CN101403792B - 动态模糊度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模糊度确定方法，尤其是涉及一种动态模糊度确定方法。本发明用LAMBDA方法搜索出多组模糊度，然后用备选组合的残差平方和检验，增加了模糊度确定的可靠性；本发明用已知的宽巷模糊度和L1模糊度表示无电离层模糊度组合进行模糊度搜索，既消除了电离层一阶项的影响，又使搜索的模糊度具有整周特性，因此扩大了模糊度搜索的距离；充分利用了长距离模糊度动态快速确定的各种条件，加快了模糊度搜索。

Description

动态模糊度确定方法

技术领域

本发明涉及一种模糊度确定方法，尤其是涉及一种动态模糊度确定方法。

背景技术

目前，GNSS高精度快速动态定位应用非常广泛，其中快速动态模糊度解算是高精度定位的关键。国内外很多学者对快速动态模糊度解算做了大量的研究，并得到了很多实用的方法。Hatch提出的双频P码法和最小二乘搜索算法。陈小明提出了附加模糊度参数的卡尔曼滤波法，该方法将模糊度参数考虑为滤波器的状态，使用初始历元的双差模糊度实数解估值和协方差阵作为初值，然后通过卡尔曼滤波器，逐渐解算出正确的模糊度实数解。高星伟提出了一种单历元流动站整周模糊度搜索法，其基本思想是不解方程组，直接利用模糊度为整数和双频模糊度之间存在线性关系进行搜索。孙红星根据双频数据的内在关系和统计特性，提出了一种单历元模糊度解算方法-双频数据相关法(Dual Frequency Correlation Method)。喻国荣在GPS动动定位中引入了双空间搜索算法，该算法主要利用有轨信息模型和无轨信息模型的差异，分别构建模糊度搜索空间，同时通过两个投影变换，形成一个模糊度搜索椭圆，按照两种投影方式，交替搜索出模糊度。

荷兰Delft大学的Teunissen教授于1993年提出了LAMBDA(TheLeast-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment)方法，该方法充分利用了模糊度浮点解协因数阵的非对角元素，缩小了模糊度的搜索空间，加快了模糊度的搜索速度。LAMBDA方法确定模糊度的过程是：1)求解模糊度的浮点解和协因数阵；2)基于整数最小二乘原理搜索出最佳模糊度组合和一个表征模糊度可靠性的Ratio值；3)判断模糊度是否搜索成功。但如果仅使用C/A码伪距观测值和L1载波相位观测值，LAMBDA方法单历元模糊度的成功率不高。

以上模糊度求解方法都认为双差观测值的残余误差非常小，其影响忽略不计，因此对于短基线(15公里以内)模糊度确定的成功率非常高。对于中长基线(20～100km)，由于双差观测值的残余电离层和对流层误差非常大，多数已经超过了L1的半个波长。如果不对这些误差进行处理，就直接确定模糊度的成功率太低，实用价值不高。

发明内容

本发明主要是解决现有技术动态确定模糊度的基线距离较短(一般15km)的问题；提供了一种能快速动态确定中长距离模糊度的方法。

本发明还有一目的是解决现有技术直接确定L1，L2载波相位的模糊度所存在的速度慢、可靠性不高等的技术问题；提供了一种先确定宽巷模糊度然后再确定L1，L2载波相位的快速可靠性高的模糊度确定方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

