CN108254766B - 一种卫星抗多径误差方法 - Google Patents

一种卫星抗多径误差方法 Download PDF

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    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/22—Multipath-related issues

Abstract

本发明公开了一种卫星抗多径误差方法，包括以下步骤：获取步骤：获取卫星载噪比与仰角关系，获取标准载噪比随机模型；载噪比随机模型建立步骤：根据标准载噪比随机模型和卫星载噪比与仰角关系建立新的载噪比随机模型；解算步骤：根据新的载噪比随机模型解获取卫星观测值标准差，通过卫星观测值标准差求得卫星观测值的权重系数，将所述权重系数应用到RTK载波相位差分技术中求得基准站与移动站之间的距离。本发明能够较准确的得到卫星观测值标准差，将该观测值标准差运用到RTK解算中，得到一个较好地减弱了多径误差影响后的站间距离，进而提高卫星定位导航的RTK测量值精度。

Description

一种卫星抗多径误差方法
技术领域
本发明涉及卫星定位导航领域，尤其涉及一种卫星抗多径误差方法。
背景技术
目前，卫星在定位导航中容易受到各种误差影响，而大部分误差可以利用RTK(Real-time kinematic，实时动态)载波相位差分技术来消除。RTK载波相位差分技术是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行解算求得精确的站间距离。但对于多径误差在RTK载波相位差分技术处理过程中是无法消除的，即两个测量站的多路径误差不同无法通过差分消除。多径误差是卫星接收机接收到卫星的直达信号和经过建筑物、树林、水面等反射后的多径信号的叠加引起的误差，直达信号与多径信号分别同时与接收机基带数字信号处理功能模块做相乘、相关算法，多径信号会使得相关峰值偏离正常位置从而影响伪距和载波相位等卫星测量值的精度。多径误差在测绘领域普遍存在，在室外的测绘作业环境下都会有不同程度误差的影响，因此，抗多径算法在实际的工程应用中至关重要。当前抗多径算法研究中比较普遍的方法是高度角随机模型和载噪比随机模型，高度角随机模型考虑卫星仰角关系，但在树林等强多路径环境下效果较差，且卫星测量值的精度与卫星的高度角不符合公式，而载噪比随机模型则较为贴近实际使用情况，其从卫星载噪比入手，在卫星的载噪比与期望值一致时，测量值的变化趋势与载噪比随机模型公式匹配。
但是，在多路径环境下，卫星的载噪比实际上是低于期望值的，因此测量值的精度也会出现大幅度降低，导致在实际的卫星定位导航中，容易因为多径误差而影响卫星定位的精度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种卫星抗多径误差方法，能有效的提高卫星定位导航RTK解算的精度。
本发明的目的之二在于提供一种电子设备，能有效的提高卫星定位导航RTK解算的精度。
本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，能有效的提高卫星定位导航RTK解算的精度。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种卫星抗多径误差方法，包括以下步骤：获取步骤：获取卫星载噪比与仰角关系，获取标准载噪比随机模型；载噪比随机模型建立步骤：根据标准载噪比随机模型和卫星载噪比与仰角关系建立新的载噪比随机模型；解算步骤：根据新的载噪比随机模型解获取卫星观测值标准差，通过卫星观测值标准差求得卫星观测值的权重系数，将所述权重系数应用到RTK载波相位差分技术中求得基准站与移动站之间的距离。
进一步地，所述标准载噪比随机模型为SIGMA-∈随机模型，即
Figure BDA0001492078340000021
其中，σ为观测量精度标准差，单位为mm；CNR为卫星载噪比，单位为dB/Hz；B为相位跟踪环带宽，单位为Hz；λ为载波相位波长，单位为mm；C0为计算系数。
进一步地，所述卫星载噪比与仰角的关系公式为
CNR＝CNR0+log10(ELVm)
其中，CNR与高度角的关系式固定，CNR为卫星载噪比，单位dB/Hz；CNR0为卫星载噪比基准值，单位dB/Hz；ELVm为卫星测量仰角，单位为度。
进一步地，所述新的随机模型为：
