1.一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:对卫星导航数据进行预处理,导入卫星星历、当前历元伪距观测值和当前历元相位观测值;
步骤2:建立GLONASS系统双差伪距观测方程和GLONASS系统双差载波相位观测方程,线性化后得到单历元法方程或与之前历元累加法方程;
步骤3:根据粒子值改正法方程中的相位频间偏差,解算单历元法方程或与之前历元累加法方程;进行模糊度固定,输出对应粒子的RATIO值;建立关于RATIO值的似然函数,用函数值进行粒子滤波权更新,根据带权值的粒子值,计算相位频间偏差率的数值及粒子均方根;
步骤4:重复步骤1-3,实时追踪相位频间偏差率的数值,实现实时追踪;重复步骤1-3,待滤波收敛后,通过相位频间偏差率的数值在观测值或法方程中改正相位频间偏差,固定整周模糊度,实现精密定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤3具体过程如下:(1)采样产生初始粒子集 对于第k个时刻,粒子集由上一时刻滤波结果生成;
其中,x为粒子数值,w为粒子对应权值,N为粒子个数,i=1,2,…N为粒子序号;
(2)根据粒子值改正步骤1中的观测值方程和步骤2中的法方程中的相位偏差;解算单历元法方程或与之前历元累加法方程;通过LAMBDA法进行模糊度固定,并输出对应粒子的RATIO值;
(3)建立关于RATIO值的似然函数,用函数值进行粒子滤波权更新,并标准化粒子权值,作为新的粒子权值;
(4)根据下式计算粒子的期望值作为相位偏差的估值
根据下式计算粒子的方差
(5)判断粒子滤波是否收敛,实时追踪时,判断均方根是否小于设定阈值stdthd,若是则输出相位偏差的估值和粒子的方差作为估值结果,之后进入步骤(7),若否则直接进入步骤(7);
(6)判断粒子滤波是否收敛,精确估计时,判断均方根是否小于设定阈值std2thd,若是则输出相位偏差的估值和粒子的方差作为估值结果,退出滤波,进入步骤4,若否则进入步骤(7);
(7)根据更新的权值重新采样,转入步骤(8);
(8)在精确估计时,判断均方根是否小于设定阈值std1thd,若是则对重采样的粒子实施正则化,转入步骤(10),若否则转入步骤(9);在实时追踪时,直接转入步骤(9);
(9)根据系统方程及系统噪声,预计下一时刻粒子,对重采样的粒子实施离散化:式中:e为离散化时所加的随机噪声;
(10)根据系统方程及系统噪声,推算下一历元的粒子值,转入步骤1。
3.根据权利要求2所述的一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤(3)粒子滤波权更新过程如下:S1:建立似然函数与RATIO之间的函数关系:
式中:f(RATIO)是关于RATIO值的函数;
S2:根据建立的函数关系和第i个粒子对应的RATIO值RATIOi计算对应粒子的似然函数值S3:将似然函数值与对应粒子的权值相乘,获得更新后的粒子权S4:标准化粒子权值,即将每个粒子的权与所有粒子权之和的比值,作为新的粒子权值
4.根据权利要求2所述的一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤(7)中重新采样过程如下:S11:根据序号累加粒子权值,获得各粒子的累积分布函数值集:S12:计算所需粒子数Nk+1:
式中: n为单元方差对应的粒子个数, 为最小粒子个数;
S13:生成均匀的或随机的累积分布函数值:
S14:依次将粒子序号对应的累积分布函数值,和均匀或随机的累积分布函数值进行对比;对于m=1,i=1,如 则删除第i个粒子,i=i+1,否则复制第i个粒子到新的粒子集,m=m+1;直到m=Nk+1,得到新的粒子集为S15:设置新的粒子集为等权:
得到新的粒子集及权值。
5.根据权利要求2所述的一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤(8)中正则化的过程如下:S21:确定粒子正则化的核函数:
式中:nx为未知向量的维数,当x是标量时值为1; 为nx空间单元球体的体积;
S22:根据粒子滤波中的维数计算最优带宽hopt:S23:根据粒子方差计算均方根
S24:对核函数不为零部分采样,产生集合 根据采样值,最优带宽和均方根,根据下式获得新的粒子值:
6.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤2中单历元法方程或与之前历元累加法方程建立过程如下:GLONASS系统伪距非差观测方程为:
GLONASS系统相位非差观测方程为:
式中:i为卫星序号,a为观测站序号,P为GLONASS卫星的非差伪距观测值,Φ为GLONASS卫星的非差相位观测值,c为光速,δta为GLONASS观测站接收机钟差,ρ为观测站到GLONASS卫星之间的距离,δti为GLONASS卫星钟差,dia为接收机端伪距硬件延迟,di为GLONASS卫星i端伪距硬件延迟,I为电离层延迟误差,T为对流层延迟误差,ε为伪距观测值的观测噪声,μa为接收机端相位硬件延迟,μi为GLONASS卫星端相位硬件延迟,λi为第i颗卫星的载波波长,Nia为整周模糊度,ζ为相位观测值的观测噪声。
对上述观测值进行双差组合,消除卫星钟差,接收机钟差,改正电离层延迟误差和对流层延迟误差;得到GLONASS系统双差伪距观测方程:GLONASS系统双差载波相位观测方程:
式中:b为双差观测值的另一测站的测站号,j为组成双差观测值的另一GLONASS卫星的卫星号;
GLONASS系统双差伪距观测方程和GLONASS系统双差载波相位观测方程线性化后可转化为:v=Ax+Db+Cγ+l
式中:x为除模糊度和频间偏差外其他未知量包括测站坐标分量组成的矢量,b为接收机间单差模糊度未知数矢量,γ为频间偏差未知量,A、D和C分别为未知量对应系数矩阵,l为常数项矢量,P为权矩阵,v为观测值残差矢量。
根据线性化方程可可单历元法方程或与之前历元累加法方程: