CN105974440B - 一种获取观测噪声的方法和装置 - Google Patents

一种获取观测噪声的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本文公布一种获取观测噪声的方法和装置，该方法包括：根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型；选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值；根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声。本发明实施例实现了对单台接收机的噪声分析，从而高效、快速的获取接收机的观测噪声。

Description

一种获取观测噪声的方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及但不限于卫星导航领域，尤指一种获取观测噪声的方法和装置。
背景技术
目前，全球卫星导航定位系统(GNSS)由美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)定位系统和中国的北斗以及欧盟的伽利略(Galileo)定位系统组成。其中，中国的北斗目前已经发射了16颗卫星，其中包括5颗中地球轨道(MEO，Medium EarthOrbit)卫星、5颗倾斜轨道同步(IGSO，Inclined Geosynchronous Satellite Orbit)卫星和6颗地球同步轨道(GEO，Geostationary Earth Orbit)卫星，实现了亚太地区的定位功能。
卫星定位精度的高低既取决于定位算法和定位模式，又与接收机观测精度有很大关系。如果接收机的观测量噪声较大，则定位精度不会太高，从这个意义上讲，观测噪声的大小是决定位置精度高低的关键因素，因而获知接收机观测值噪声大小非常有必要。
GNSS接收机的观测值噪声是码跟踪环的测量误差、载波跟踪环的测量误差、接收机信号通道间偏差等引起的测距和测相误差的综合反映。观测值噪声会直接影响接收机定位、测速、授时的性能，是衡量GNSS接收机性能好坏的一个重要指标。观测值噪声水平低，说明接收机性能好、质量合格；观测值噪声水平高，说明接收机性能差，质量不合格。
GNSS接收机的观测值受到多种误差源的影响，这些误差源通常包括信号发射端的卫星星钟误差、群延迟，信号传播路径上的对流层延迟、电离层延迟，以及接收机端的多路径和热噪声等，多种误差源交织在一起，要将它们一一区分并进行补偿之后提取出观测值噪声，是非常困难的一件事情。
一般的获取观测噪声的方法是采用基于零基线的两个静态接收机进行站间双差的方法来实现，大致包括：两台接收机接收来自同一个功分器输出的天线的信号，分别采集各自的伪距的观测量和载波的观测量，然后用这两台接收机的伪距和载波做双差处理，得到伪距的观测噪声和载波的观测噪声。这种方法虽然能消除上述多种误差，但是需要将两台接收机连接在同一个天线上，但是由于所用的两台接收机性能可能不同，站间双差的方法只能得到两台接收机的联合噪声，而且无法分离两台接收机各自的噪声，从而很难确定两台接收机各自的噪声是多大。目前大部分高精度接收机都是天线和板卡集成的一体机，通过一个天线功分器连接两台接收机的方法也很难实现。如何实现单台接收机噪声分析以及高效、快速的计算出接收机的观测噪声成为一个亟需解决的难题。
发明内容
本申请提供了一种获取观测噪声的方法和装置，能够实现对单台接收机的噪声分析，从而高效、快速的获取接收机的观测噪声。
为了达到本申请目的，本申请提供了一种获取观测噪声的方法，包括：
根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；
根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型；
选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值；
根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声。
可选地，所述观测值是伪距观测值时，所述原始观测模型是以下所示的原始伪距的观测模型：
其中，Pi表示第i频点的伪距观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；MP表示作用在伪距上的多路径延迟，vi表示伪距的观测噪声。
可选地，所述单差观测模型如以下公式所示的单差伪距观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的伪距观测值与卫星m的伪距观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示第k时刻卫星n到所述接收机的伪距多径误差与卫星m到所述接收机的伪距多径误差的单差；Δvi表示伪距的观测噪声的单差。
可选地，所述历元间的双差观测模型如以下公式所示的历元间的双差伪距观测模型：
其中，表示第k+1时刻的伪距观测值的单差与第k时刻的伪距观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的伪距多径误差的单差与第k时刻的伪距多径误差的单差之间的双差；表示伪距的观测噪声的双差。
可选地，所述确定观测噪声包括：
根据所述历元间的双差伪距观测模型确定伪距的双差观测噪声模型；
将确定出的伪距的双差观测噪声模型中的伪距双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；
将所述与所述的近似真值的差值的二分之一作为伪距的观测噪声；
其中，所述伪距的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是伪距双差观测值，
可选地，所述观测值是载波观测值时，所述原始观测模型如以下公式所示的原始载波的观测模型：
其中，Li表示第i频点的载波观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；λi表示第i频点的波长；ML表示作用在载波上的多路径延迟，εi表示载波的观测噪声。
可选地，所述单差观测模型如以下公式所示的单差载波观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的载波观测值与卫星m的载波观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示载波整周模糊度；表示第k时刻卫星n到所述接收机的载波多径误差与卫星m到所述接收机的载波多径误差的单差；Δεi表示载波的观测噪声的单差。
可选地，所述历元间的双差观测模型如以下公式所示的历元间的双差载波观测模型：
其中，表示第k+1时刻的载波观测值的单差与第k时刻的载波观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的载波多径误差的单差与第k时刻的载波多径误差的单差之间的双差；表示载波的观测噪声的双差。
可选地，所述确定观测噪声包括：
根据所述历元间的双差载波观测模型确定载波的双差观测噪声模型；
将确定出的载波的双差观测噪声模型中的载波双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；
将与的近似真值的差值的二分之一作为载波的观测噪声；
其中，所述载波的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是载波双差观测值，
本申请还提供了一种获取观测噪声的装置，包括：创建模块、获取模块和确定模块；其中，
创建模块，用于根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型；
获取模块，用于选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值；
确定模块，用于根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声。
可选地，所述观测值是伪距观测值时，所述原始观测模型是以下所示的原始伪距的观测模型是：
其中，Pi表示第i频点的伪距观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；MP表示作用在伪距上的多路径延迟，vi表示伪距的观测噪声。
可选地，所述单差观测模型如以下公式所示的单差伪距观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的伪距观测值与卫星m的伪距观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示第k时刻卫星n到所述接收机的伪距多径误差与卫星m到所述接收机的伪距多径误差的单差；Δvi表示伪距的观测噪声的单差。
可选地，所述历元间的双差观测模型如以下公式所示的历元间的双差伪距观测模型：
其中，表示第k+1时刻的伪距观测值的单差与第k时刻的伪距观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的伪距多径误差的单差与第k时刻的伪距多径误差的单差之间的双差；表示伪距的观测噪声的双差。
可选地，所述确定模块包括：确定单元和滤波单元；其中，
所述确定单元，用于根据所述历元间的双差伪距观测模型确定伪距的双差观测噪声模型；
所述滤波单元，用于将确定出的伪距的双差观测噪声模型中的伪距双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；将所述与所述的近似真值的差值的二分之一作为伪距的观测噪声；
其中，所述伪距的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是伪距双差观测值，
可选地，所述观测值是载波观测值时，所述原始观测模型如以下公式所示的原始载波的观测模型：
其中，Li表示第i频点的载波观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；λi表示第i频点的波长；ML表示作用在载波上的多路径延迟，εi表示载波的观测噪声。
可选地，所述单差观测模型如以下公式所示的单差载波观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的载波观测值与卫星m的载波观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示载波整周模糊度；表示第k时刻卫星n到所述接收机的载波多径误差与卫星m到所述接收机的载波多径误差的单差；Δεi表示载波的观测噪声的单差。
可选地，所述历元间双差观测模型如以下公式所示的历元间双差载波观测模型：
其中，表示第k+1时刻的载波观测值的单差与第k时刻的载波观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的载波多径误差的单差与第k时刻的载波多径误差的单差之间的双差；表示载波的观测噪声的双差。
可选地，所述确定模块包括：确定单元和滤波单元；其中，
所述确定单元，用于根据所述历元间的双差载波观测模型确定载波的双差观测噪声模型；
所述滤波单元，用于将确定出的载波的双差观测噪声模型中的载波双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；将与的近似真值的差值的二分之一作为载波的观测噪声；
其中，所述载波的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是载波双差观测值，
本发明实施例包括：根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型；选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值；根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声。本发明实施例实现了对单台接收机的噪声分析，从而高效、快速的获取接收机的观测噪声。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种获取观测噪声的方法的流程图；
图2(a)为某星L1频点的伪距双差曲线图；
图2(b)为本发明某颗卫星的L1伪距观测噪声曲线图；
图3为本发明另一种获取观测噪声的方法的流程图；
图4(a)为某星L1频点的载波双差曲线图；