Figure BDA0001492078340000031
Δ＝CNR0+log10(ELIm)-CNRm
其中，σ为观测值标准差，单位为mm；CNRm为卫星实际测量载噪比，单位为dB/Hz；CRN0为卫星载噪比基准值，单位dB/Hz；C0为计算系数；ELVm为卫星测量仰角，单位为度；Δ为模板值与实际测量值的差值；α为经验系数。
进一步地，所述卫星载噪比基准值CRN0取值为32dB/Hz。
进一步地，所述经验系数α取值为2。
进一步地，所述权重系数计算公式如下：
Figure BDA0001492078340000032
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现本发明目的之一所述的方法。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明目的之一所述的方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的一种卫星抗多径误差方法，通过在载噪比随机模型基础上引入卫星载噪比与仰角的关系，结合载噪比随机模型公式和卫星载噪比与仰角的关系公式得到新的随机模型，能够较准确的得到其观测值标准差，通过卫星观测值标准差求得卫星观测值的权重系数，将权重系数运用到RTK解算的RTK卫星模糊度计算中，得到一个无模糊度的载波，进而解算出一个较好地减弱了多径误差影响后的站间距离，进而提高卫星定位导航的RTK测量值精度。
附图说明
图1为本发明一种卫星抗多径误差方法流程示意图；
图2为本发明一种卫星抗多径误差方法卫星载噪比与仰角的数据对应图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一：
3.如图1-2所示的一种卫星抗多径误差方法，包括以下步骤：
S1获取步骤：获取卫星载噪比与仰角关系，获取标准载噪比随机模型；
S2载噪比随机模型建立步骤：根据标准载噪比随机模型和所述卫星载噪比与仰角关系建立新的载噪比随机模型；
S3解算步骤：根据新的载噪比随机模型解获取卫星观测值标准差，通过卫星观测值标准差求得卫星观测值的权重系数，将权重系数应用到RTK载波相位差分技术中求得基准站与移动站之间的距离。
该载噪比随机模型公式为：
Figure BDA0001492078340000041
Figure BDA0001492078340000042
其中，σ为观测量精度标准差，单位为mm；CNR为卫星载噪比，单位为dB/Hz；B为相位跟踪环带宽，单位为Hz；λ为载波相位波长，单位为mm；C0为计算系数。
该卫星载噪比与仰角的关系公式为：
CNR＝CNR0+log10(ELVm)
其中，CNR与高度角的关系式固定，CNR为卫星载噪比，单位dB/Hz；CNR0为卫星载噪比基准值；ELVm为卫星测量仰角，单位为度。
根据标准载噪比随机模型和所述卫星载噪比与仰角关系建立新的载噪比随机模型为：
Figure BDA0001492078340000051
Δ＝CNR0+log10(ELVm)-CNRm
在卫星定位导航中，不同的观测量具有不同的测量误差，可以对每个观测值设置一个权重，权重越大的观测值在RTK载波相位差分技术解算中起到更加重要的作用，通常，若观测量的误差越小，则相应的权重就越大。本实施例中的一种卫星抗多径误差方法提供的抗多径误差模型就可以用来给卫星观测量加权，通过卫星的仰角和实际测量载噪比给出卫星观测量的权重，将该权重系数运用到RTK解算中。权重系数计算公式如下：
Figure BDA0001492078340000052
其中，w为卫星的权重系数；σ为卫星的观测值标准差；CNRm为卫星的实际测量载噪比，单位dB/Hz；Δ为模板值与实际测量值的差值；α为经验系数；C0为计算系数，如GPS-L1的相位跟踪环带宽25Hz取值为22931mm2Hz。将该权重系数与卫星观测值相乘，得到排除了多径误差后的卫星观测值。
通过在载噪比随机模型基础上引入卫星载噪比与仰角的关系，结合载噪比随机模型公式和卫星载噪比与仰角的关系公式得到新的随机模型，能够较准确的得到其观测值标准差，利用上述权重系数计算公式可以得到卫星观测值权重系数。目前，RTK解算技术中通常利用给卫星观测量加权，并将其运用在RTK卫星模糊度计算(如LAMBDA算法)中以提高模糊度计算可靠性，而模糊度的计算结果可以得到无模糊度的载波，利用该无模糊度的载波即可计算出较精确的cm级的站间距离(基准站与移动站之间的距离)。因此本发明的一种卫星抗多径误差方法，通过计算出卫星观测值权重系数，利用该权重系数给卫星观测量加权，将其应用到现有的RTK(Real-time kinematic，实时动态)载波相位差分技术中，将该卫星观测值权重系数给卫星观测量加权，并将其运用在RTK卫星模糊度计算中，再通过解算到的无模糊度的载波进一步求解出基准站与移动站之间的距离，即可得到一个高精度的RTK结果即基准站与移动站之间的距离。
