示第t或第t+1步對應的取值。采用上述方案后，本專利技術具有以下特點：(1)本專利技術不同于常規(guī)多個衛(wèi)星系統(tǒng)模糊度整體解算方法，而是將多個衛(wèi)星系統(tǒng)整周模糊度分成難易固定兩部分，依次固定，即充分利用北斗衛(wèi)星具有三個頻率觀測數(shù)據(jù)，對應模糊度較容易固定的優(yōu)勢，輔助約束GPS/GLONASS衛(wèi)星整周模糊度單歷元固定；(2)提高模糊度固定解的抗差性；引入抗差估計理論，通過選權(quán)迭代抵制模型偏差及異常值的影響，保證模糊度解算的可靠性；(3)本專利技術可用于短距離相對定位中的多頻率多系統(tǒng)組合載波相位整周模糊度單歷元解算，解決了GNSS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)在短距離中實時高精度定位的關鍵問題，具有一定的實際意義。附圖說明圖1是本專利技術的流程圖；圖2是本專利技術實施例中北斗導航系統(tǒng)三種類型衛(wèi)星每個歷元基礎載波B1模糊度浮點解與對應四舍五入整數(shù)解的差值分布情況；其中，(a)表示靜止軌道衛(wèi)星GEO，(b)表示傾斜軌道衛(wèi)星IGSO，(c)表示中軌衛(wèi)星MEO；圖3至圖5是本專利技術實施例中，將采用最小二乘法以及抗差估計最小二乘法兩種方法固定的模糊度，反求的坐標估計值與準確值比較在N、E、U三個方向上偏差情況，其中圖3為N方向偏差情況，圖4為E方向偏差情況，圖5為U方向偏差情況，各圖中(a)為最小二乘法，(b)為抗差估計最小二乘法。具體實施方式以下將結(jié)合附圖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法，其特征在于包括如下步驟：(1)利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中三頻觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建最優(yōu)組合觀測量，依次單歷元固定超寬巷/寬巷及基礎載波模糊度；(2)優(yōu)選已固定模糊度可靠性較高的北斗衛(wèi)星，反演大氣延遲信息，并將其作為先驗信息對GPS/GLONASS無電離層組合模糊度解算模型增強，降低天頂對流層參數(shù)與模糊度參數(shù)之間的相關性，減弱模型病態(tài)性；(3)引入抗差估計理論，通過選權(quán)迭代抵制模型偏差或異常值的影響，實現(xiàn)GPS/GLONASS雙頻導航系統(tǒng)中模糊度單歷元準確解算。

【技術特征摘要】
1.一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法，其特征在于包括如下步驟：(1)利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中三頻觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建最優(yōu)組合觀測量，依次單歷元固定超寬巷/寬巷及基礎載波模糊度；(2)選擇已固定模糊度可靠性較高的北斗衛(wèi)星，反演大氣延遲信息，并將其作為先驗信息對GPS/GLONASS無電離層組合模糊度解算模型增強，降低天頂對流層參數(shù)與模糊度參數(shù)之間的相關性，減弱模型病態(tài)性；(3)引入抗差估計理論，通過選權(quán)迭代抵制模型偏差或異常值的影響，實現(xiàn)GPS/GLONASS雙頻導航系統(tǒng)中模糊度單歷元準確解算。2.如權(quán)利要求1所述的一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法，其特征在于：所述步驟(1)中，超寬巷/寬巷模糊度的計算方法是：11)假設北斗三個載波頻率依次為f1、f2、f3，通過各頻率觀測量線性組合，獲得雙差載波相位組合觀測量及雙差偽距組合觀測量式中，組合系數(shù)i、j、k為任意整數(shù)，m、n、l為任意實數(shù)；為衛(wèi)星間、接收機間差分算子；ρ為接收機與衛(wèi)星幾何距離；T為信號傳播路徑上的對流層延遲；K＝40.28TEC，TEC為信號傳播路徑上的總電子含量；β(m,n,l)為雙差偽距組合觀測量對應的電離層延遲因子；β(i,j,k)、λ(i,j,k)、分別為雙差載波相位組合觀測量對應的電離層延遲因子、波長及載波相位整周模糊度；分別為載波、偽距觀測噪聲；12)基于上述組合觀測量基本表達式，構(gòu)造兩個組合：①i＝0,j＝1,k＝-1；m＝0,n＝1,l＝-1；②i＝1,j＝4,k＝-5；m＝1,n＝0,l＝0；在短距離條件下，忽略雙差電離層及觀測噪聲的影響，根據(jù)下式計算各北斗衛(wèi)星兩個超寬巷/寬巷模糊度其中，[]代表四舍五入算子。3.如權(quán)利要求2所述的一種GNSS載波相位整周模糊度單歷元解算方法，其特征在于：所述步驟(1)中，根據(jù)下式計算基礎載波模糊度其中...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：鄧健，王勝利，
申請(專利權(quán))人：廈門理工學院，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35