图4(b)为本发明的某星L1载波观测噪声曲线图；
图5为本发明获取观测噪声的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明获取观测噪声的方法包括：根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型；选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值；根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声。其中，观测值包括伪距观测值或载波观测值。
本发明实施例实现了对单台接收机的噪声分析，从而高效、快速的获取接收机的观测噪声。
图1为本发明一种获取观测噪声的方法的流程图，图1中以观测值是伪距观测值为例进行的阐述，如图1所示，包括：
步骤101：根据原始伪距的观测模型建立星间的单差伪距观测模型。
其中，原始伪距的观测模型如公式(1.1)所示：
其中，Pi表示第i频点的伪距观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；MP表示作用在伪距上的多路径延迟，vi表示伪距的观测噪声。
需要说明的是，对于同一卫星，fi是已知的常值。
其中，单差伪距观测模型如公式(1.2)所示：
其中，表示第k时刻卫星n的伪距观测值与卫星m的伪距观测值的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的几何距离与接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的对流层延迟与接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的电离层延迟与接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示第k时刻卫星n到接收机的伪距多径误差与卫星m到接收机的伪距多径误差的单差；Δvi表示伪距的观测噪声的单差。
其中，单差伪距观测模型是由卫星n的原始伪距的观测模型与卫星m的原始伪距的观测模型进行单差获得的。
需要说明的是，单差伪距观测模型是根据公式(1.1)对同一频点的卫星n和卫星m的伪距观测量做差，其推导过程如下所示：
其中， 表示第k时刻卫星n的第i频点的伪距观测量；表示第k时刻卫星m的第i频点的伪距观测量。
需要说明的是，关于如何用公式(1.1)表示和属于本领域技术人员所熟知的惯用技术手段，在此不再赘述，并不用来限制本申请。
步骤102：根据建立的星间的单差伪距观测模型建立历元间的双差伪距观测模型。
其中，历元间的双差伪距观测模型如公式(1.3)所示：
其中，表示第k+1时刻的伪距观测值的单差与第k时刻的伪距观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的伪距多径误差的单差与第k时刻的伪距多径误差的单差之间的双差；表示伪距的观测噪声的双差。
其中，历元间的双差伪距观测模型是由第K+1时刻卫星n和卫星m的之间的单差伪距观测模型与第K时刻卫星n和卫星m之间的单差伪距观测模型进行单差获得的。
步骤103：选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的伪距观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的伪距观测值。
需要说明的是，关于如何选取公共星以及获取卫星的相邻的两个历元的伪距观测值属于本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述，并不用来限制本申请。
其中，可以将单差伪距观测模型和历元间的双差伪距观测模型中的m作为选取的公共星。
步骤104：根据建立的单差伪距观测模型、历元间的双差伪距观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的伪距观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的伪距观测值确定伪距的观测噪声。
步骤104具体包括：
根据历元间的双差伪距观测模型确定伪距的双差观测噪声模型；
将确定出的伪距的双差观测噪声模型中的伪距双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；
将与的近似真值的差值的二分之一作为伪距的观测噪声；
其中，伪距的双差观测噪声模型如公式(1.4)所示：
其中，是伪距双差观测值，
其中，双差误差量均是残余的误差量，比较小，而且变化比较小，是低频残余量。因此由历元间的双差伪距观测模型可以变换为伪距的双差观测噪声模型。由于是低频残余项，可将观测值通过低通滤波器滤波，得到的近似真值。图2(a)为某星L1频点的伪距双差曲线图，其中，曲线的数值即是黑色粗线的数值即是通过低通滤波器后的值(即是的近似真值)，图2(b)为本发明某颗卫星的L1伪距观测噪声曲线图。
本发明实施方式中，通过选取公共星以及根据建立的单差伪距观测模型、历元间的双差伪距观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的伪距观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的伪距观测值确定伪距的观测噪声，实现了对单台接收机的噪声(伪距噪声)分析，从而高效、快速的获取接收机的观测噪声(伪距的观测噪声)。
图3为本发明另一种获取观测噪声的方法的流程图，图3中以观测值是载波观测值为例进行的阐述，如图3所示，包括：
步骤201：根据原始载波的观测模型建立星间的单差载波观测模型。
其中，原始载波的观测模型如公式(2.1)所示：
其中，Li表示第i频点的载波观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；λi表示第i频点的波长；ML表示作用在载波上的多路径延迟，εi表示载波的观测噪声。
需要说明的是，对于同一卫星，fi和λi是已知的常值。
其中，单差载波观测模型如公式(2.2)所示：
