本發明專利技術涉及衛星導航技術領域，公開了一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，首先通過國際GNSS服務獲取所需要的觀測數據和產品數據；使用卡爾曼濾波算法對觀測數據和產品數據進行初步狀態估計；根據實時狀態評估及噪聲估計，進行動態調整平滑處理的步長Δt；結合未來的狀態估計進行RTS平滑；在RTS平滑過程中，對參數進行調整，應對不同環境和運動狀態下的變化；本發明專利技術旨在通過自適應的變步長策略，針對不同環境和運動狀態動態調整平滑參數，從而顯著提升精密單點定位系統在復雜環境中的性能和準確性。通過改進的算法，能夠更好地應對動態變化和噪聲干擾，為高精度定位提供了新的解決方案。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及衛星導航，尤其涉及一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法。
技術介紹
1、精密單點定位(ppp)技術是一種基于全球導航衛星系統(gnss)的高精度定位方法，能夠實現厘米級或亞厘米級的定位精度。這種技術被廣泛應用于測繪、無人駕駛、農業、航空航天和工程建設等多個領域，尤其在對位置精度要求極高的應用場合，顯示出其獨特的優勢。
2、然而，ppp技術在動態環境中面臨諸多挑戰，首先，衛星信號的質量受到多種因素的影響，包括天氣變化、地形遮擋和建筑物干擾等，這導致觀測數據中噪聲和誤差的增加，其次，傳統的定位算法，如卡爾曼濾波，在靜態條件下表現出色，但在高動態環境中卻容易出現定位不穩定、誤差累積等問題，特別是在快速移動的情況下，傳統的平滑算法無法有效適應運動狀態的變化，導致最終的定位結果不夠準確。
3、后驗平滑(rts)是一種常用的改進狀態估計方法，它通過結合未來觀測數據對當前狀態進行修正，以提高估計的精度，然而，現有的rts方法通常采用固定的步長進行平滑處理，這一方法無法靈活應對動態環境中的變化，例如，在設備處于加速或減速狀態時，固定步長可能導致平滑效果不佳，從而影響定位精度。
4、為了解決這些問題，研究者們逐步探索自適應平滑算法，以實現更靈活和高效的狀態估計；通過動態調整平滑參數，能夠更好地適應實際運動狀態，從而提高定位的準確性和穩定性；然而，目前的自適應平滑方法在實現上往往較為復雜，并且可能存在響應延遲等缺點，急需進一步研究和改進。
技術實現思路</p>1、本專利技術意在提供一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法，旨在通過自適應的變步長策略，針對不同環境和運動狀態動態調整平滑參數，從而顯著提升精密單點定位系統在復雜環境中的性能和準確性。通過改進的算法，能夠更好地應對動態變化和噪聲干擾，為高精度定位提供了新的解決方案。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供如下方法：
3、本專利技術提供的一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法是：
4、s1：通過國際gnss服務獲取所需要的觀測數據和產品數據；
5、s2：使用卡爾曼濾波算法對所述觀測數據和產品數據進行初步狀態估計；
6、s3：根據實時狀態評估及噪聲估計，進行動態調整平滑處理的步長δt；
7、s4：結合未來的狀態估計進行rts平滑；
8、s5：在所述rts平滑過程中，對參數進行調整，應對不同環境和運動狀態下的變化。
9、優選的，通過國際gnss服務獲取所需要的觀測數據和產品數據；觀測數據是來自全球多個gnss接收站的偽距和載波相位觀測數據，通常以rinex格式存儲，提取出需要的信號列；產品數據包括衛星軌道、鐘差、地殼運動和大氣延遲模型數據，利用這些數據形成初始定位結果。
10、優選的，所述使用卡爾曼濾波算法對所述觀測數據和產品數據進行初步狀態估計的步驟，包括：進行初始化，根據已知的初始條件設定狀態向量，設定協方差矩陣p,以反映對初始狀態估計的不確定性，對角線元素較大則表示較大的不確定性；通過過程噪聲協方差矩陣反映狀態變化過程中的噪聲，觀測所述過程噪聲協方差矩陣描述觀測過程中的不確定性，反映測量誤差；構建狀態轉移方程和觀測方程，所述狀態轉移方程描述系統的動態變化，所述觀測方程描述如何從狀態向量得到觀測值；在每個時間步驟k，進行狀態預測和協方差預測；計算卡爾曼增益、狀態更新及協方差更新。
11、優選的，所述進行初始化，根據已知的初始條件設定狀態向量，設定協方差矩陣p,以反映對初始狀態估計的不確定性，對角線元素較大則表示較大的不確定性的步驟，包括：進行初始化，根據已知的初始條件設定狀態向量：
12、
13、其中，x0,y0,z0為三維空間的位置坐標，vx,vy,vz為三維速度分量，δt為鐘差；
14、設定協方差矩陣p,以反映對初始狀態估計的不確定性，對角線元素較大表示較大的不確定性：
15、
16、優選的，所述通過過程噪聲協方差矩陣反映狀態變化過程中的噪聲，觀測所述過程噪聲協方差矩陣描述觀測過程中的不確定性，反映測量誤差的步驟，包括：
17、過程噪聲協方差矩陣反映了狀態變化過程中的噪聲，可以設為：
18、
19、其中，qx,qy,qz,qvx,qvy,qvz反映了各個狀態變量的過程噪聲強度；
20、觀測噪聲協方差矩陣描述觀測過程中的不確定性，反映測量誤差，可以設為：
21、
