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专利号: 2020105994377
申请人: 北京建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种GNSS单历元双差整周模糊度快速确定方法,所述方法包括:卫星筛选分级处理步骤,对单历元的所有观测卫星进行筛选分级,分为参考卫星、I类卫星和II类卫星,I类卫星是卫星空间几何分布相对较佳的预定数量的卫星,II类卫星是参考卫星和I类卫星之外的卫星,是卫星空间几何分布相对较差的卫星;

双差载波相位观测方程建立步骤,建立I类卫星对的双差载波相位观测方程和II类卫星对的双差载波相位观测方程;

I类卫星对局部解算步骤,解算检核所述的I类卫星对的双差整周模糊度,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,再解算I类卫星对可用于定位的局部解;

II类卫星对双差整周模糊度确定步骤,将所述I类卫星对用于定位的局部解代入到II类卫星对的双差载波相位观测方程,取整解算II类卫星对的双差整周模糊度;以及GNSS单历元双差整周模糊度快速确定步骤,根据I类卫星对的双差整周模糊度和II类卫星对的双差整周模糊度,确定GNSS单历元双差整周模糊度,其中,在所述双差载波相位观测方程建立步骤,如下地建立I类卫星对的双差载波相位观测方程:以及如下地建立II类卫星对的双差载波相位观测方程:

其中,s为I类卫星对的总数,j1表示I类卫星,j1=1,2,…,s,k为II类卫星对的总数,j2表示II类卫星,j2=1,2,…,k,i表示参考卫星,λ为频率信号的波长,下标b表示基准站,下标m表示监控站, 表示I类卫星对的双差载波相位观测值, 表示I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差, 和 表示I类卫星对的卫地距方向余弦系数, 表示I类卫星对的双差整周模糊度, 表示II类卫星对的双差载波相位观测值, 表示II类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,和 表示II类卫星对的卫地距方向余弦系数, 表示II类卫星对的双差整周模糊度, 和 为监控站m的三维坐标改正数,1+s+k为正整数,指本历元观测的卫星的总数。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,卫星筛选分级处理步骤包括:首先,将卫星高度角最大的卫星确定为参考卫星;

其次,针对参考卫星之外的卫星,按照两两相邻卫星进行卫星方位角差比较,得到卫星方位角差最小的两颗卫星,保留这两颗卫星中卫星高度角小的卫星,然后重复,得到预定数量的卫星确定为I类卫星;

最后,将剩余卫星确定为II类卫星。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述I类卫星对局部解算步骤中,如下地解算检核I类卫星对的双差整周模糊度:步骤S1,确定主频率信号和辅频率信号,

将GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的第一频率信号,或者所述第一频率信号与第二频率信号和/或第三频率信号进行多频率信号的线性组合而形成的组合频率信号,确定为主频率信号,而将所述主频率信号之外的第二频率信号或第三频率信号或组合频率信号确定为辅频率信号,GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的第一频率信号是GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的主要频率信号;

步骤S2,建立主频率信号的双差载波相位观测方程和辅频率信号的双差载波相位观测方程,如下地建立主频率信号的双差载波相位观测方程和辅频率信号的双差载波相位观测方程:其中,λ为频率信号的波长,包括主频率信号和辅频率信号的波长,当λ为主频率信号的波长时,建立的为主频率信号的双差载波相位观测方程,当λ为辅频率信号的波长时,建立的为辅频率信号的双差载波相位观测方程,其中,下标b表示基准站,下标m表示监控站,上标i表示卫星高度角最大的参考卫星,上标j表示除所述参考卫星之外的卫星,j1=1,2,…,s, 为I类卫星对的双差载波相位观测值, 为I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差, 和 为I类卫星对的卫地距方向余弦系数, 为I类卫星对的双差整周模糊度, 和为监控站m的三维坐标改正数,s是正整数,指本历元观测卫星中I类卫星对的总数;

步骤S3,利用辅频率信号的双差载波相位观测方程,确定主频率信号的双差整周模糊度的候选组,如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的候选组:

首先,如下地计算辅频率信号的双差整周模糊度的初值:

其中, 为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的初值, 为辅频率信号fFu的站星间距离观测值与卫地距差之差, 为辅频率信号fFu的双差载波相位观测值, 为辅频率信号fFu的波长;

其次,利用所述初值,确定辅频率信号的双差整周模糊度的候选值:针对卫星对i和j1,

其中,i表示参考卫星,j1为I类卫星,j1=1,2,...,s,ELength指I类卫星对i和j1的误差带的 带 长 , 为 辅频 率 信 号f F u的 双差 整 周模 糊 度的 候 选 值 ,w为候选值个数;

再次,利用如下地关系式,将 的 确定为主频率信号fZhu的双差整周模糊度的候选值:

其中:

其中,u为误差带, 为主频率信号fZhu经站星间双差后的残余误差及测量噪声, 为辅频率信号fFu经站星间双差后的残余误差及测量噪声, 为主频率信号的波长, 为辅频率信号的波长, 为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的候选值,EWide指I类卫星对i和j1的误差带的带宽, 为主频率信号fZhu的双差整周模糊度候选值, v为候选值个数;