动态模糊度确定方法，其特征在于：

首先，确定宽巷模糊度，具体步骤如下：

步骤1.1，由历元采集单元采集新的历元，计算出宽巷观测值、MW组合观测值以及无电离组合观测值；

步骤1.2，由坐标参数消元单元一对上述宽巷观测值以及MW组合观测值组成关于宽巷模糊度和坐标参数的方程进行坐标参数消元；

步骤1.3，由浮点解获取单元解求出上述参数消元后的宽巷模糊度的浮点解；

步骤1.4，由宽巷模糊度搜索单元对上述浮点解进行搜索，搜索出模糊度及相应模糊度组合的Ratio值；

步骤1.5，宽巷模糊度确定单元针对上述模糊度及相应模糊度组合的Ratio值，确定出模糊度；

然后，确定L1/L2模糊度，具体步骤如下：

步骤2.1，由坐标参数消元单元二对步骤1.1中无电离层组合观测值和宽巷观测值的关于坐标参数和无电离层组合的模糊度的观测方程进行坐标参数消元；

步骤2.2，由参数替代单元将L1模糊度和上述已经确定的宽巷模糊度替代无电离层组合模糊度为搜索参数；

步骤2.3，由L1浮点解获取单元测取出L1模糊度的浮点解；

步骤2.4，由L1/L2模糊度的模糊度搜索单元对步骤2.3中获取的L1浮点解进行搜索，搜索出L1模糊度及该模糊度组合的Ratio值；

步骤2.5，L1/L2模糊度确定单元针对步骤2.4中搜索出的L1模糊度及该模糊度组合的Ratio值，确定出模糊度。

在上述的动态模糊度确定方法，所述的步骤1.1中，对于多组新的历元，所述的步骤1.2中的MW组合观测值由MW平均求解单元测取出的MW平均组合观测值替代，所述的步骤1.2中宽巷观测值由宽巷平均求解单元测取出宽巷平均值替代。

因此，本发明具有如下优点：1.用LAMBDA方法搜索出多组模糊度，然后用备选组合的残差平方和检验，增加了模糊度确定的可靠性；2.用已知的宽巷模糊度和L1模糊度表示无电离层模糊度组合进行模糊度搜索，既消除了电离层一阶项的影响，又使搜索的模糊度具有整周特性，因此扩大了模糊度搜索的距离；3.充分利用了长距离模糊度动态快速确定的各种条件，加快了模糊度搜索。

附图说明

图1是本发明工作流程图；

图2是本发明实施例的双差整周模糊度参考值(由Bernese5.0计算得到)；

图3是本发明实施例的宽巷模糊度搜索结果；

图4是本发明实施例的L1模糊度搜索结果；

图5是本发明实施例的L1，L2模糊度线性关系得出的L2模糊度的误差值。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一种动态模糊度确定方法，具体步骤为：

首先，确定宽巷模糊度，具体步骤如下：

步骤1.1，由历元采集单元采集新的历元，并计算其宽巷观测值、MW组合观测值以及无电离组合观测值；

步骤1.2，由坐标参数消元单元一对上述宽巷观测值以及MW组合观测值组成关于宽巷模糊度和坐标参数的方程进行坐标参数消元；

用消元算法消除宽巷观测方程中的坐标参数后，可以得到如方程(1)所示的仅以宽巷模糊度为参数Y的观测方程：

$\left[\begin{array}{c}I\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{WL}}\\ \tilde{B}\end{array}\right]Y=\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{MW}}\\ L_{\mathrm{WL}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，

为的宽巷观测值的系数矩阵，λ_WL为宽巷观测值的波长，Y为模糊度向量，I为单位阵，I_MW为Melbourne-Wübbena组合观测值，L_WL为以米为单位的宽巷观测值。

单个历元的条件下，可以直接用方程(1)求解浮点解。对多个历元求解的话，L_MW为所有历元Melbourne-Wübbena组合观测值求出宽巷模糊度的平均值，宽巷观测值部分则用法方程叠加或序贯最小二乘平差的方法求取浮点解。

步骤1.3，由浮点解获取单元测取出上述参数消元后的宽巷模糊度的浮点解；

步骤1.4，由宽巷模糊度搜索单元对上述浮点解进行搜索，搜索出模糊度及相应模糊度组合的Ratio值；

步骤1.5，宽巷模糊度确定单元针对上述模糊度及相应模糊度组合的Ratio值，确定出模糊度；

将上述搜索出模糊度代入关于宽巷观测值的观测方程中，计算出残差平方和。

宽巷模糊度确定成功的判断标准：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Ratio}>M\\ V_{\mathrm{WL}}^T{\mathrm{PV}}_{\mathrm{WL}}==\min \end{array}\right.---\left(2\right)$