其中，表示第k时刻卫星n的载波观测值与卫星m的载波观测值的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的几何距离与接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的对流层延迟与接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的电离层延迟与接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示载波整周模糊度；表示第k时刻卫星n到接收机的载波多径误差与卫星m到接收机的载波多径误差的单差；Δεi表示载波的观测噪声的单差。
其中，单差载波观测模型是由卫星n的原始载波的观测模型与卫星m的原始载波的观测模型进行单差获得的。
需要说明的是，单差载波观测模型是根据公式(2.1)对同一频点的卫星n和卫星m的载波观测量做差。需要说明的是，关于如何由公式(2.1)推导出公式(2.2)属于本领域技术人员所熟知的惯用技术手段，此处不再赘述，并不用来限制本申请。
步骤202：根据建立的星间的单差载波观测模型建立历元间的双差载波观测模型。
其中，历元间的双差载波观测模型如公式(2.3)所示：
其中，表示第k+1时刻的载波观测值的单差与第k时刻的载波观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的载波多径误差的单差与第k时刻的载波多径误差的单差之间的双差；表示载波的观测噪声的双差。
其中，历元间的双差载波观测模型是由第K+1时刻卫星n和卫星m的之间的单差载波观测模型与第K时刻卫星n和卫星m之间的单差载波观测模型进行单差获得的。
步骤203：选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的载波观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的载波观测值。
需要说明的是，关于如何选取公共星以及获取卫星的相邻的两个历元的载波观测值属于本领域技术人员所熟知的惯用技术手段，在此不再赘述，并不用来限制本申请。
其中，可以将单差载波观测模型和历元间的双差载波观测模型中的m作为选取的公共星。
步骤204：根据建立的单差载波观测模型、历元间的双差载波观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的载波观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的载波观测值确定载波的观测噪声。
步骤204具体包括：
根据历元间的双差载波观测模型确定载波的双差观测噪声模型；
将确定出的载波的双差观测噪声模型中的载波双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；
将与的近似真值的差值的二分之一作为载波的观测噪声；
其中，载波的双差观测噪声模型如公式(2.4)所示：
其中，是载波双差观测值，
其中，双差误差量均是残余的误差量，比较小，而且变化比较小，是低频残余量，且为双差整周模糊度，是不变的整数值。因此由历元间的双差载波观测模型可以变换为载波的双差观测噪声模型。由于是低频残余项，可将观测值通过低通滤波器滤波，得到的近似真值。图4(a)为某星L1频点的载波双差曲线图，其中，曲线的数值即是黑色粗线数值即是通过低通滤波器后的值(即是的近似真值)；图4(b)为本发明的某星L1载波观测噪声曲线图。
本发明实施方式中，通过选取公共星以及根据建立的单差载波观测模型、历元间的双差载波观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的载波观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的载波观测值确定载波的观测噪声，实现了对单台接收机的噪声(载波噪声)分析，从而高效、快速的获取接收机的观测噪声(载波的观测噪声)。
图5为本发明获取观测噪声的装置的结构示意图，如图5所示，创建模块、获取模块和确定模块。其中，
创建模块，用于根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型。
获取模块，用于选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值。
确定模块，用于根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声。
当观测值是伪距观测值时，原始观测模型如公式(1.1)所示的原始伪距的观测模型：
其中，Pi表示第i频点的伪距观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；MP表示作用在伪距上的多路径延迟，vi表示伪距的观测噪声。
其中，单差观测模型如公式(1.2)所示的单差伪距观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的伪距观测值与卫星m的伪距观测值的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的几何距离与接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的对流层延迟与接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的电离层延迟与接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示第k时刻卫星n到接收机的伪距多径误差与卫星m到接收机的伪距多径误差的单差；Δvi表示伪距的观测噪声的单差。
其中，历元间的双差观测模型如公式(1.3)所示的历元间的双差伪距观测模型：
其中，表示第k+1时刻的伪距观测值的单差与第k时刻的伪距观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的伪距多径误差的单差与第k时刻的伪距多径误差的单差之间的双差；表示伪距的观测噪声的双差。
其中，确定模块包括：确定单元和滤波单元；其中，
确定单元，用于根据历元间的双差伪距观测模型确定伪距的双差观测噪声模型；
滤波单元，用于将确定出的伪距的双差观测噪声模型中的伪距双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；将与的近似真值的差值的二分之一作为伪距的观测噪声；