最后,I类卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选值如下地表示:对所述候选值进行 组排列组合,获得I类卫

星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选组,t表示候选组总数;

步骤S4,利用主频率信号的双差载波相位观测方程,对所述候选组进行显著性检验,将通过显著性检验的候选组确定为最优组,如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的最优组:

首先,将主频率信号的双差整周模糊度的t组候选组依次代入主频率信号的双差载波相位观测方程中,根据最小二乘间接平差原理,对应的主频率信号的双差载波相位观测方程的误差方程为:写成矩阵形式为:

其中,

下标b表示基准站,下标m表示监

控站,上标i表示卫星高度角最大的参考卫星,上标j1表示I类卫星,j1=1,2,...,s,为I类卫星对的双差载波相位观测值, 为主频率信号的波长, 为I类卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选组; 为I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差, 和 为卫地距方向余弦系数, 为I类卫星对的双差载波相位观测值的残差, 为主频率信号的双差载波相位观测方程的常数项, 和 为监控站m的三维坐标改正数;

其次,根据最小二乘参数估计方法,如下地计算主频率信号的双差载波相位观测方程的单位权方差因子:其中:s为I类卫星对的总数,P为I类卫星对的双差载波相位观测值的权矩阵;

由 t组 候选组 ,可以计算 获得t 个单位权 方差因 子,用集 合表示 为接着,对集合{Ω}中的元素进行从小到大排序,获得集合{Ω}={Ω1Ω2…Ωt},构造显著性检验值:将ratio>R的Ω1所对应的双差整周模糊度的候选组确定为最优组,即 其中R=1.8~3;

步骤S5,利用主频率信号的双差载波相位观测方程,确定主频率信号的双差整周模糊度的取整组,如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的取整组:

首先,将所确定的主频率信号的双差整周模糊度的最优组 代入主频率信号的双差载波相位观测方程,采用最小二乘参数间接平差方法,计算获得监控站m的三维坐标改正数,并将三维坐标改正数代回主频率信号的双差载波相位观测方程,如下地解算主频率信号的双差整周模糊度的实数解:然后,将实数解按照“四舍六入、遇五奇进偶不进”原则取整运算,如下地获得主频率信号的双差整周模糊度的取整组:其中, 为主频率信号的双差整周模糊度的整数组;

步骤S6,检核所述最优组和所述取整组的一致性,

如下地检核主频率信号的双差整周模糊度的所述最优组与所述取整组的一致性:针对I类卫星对i和j1的双差整周模糊度,判断最优组中的 与取整组中是否相等,j1=1,2,…,s…;

如果 则判定为I类卫星对的双差整周模糊度解算检核通过,表示卫星对i和j1的双差整周模糊度解算成功;

如果 则判定为I类卫星对的双差整周模糊度解算检核不通过,表示卫星对i和j1的双差整周模糊度解算失败;

步骤S7,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,即:

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,如果在步骤S6中,I类卫星对的双差整周模糊度解算检核不通过,则所述方法还包括:更新I类卫星和II类卫星,将所述的双差整周解算成功的卫星j1保留在I类卫星中,将所述的双差整周模糊度解算失败的卫星j1归入II类卫星中,更新I类卫星对的双差载波相位观测方程:

其中:s1≤s

以及更新II类卫星对的双差载波相位观测方程:

其中:k2≥k

其中,s1为更新的I类卫星对的总数,s为原I类卫星对的总数,j1表示I类卫星,j1=1,

2,…,s1,k2为更新的II类卫星对的总数,k为原II类卫星对的总数,j2表示II类卫星,j2=1,

2,…,k2,i表示参考卫星,λ为频率信号的波长,下标b表示基准站,下标m表示监控站,表示I类卫星对的双差载波相位观测值, 表示I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差, 和 表示I类卫星对的卫地距方向余弦系数, 表示I类卫星对的双差整周模糊度, 表示II类卫星对的双差载波相位观测值,表示II类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差, 和表示II类卫星对的卫地距方向余弦系数, 表示II类卫星对的双差整周模糊度, 和 为监控站m的三维坐标改正数,1+s1+k2为正整数,指本历元观测的卫星的总数,1+s1+k2=1+s+k。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如下地解算I类卫星对可用于定位的局部解:将所述的检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度代入到重新建立的I类卫星对的双差载波相位观测方程,利用最小二乘参数估计方法解算得到I类卫星对可用于定位的局部解。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在所述II类卫星对双差整周模糊度确定步骤中,如下地解算II类卫星对的双差整周模糊度的实数解:然后,将实数解按照“四舍六入、遇五奇进偶不进”原则取整运算,如下地获得频率信号的双差整周模糊度的取整组:其中, 为II类卫星对的双差整周模糊度的整数解。

7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,如下地确定EWide:其中:Lbm为基准站b与监控站m之间形成的基线长度。

8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,如下地确定ELength:其中:σ为GNSS单历元伪距差分观测值的中误差, 为辅频率信号的波长,l=2~5,int(·)表示取整运算。

9.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述预定数量根据GNSS接收机采样间隔如下地确定:其中,SatNum为所述预定数量,T为GNSS接收机采样间隔, F为GNSS接收机采样率。