其中M为一个定义的正数一般大于3.0，V为残差，min为最小值。

然后，确定L1/L2模糊度，具体步骤如下：

步骤2.1，由坐标参数消元单元二对步骤1.1中无电离层组合观测值和宽巷观测值的关于坐标参数和无电离层组合的模糊度的观测方程进行坐标参数消元；

步骤2.2，由参数替代单元将L1模糊度和上述已经确定的宽巷模糊度替代无电离层组合模糊度为搜索参数；

步骤2.3，由L1浮点解获取单元测取出L1模糊度的浮点解；

步骤2.4，由L1/L2模糊度的模糊度搜索单元对步骤2.3中获取的L1浮点解进行搜索，搜索出L1模糊度及该模糊度组合的Ratio值；

步骤2.5，L1/L2模糊度确定单元针对步骤2.4中搜索出的L1模糊度及该模糊度组合的Ratio值，确定出模糊度。

当宽巷组合观测值模糊度固定后，通过已知的宽巷观测值的模糊度求出L1/L2观测值的模糊度，重新建立方程。由宽巷观测值的模糊度与L1/L2观测值的模糊度的关系为：

N₁＝N_WL+N₂                                 (3)

又因为无电离层载波相位组合的模糊度为：

$N_{\mathrm{LC}}=N_1-\frac{f_2}{f_1}{N}_2---\left(4\right)$

代式(3)入式(4)中有：

$N_{\mathrm{LC}}=N_1-\frac{f_2}{f_1}(N_1-N_{\mathrm{WL}})=\frac{f_1-f_2}{f_1}{N}_1+\frac{f_2}{f_1}{N}_{\mathrm{WL}}---\left(5\right)$

代式(5)入载波相位无电离层组合的观测方程就可以得到关于N₁的观测方程。为了能够利用多个历元同时求解模糊度，用消元法消去每个历元的坐标参数，则只剩下模糊度参数，

为新的系数矩阵。同时，可以由宽巷伪距计算出当前历元的坐标，然后反算出N₁的模糊度，作为一个虚拟的L₁模糊度观测值放入观测方程中。可以得到如下仅以L₁模糊度为参数Y的观测方程：

$\left[\begin{array}{c}I\·{\mathrm{\λ}}_{L1}\\ \tilde{B}\end{array}\right]Y=\left[\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{WL}}\\ L_{\mathrm{LC}}\end{array}\right]---\left(6\right)$

方程(6)中，

为新的系数矩阵，λ_L1为L₁载波观测值的波长，Y为模糊度向量，I为单位阵，L_WL为由宽巷伪距计算出当前历元的坐标，然后反算出N₁的模糊度，作为一个虚拟的L₁模糊度观测值，L_LC为以米为单位的无电离层组合观测值。其中，使用无电离层组合观测值的目的是为了消除长距离条件下电离层一阶项的影响，采用L₁模糊度参数Y作为估计参数的目的是利用L₁模糊度的整数特性，有利于搜索。

按照(6)方程，求解单个或多个历元的可以得到L₁模糊度的浮点解和协因数阵。然后LAMBDA方法就可以搜索出多组模糊度及Ratio值，搜索多组模糊度的目的是为了比较模糊度备选组的残差平方和(SOSR)。同时，为了去除电离层延迟的影响，通常采用无电离层组合观测值的残差平方和进行比较。按照式(3)可以分别计算出每组搜索出来的L₁模糊度N₁对应的L₂模糊度N₂。最后按照下面的标准来确定模糊度：