其中，伪距的双差观测噪声模型如公式(1.4)所示：
其中，是伪距双差观测值，
当观测值是载波观测值时，原始观测模型如公式(2.1)所示的原始载波的观测模型：
其中，Li表示第i频点的载波观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；λi表示第i频点的波长；ML表示作用在载波上的多路径延迟，εi表示载波的观测噪声。
其中，单差观测模型如公式(2.2)所示的单差载波观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的载波观测值与卫星m的载波观测值的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的几何距离与接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的对流层延迟与接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻接收机到卫星n的电离层延迟与接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示载波整周模糊度；表示第k时刻卫星n到接收机的载波多径误差与卫星m到接收机的载波多径误差的单差；Δεi表示载波的观测噪声的单差。
其中，历元间的双差观测模型如公式(2.3)的历元间双差载波观测模型：
其中，表示第k+1时刻的载波观测值的单差与第k时刻的载波观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的载波多径误差的单差与第k时刻的载波多径误差的单差之间的双差；表示载波的观测噪声的双差。
其中，确定模块包括：确定单元和滤波单元；其中，
确定单元，用于根据历元间的双差载波观测模型确定载波的双差观测噪声模型；
滤波单元，用于将确定出的载波的双差观测噪声模型中的载波双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；将与的近似真值的差值的二分之一作为载波的观测噪声；
其中，载波的双差观测噪声模型如公式(2.4)所示：
其中，是载波双差观测值，
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种获取观测噪声的方法，其特征在于，包括：
根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；
根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型；
选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值；
根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声；
其中，所述观测值是伪距观测值时，所述原始观测模型是以下所示的原始伪距的观测模型：
其中，Pi表示第i频点的伪距观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；MP表示作用在伪距上的多路径延迟，vi表示伪距的观测噪声；
所述观测值是载波观测值时，所述原始观测模型如以下公式所示的原始载波的观测模型：
其中，Li表示第i频点的载波观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；λi表示第i频点的波长；ML表示作用在载波上的多路径延迟，εi表示载波的观测噪声。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单差观测模型如以下公式所示的单差伪距观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的伪距观测值与卫星m的伪距观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示第k时刻卫星n到所述接收机的伪距多径误差与卫星m到所述接收机的伪距多径误差的单差；Δvi表示伪距的观测噪声的单差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述历元间的双差观测模型如以下公式所示的历元间的双差伪距观测模型：
其中，表示第k+1时刻的伪距观测值的单差与第k时刻的伪距观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的伪距多径误差的单差与第k时刻的伪距多径误差的单差之间的双差；▽Δvi表示伪距的观测噪声的双差。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定观测噪声包括：
根据所述历元间的双差伪距观测模型确定伪距的双差观测噪声模型；
将确定出的伪距的双差观测噪声模型中的伪距双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；
将所述与所述的近似真值的差值的二分之一作为伪距的观测噪声；
其中，所述伪距的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是伪距双差观测值，
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单差观测模型如以下公式所示的单差载波观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的载波观测值与卫星m的载波观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示载波整周模糊度；表示第k时刻卫星n到所述接收机的载波多径误差与卫星m到所述接收机的载波多径误差的单差；Δεi表示载波的观测噪声的单差。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述历元间的双差观测模型如以下公式所示的历元间的双差载波观测模型：
