一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航定位技術(shù)。本發(fā)明的方法首先針對觀測質(zhì)量較好的衛(wèi)星逐一采用偽距觀測值來探測與修復大周跳，再利用雙頻載波相位觀測值進行小周跳探測與修復，對上一步的處理結(jié)果進行整體最小二乘估計，剔除殘余的周跳；再利用無周跳影響的相位觀測值估算出兩個歷元間的接收機位移向量和鐘差變化，以及周跳未處理的衛(wèi)星的載波相位觀測值進行觀測條件較差的衛(wèi)星的周跳探測與修復。本發(fā)明的有益效果為，可用于動態(tài)環(huán)境下的低高度角衛(wèi)星的周跳探測與修復，具有較高的可靠性，尤其是在高頻數(shù)據(jù)的周跳探測與修復中具有明顯的優(yōu)勢。本發(fā)明尤其適用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法。
【專利說明】一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航定位技術(shù)，具體的說是涉及一種單站動態(tài)GNSS載波相位測量中的雙頻觀測值的周跳探測與修復方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是全球各類衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱，目前正在運行的三個主要定位導航系統(tǒng)包括美國的GPS (全球定位系統(tǒng))，俄羅斯的GL0NASS (全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM)，以及我國的BDS(北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng))。GNSS定位技術(shù)由于具有全天候、全球覆蓋和高精度定位的特點而得到廣泛關(guān)注，并已廣泛用于測繪、航天航空、陸上交通、勘探、授時、海洋以及軍事等行業(yè)。我國北斗衛(wèi)星系統(tǒng)目前已處于運行初期，國產(chǎn)衛(wèi)星導航定位服務具有巨大的應用前景。按觀測值類型的不同，GNSS定位技術(shù)可分為偽距定位與載波相位定位。偽距定位算法簡單，但定位精度受限于偽距觀測值精度，通常只能提供分米級、米級的定位服務。為了實現(xiàn)厘米級甚至毫米級的定位精度，必須采用毫米級觀測精度的載波相位觀測值進行定位。然而，GNSS接收機只能觀測到載波相位觀測值不足一周的部分，并通過整周計數(shù)器記錄從初始時刻開始累積觀測到的整周數(shù)變化，因此GNSS載波相位定位存在初始整周模糊度和周跳處理兩個關(guān)鍵問題，本發(fā)明主要針對GNSS載波相位觀測值的周跳處理問題而提出。
[0003]在GNSS定位過程中，當信號受干擾或遮擋而引起衛(wèi)星信號失鎖時，接收機整周計數(shù)將發(fā)生跳變或中斷，這種現(xiàn)象稱為周跳。GNSS載波的波長一般為19至25厘米，由此可見，即使是一周的周跳也將會帶來不容忽視的定位誤差，正確探測與修復周跳是GNSS載波相位測量必須解決的問題。目前常用的方法有高次差法、多項式擬合法、電離層殘差法以及整體最小二乘法等，前兩者主要用于靜態(tài)情況下的周跳探測，后兩者在動態(tài)定位環(huán)境下的周跳處理中得到較廣泛的應用，但這些方法仍然存在一定的不足，表現(xiàn)在:(I)電離層殘差法無法直接定位周跳發(fā)生的頻率，即該方法還需進一步判斷周跳發(fā)生在哪個頻率上，且對組合周跳還需做進一步的處理；(2)電離層周跳探測方法受多路徑等殘差影響較為顯著，因此該方法不適用于衛(wèi)星高度角較低的情況；(3)當有多顆衛(wèi)星發(fā)生周跳時，整體最小二乘法無法直接定位周跳發(fā)生的位置，需要多次預算才能得出最終的結(jié)果，方法解算效率低。本專利針對以往周跳探測修復方法的不足，提出了一種適用于動態(tài)情況下的單站雙頻多星座GNSS的周跳探測與修復方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]a.將衛(wèi)星高度角大于預設高度角HO的衛(wèi)星標記為A類衛(wèi)星，其他衛(wèi)星標記為非A類衛(wèi)星；
[0006]b.獲取A類衛(wèi)星的觀測值，對A類衛(wèi)星依次利用偽距與相位觀測值相減來探測與修復大周跳，再利用雙頻相位觀測值進行小周跳修復處理，并判斷是否修復成功，若是，則進入步驟C，若否，則將修復失敗的A類衛(wèi)星標記為非A類衛(wèi)星；
[0007]c.對全部的A類衛(wèi)星進行整體最小二乘估算，判斷是否存在殘余周跳，若是，則將最大殘差值對應的衛(wèi)星標記為非A類衛(wèi)星并重復步驟C，若否，則進入步驟d ；
[0008]d.根據(jù)步驟c中最小二乘估算得到的參數(shù)向量，獲取其中的兩個歷元之間接收機的位移向量和鐘差的變化參數(shù)，并進入步驟e ;
[0009]e.獲取非A類衛(wèi)星的觀測值，并根據(jù)步驟d中得出的兩個歷元之間接收機的位移向量和鐘差的變化量計算得出所有非A類衛(wèi)星的殘差值，根據(jù)非A類衛(wèi)星的殘差值判斷非A類衛(wèi)星是否修復成功，若是，則標記為周跳，若否，則標記為粗差，結(jié)束。
[0010]本發(fā)明總的技術(shù)方案，首先針對觀測質(zhì)量較好的衛(wèi)星逐一采用偽距觀測值來探測與修復大周跳，再利用雙頻載波相位觀測值進行小周跳探測與修復，對上一步的處理結(jié)果進行整體最小二乘估計，剔除殘余的周跳；再利用無周跳影響的相位觀測值估算出兩個歷元間的接收機位移向量和鐘差變化，以及周跳未處理的衛(wèi)星的載波相位觀測值進行觀測條件較差的衛(wèi)星的周跳探測與修復，其中大周跳為載波I上大于4周，載波2上大于3周的周跳；小周跳未載波I上小于或等于4周的周跳，載波2上小于或等于3周的周跳。具體的，所述觀測值為載波相位觀測值，步驟b還包括以下步驟:
[0011]bl.假設載波相位觀測值為0 載波的波長為λ i，周跳為Ci,Λ代表歷元間的差分；i=l，2，代表不同的頻率，可得出頻率2的周跳
【權(quán)利要求】
1.一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法，其特征在于，包括以下步驟: a.將衛(wèi)星高度角大于預設高度角HO的衛(wèi)星標記為A類衛(wèi)星，其他衛(wèi)星標記為非A類衛(wèi)星； b.獲取A類衛(wèi)星的觀測值，對A類衛(wèi)星依次利用偽距與相位觀測值相減來探測與修復大周跳，再利用雙頻相位觀測值進行小周跳修復處理，并判斷是否修復成功，若是，則進入步驟C，若否，則將修復失敗的A類衛(wèi)星標記為非A類衛(wèi)星； c.對全部的A類衛(wèi)星進行整體最小二乘估算，判斷是否存在殘余周跳，若是，則將最大殘差值對應的衛(wèi)星標記為非A類衛(wèi)星并重復步驟C，若否，則進入步驟d ； d.根據(jù)步驟c中最小二乘估算得到的參數(shù)向量，獲取其中的兩個歷元之間接收機的位移向量和鐘差的變化參數(shù)，并進入步驟e ; e.獲取非A類衛(wèi)星的觀測值，并根據(jù)步驟d中得出的兩個歷元之間接收機的位移向量和鐘差的變化量計算得出所有非A類衛(wèi)星的殘差值，根據(jù)非A類衛(wèi)星的殘差值判斷非A類衛(wèi)星是否修復成功，若是，則標記為周跳，若否，則標記為粗差，結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法，其特征在于，所述觀測值為載波相位觀測值，步驟b還包括以下步驟: bl.假設載波相位觀測值為爐,.，載波的波長為λ i，周跳為Ci,Λ代表歷元間的差分；i=l，2，代表不同的頻率；可得出頻率2的周跳C2 = ((Αφι/Xi)f +e)I((A2 -\)l4)，其中e包括2個候選值，分別為O或者±1，為±I時取值的符號與-Ap2I2//L1),值的符號相反，(x)f代表取X的小數(shù)部分的運算；b2.分別根據(jù)e的兩個候選值得出兩個C2的值，根據(jù)C2的整數(shù)特性，取更接近于整數(shù)的C2作為其計算得出的周跳值，構(gòu)建dC= IC2-(C2)ffiraJ，其中Omind代表四舍五入取整運算，結(jié)合誤差傳播定律可得出C2的中誤差δ C2為:SC2 = yjS； +(A2 / A1)2δ?; /((A2-X1)/λ,),其中S 1、δ 2分別為載波I和載波2歷元間差分的相位觀測值中誤差； b3.判斷dC≤3 SC2是否成立，若是，則周跳修復成功，并且(C2)mind為所修復的載波2周跳，若否，則周跳修復失敗，并將修復失敗的A類衛(wèi)星標記為非A類衛(wèi)星。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法，其特征在于，步驟c還包括以下步驟: Cl.對A類衛(wèi)星的歷元間差分的載波相位觀測值進行整體平差，估算兩個歷元之間接收機的位移向量dX，dY, dZ，以及鐘差的變化dT，得誤差方差為:L = ￡4Xx「，其中L=Δ φ? A1-AR-ClT, X = [dXdYdZdT]T，B為系數(shù)矩陣，R為接收機至衛(wèi)星的距離，η為A類衛(wèi)星的總個數(shù)，利用最小二乘參數(shù)估計方法得出待估參數(shù)向量X、A類衛(wèi)星相位觀測值的殘差向量VA，并利用公式5；=小,! V /(/卜4)計算驗后單位權(quán)中誤差Stl ； c2.判斷Va中最大的殘差是否大于，若是，則將對應的衛(wèi)星從A類衛(wèi)星中剔除，回到步驟Cl，若否，則A類衛(wèi)星所有的周跳修復完成，進入步驟d。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的動態(tài)周跳探測與修復方法，其特征在于，步驟e還包括: 根據(jù)公式
【文檔編號】G01S19/37GK103529462SQ201310495286
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】馮威, 周樂韜, 黃丁發(fā), 朱東偉 申請人:西南交通大學