将上述步骤2.5搜索出模糊度及相应模糊度组合代入无电离层组合观测值的观测方程中，计算出残差平方和代入到L1观测值和L2观测值的线性关系的式中，计算L2模糊度的残差值(kN₂+b)-N₁。

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Ratio}>M\\ V_{\mathrm{LC}}^T{\mathrm{PV}}_{\mathrm{LC}}==\min \\ (k{N}_2+b)-N_1<\mathrm{\&delta;}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中M为一个定义的正数一般大于3.0，V为残差，min为最小值，δ为一个给定的正数，范围为0.1-0.5，(kN₂+b)-N₁的为模糊度N₂和模糊度N₁的关系，其中k和b为常数。

该算例为2005年05月13日分别在广东东莞的麻涌和塘厦镇用Trimble7500接收机以1秒采样间隔采集的数据，基线长度约为59.7km，属于低纬度地区。由高精度静态数据处理软件Bernese5.0，计算得到模糊度信息如下图2所示。

搜索宽巷观测值的模糊度结果如图3所示，从图3中可以看出，第5个历元的时候Ratio值等指标达到了固定模糊度的要求。当宽巷模糊度确定以后，开始用LAMBDA方法搜索出L1整周模糊度，结果如图4所示：

由图4可以看出，在第7个(其中加上了宽巷搜索的5个历元)Ratio值就达到了3.342，说明该模糊度组合可能是正确的，则由宽巷模糊度和L1模糊度求出L2的模糊度后，可以通过L1，L2模糊度之间的线性关系如式(7)进一步验证模糊度的正确性，第7个历元的结果如图5所示。

从图5中可以看出，L2模糊度的误差值比中纬度地区的长度基线算例的L2模糊度的误差值要大，这也反映了低纬度地区双差电离层等误差比高纬度地区的要大。但对于本算例，L2模糊度的误差值虽然比较大，但都在正常范围内，因此可以确定模糊度是正确的。本算例的模糊度固定时间为7秒。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种动态模糊度确定方法，其特征在于：

首先，确定宽巷模糊度，具体步骤如下：

步骤1.1，由历元采集单元采集新的历元，并计算出其宽巷观测值、MW组合观测值以及无电离组合观测值；

步骤1.2，由坐标参数消元单元一对上述宽巷观测值以及MW组合观测值组成关于宽巷模糊度和坐标参数的方程进行坐标参数消元；

步骤1.3，由浮点解获取单元测取出上述参数消元后的宽巷模糊度的浮点解；

步骤1.4，由宽巷模糊度搜索单元对上述浮点解进行搜索，搜索出模糊度及相应模糊度组合的Ratio值；

步骤1.5，宽巷模糊度确定单元针对上述模糊度及相应模糊度组合的Ratio值，确定出模糊度；

然后，确定L1/L2模糊度，具体步骤如下：

步骤2.1，由坐标参数消元单元二对步骤1.1中无电离层组合观测值和宽巷观测值的关于坐标参数和无电离层组合的模糊度的观测方程进行坐标参数消元；

步骤2.2，由参数替代单元将L1模糊度和上述已经确定的宽巷模糊度替代无电离层组合模糊度为搜索参数；

步骤2.3，由L1浮点解获取单元测取出L1模糊度的浮点解；

步骤2.4，由L1/L2模糊度的模糊度搜索单元对步骤2.3中获取的L1浮点解进行搜索，搜索出L1模糊度及该模糊度组合的Ratio值；

步骤2.5，L1/L2模糊度确定单元针对步骤2.4中搜索出的L1模糊度及该模糊度组合的Ratio值，确定出模糊度。

2.根据权利要求1所述的动态模糊度确定方法，其特征在于，所述的步骤1.1中，对于多组新的历元，所述的步骤1.2中的MW组合观测值由MW平均求解单元测取出的MW平均组合观测值替代，所述的步骤1.2中宽巷观测值由宽巷平均求解单元测取出宽巷平均值替代。

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