其中，表示第k+1时刻的载波观测值的单差与第k时刻的载波观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的载波多径误差的单差与第k时刻的载波多径误差的单差之间的双差；▽Δεi表示载波的观测噪声的双差。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定观测噪声包括：
根据所述历元间的双差载波观测模型确定载波的双差观测噪声模型；
将确定出的载波的双差观测噪声模型中的载波双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；
将与的近似真值的差值的二分之一作为载波的观测噪声；
其中，所述载波的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是载波双差观测值，
8.一种获取观测噪声的装置，其特征在于，包括：创建模块、获取模块和确定模块；其中，
创建模块，用于根据原始观测模型建立星间的单差观测模型；根据建立的星间的单差观测模型建立历元间的双差观测模型；
获取模块，用于选取公共星并获取该公共星相邻的两个历元的观测值以及获取接收机的该相邻的两个历元的观测值；
确定模块，用于根据建立的单差观测模型、历元间的双差观测模型、获得的公共星相邻的两个历元的观测值以及获得的接收机的该相邻的两个历元的观测值确定观测噪声；
所述观测值是伪距观测值时，所述原始观测模型是以下所示的原始伪距的观测模型是：
其中，Pi表示第i频点的伪距观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；MP表示作用在伪距上的多路径延迟，vi表示伪距的观测噪声；
所述观测值是载波观测值时，所述原始观测模型如以下公式所示的原始载波的观测模型：
其中，Li表示第i频点的载波观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机的几何距离；c是光速；dtr表示接收机钟差；dts表示卫星钟差；T表示对流层延迟误差；I表示电离层延迟误差；f1表示第1频点的频率；fi表示第i频点的频率；λi表示第i频点的波长；ML表示作用在载波上的多路径延迟，εi表示载波的观测噪声。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述单差观测模型如以下公式所示的单差伪距观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的伪距观测值与卫星m的伪距观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示第k时刻卫星n到所述接收机的伪距多径误差与卫星m到所述接收机的伪距多径误差的单差；Δvi表示伪距的观测噪声的单差。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述历元间的双差观测模型如以下公式所示的历元间的双差伪距观测模型：
其中，表示第k+1时刻的伪距观测值的单差与第k时刻的伪距观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的伪距多径误差的单差与第k时刻的伪距多径误差的单差之间的双差；▽Δvi表示伪距的观测噪声的双差。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：确定单元和滤波单元；其中，
所述确定单元，用于根据所述历元间的双差伪距观测模型确定伪距的双差观测噪声模型；
所述滤波单元，用于将确定出的伪距的双差观测噪声模型中的伪距双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；将所述与所述的近似真值的差值的二分之一作为伪距的观测噪声；
其中，所述伪距的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是伪距双差观测值，
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述单差观测模型如以下公式所示的单差载波观测模型：
其中，表示第k时刻卫星n的载波观测值与卫星m的载波观测值的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的几何距离与所述接收机到卫星m的几何距离的单差；表示第k时刻卫星n的钟差与卫星m的钟差的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的对流层延迟与所述接收机到卫星m的对流层延迟的单差；表示第k时刻所述接收机到卫星n的电离层延迟与所述接收机到卫星m的电离层延迟的单差；表示载波整周模糊度；表示第k时刻卫星n到所述接收机的载波多径误差与卫星m到所述接收机的载波多径误差的单差；Δεi表示载波的观测噪声的单差。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述历元间双差观测模型如以下公式所示的历元间双差载波观测模型：
其中，表示第k+1时刻的载波观测值的单差与第k时刻的载波观测值的单差之间的双差；表示第k+1时刻的几何距离的单差与第k时刻的几何距离的单差之间的双差；表示第k+1时刻的钟差的单差与第k时刻的钟差的单差之间的双差；表示第k+1时刻的对流层延迟的单差与第k时刻的对流层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的电离层延迟的单差与第k时刻的电离层延迟的单差之间的双差；表示第k+1时刻的载波多径误差的单差与第k时刻的载波多径误差的单差之间的双差；▽Δεi表示载波的观测噪声的双差。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：确定单元和滤波单元；其中，
所述确定单元，用于根据所述历元间的双差载波观测模型确定载波的双差观测噪声模型；
所述滤波单元，用于将确定出的载波的双差观测噪声模型中的载波双差观测值通过低通滤波以获取的近似真值；将与的近似真值的差值的二分之一作为载波的观测噪声；
其中，所述载波的双差观测噪声模型如以下公式所示：
其中，是载波双差观测值，
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