22、其中，rx,ry,rz分別表示對應坐標方向的觀測噪聲強度。
23、優選的，所述構建狀態轉移方程和觀測方程，所述狀態轉移方程描述系統的動態變化，所述觀測方程描述如何從狀態向量得到觀測值的步驟，包括：構建狀態轉移方程和觀測方程。狀態轉移方程描述了系統的動態變化，通常用以下形式表示：
24、xk＝fxk-1+wk
25、其中，xk表示k時刻的狀態向量，f表示狀態轉移矩陣，wk為過程噪聲，一般為高斯分布；
26、觀測方程描述了如何從狀態向量得到觀測值，通常用以下形式表示：
27、zk＝hxk+vk
28、其中，zk表示k時刻的觀測向量，h表示觀測矩陣，vk為觀測噪聲，一般為高斯分布。
29、優選的，在每個時間步驟k，進行狀態預測和協方差預測的公式為：
30、狀態預測：xk|k-1＝fxk-1|k-1
31、協方差預測：pk|k-1＝fpk-1|k-1ft+q。
32、計算卡爾曼增益、狀態更新及協方差更新的公式為：
33、k＝pk|k-1ht(hpk|k-1ht+r)-1
34、xk|k＝xk|k-1+k(zk-hxk|k-1)
35、pk|k＝(i-kh)pk|k-1。
36、優選的，所述根據實時狀態評估及噪聲估計，進行動態調整平滑處理的步長δt的步驟，包括：殘差rk表示觀測值與模型預測值之間的差異；由步驟s2中的所述觀測方程可將殘差定義為：
37、rk＝zk-hxk|k
38、殘差|rk|的大小反映定位精度的變化，當|rk|較大時，表示當前的狀態估計與實際觀測存在顯著差異，此時需要更頻繁地更新狀態，若當|rk|較小時，可以適度降低更新頻率，基于殘差rk的大小，設定以下步長調整規則：
39、當|rk|＞γ1時，縮短步長，δt＝δt(1-α)
40、當|rk|≤γ1時，增大步長，δt＝δt(1+α)
41、其中，γ1為殘差容差，設為0.1～0.5，α為調節系數，一般為0.3～0.7。
42、優選的，所述結合未來的狀態估計進行rts平滑的步驟，包括：
43、結合未來的狀態估計進行rts平滑，后驗估計公式為：
44、
45、其中，gkj是平滑增益矩陣，本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述使用卡爾曼濾波算法對所述觀測數據和產品數據進行初步狀態估計的步驟，包括：
4.根據權利要求3所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述進行初始化，根據已知的初始條件設定狀態向量，設定協方差矩陣P,以反映對初始狀態估計的不確定性，對角線元素較大則表示較大的不確定性的步驟，包括：
5.根據權利要求4所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述通過過程噪聲協方差矩陣反映狀態變化過程中的噪聲，觀測所述過程噪聲協方差矩陣描述觀測過程中的不確定性，反映測量誤差的步驟，包括：
6.根據權利要求5所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述構建狀態轉移方程和觀測方程，所述狀態轉移方程描述系統的動態變化，所述觀測方程描述如何從狀態向量得到觀測值的步驟，包括：
7.根據權利要求6所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于：
8.根據權利要求7所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述根據實時狀態評估及噪聲估計，進行動態調整平滑處理的步長Δt的步驟，包括：
9.根據權利要求8所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述結合未來的狀態估計進行RTS平滑的步驟，包括：
10.根據權利要求9所述的一種利用變步長RTS平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述在所述RTS平滑過程中，對參數進行調整，應對不同環境和運動狀態下的變化的步驟，包括：
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【技術特征摘要】
1.一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述使用卡爾曼濾波算法對所述觀測數據和產品數據進行初步狀態估計的步驟，包括：
4.根據權利要求3所述的一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述進行初始化，根據已知的初始條件設定狀態向量，設定協方差矩陣p,以反映對初始狀態估計的不確定性，對角線元素較大則表示較大的不確定性的步驟，包括：
5.根據權利要求4所述的一種利用變步長rts平滑分析精密單點定位的方法，其特征在于，所述通過過程噪聲協方差矩陣反映狀態變化過程中的噪聲，觀測所述過程噪聲協方差矩陣描述觀測過程中的不確定性，反映測量誤差的步驟，包括：
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐鵬，趙婷，尉明霞，陳先全，李琦，
申請(專利權)人：重慶郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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