作为优选的实施方式，该载噪比随机模型为SIGMA-∈随机模型，即
Figure BDA0001492078340000061
Figure BDA0001492078340000062
其中，σ为观测量精度标准差，单位为mm；CNR为卫星载噪比，单位为dB/Hz；B为相位跟踪环带宽，单位为Hz；λ为载波相位波长，单位为mm；C0为计算系数。SIGMA-∈随机模型为Brunner等人利用CNR观测值建立的较为常用的载噪比随机模型，适用于本实施例中的一种卫星抗多径误差方法之中。需要注意的是，本实施例中的一种卫星抗多径误差方法可适应多种载噪比随机模型，如SIGMA-Δ随机模型
Figure BDA0001492078340000063
其他模型公式如：σ2＝a+b×10-CNR/10。该卫星载噪比与仰角的关系公式为
CNR＝CNR0+log10(ELVm)
其中，CNR与高度角的关系式固定，CNR为卫星载噪比，单位dB/Hz；CNR0为卫星载噪比基准值，单位为dB/Hz；ELVm为卫星测量仰角，单位为度。该卫星载噪比与仰角的关系公式是通过卫星仰角与载噪比的对应数据，结合多个样本数据分析而得到的，适用于本实施例中的一种卫星抗多径误差方法之中。需要注意的是，当接收机、天线和天线线缆一定且环境无其他干扰的条件下，CNR与高度角的关系式是固定的。
另外，在载噪比随机模型基础上增加卫星载噪比与仰角的关系，结合载噪比随机模型公式和卫星载噪比与仰角的关系公式得到的新的随机模型为：
Figure BDA0001492078340000071
Δ＝CNR0+log10(ELVm)-CNRm
其中，σ为观测值标准差，单位为mm；CNRm为卫星实际测量载噪比，单位为dB/Hz；CNR0为卫星载噪比基准值，单位为dB/Hz；C0为计算系数；ELVm为卫星测量仰角，单位为度；Δ为模板值与实际测量值的差值；α为经验系数。利用该新的随机模型可求得卫星观测值标准差，该标准差用于本实施例一种卫星抗多径误差方法的解算步骤中。该卫星载噪比基准值CRN0取值为32dB/Hz，该卫星载噪比基准值CRN0为多次测量结果取得的平均值。该经验系数α取值为2，是基于多次测量结果分析得到的。需要注意的是，上述卫星载噪比基准值CRN0及经验系数α均为多次测量后得到的较为准确的取值，有助于本实施例一种卫星抗多径误差方法较准确的测得其观测值标准差。
实施例二：
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行所述程序时实现实施例一的一种卫星抗多径误差方法。其中，处理器和存储器均可采用一个或多个，程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，该电子设备可以是电脑、平板电脑等等一系列的电子设备。通过在载噪比随机模型基础上引入卫星载噪比与仰角的关系，结合载噪比随机模型公式和卫星载噪比与仰角的关系公式得到新的随机模型，能够较准确的得到其观测值标准差，进而提高卫星定位导航的测量值精度。
实施例三：
实施例三公开了一种可读的计算机存储介质，该存储介质用于存储程序，并且该程序被处理器执行时，实现实施例一的一种卫星抗多径误差方法。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种卫星抗多径误差方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取步骤：获取卫星载噪比与仰角关系，获取标准载噪比随机模型；
载噪比随机模型建立步骤：根据所述标准载噪比随机模型和所述卫星载噪比与仰角关系建立新的载噪比随机模型；
解算步骤：根据所述新的载噪比随机模型获取卫星观测值标准差，通过所述卫星观测值标准差求得卫星观测值的权重系数，将所述权重系数应用到RTK载波相位差分技术解算中求得基准站与移动站之间的距离；
所述新的载噪比随机模型为：
Figure FDA0003077937270000011
Δ＝CNR0+log10(ELVm)-CNRm
其中，σ为观测值标准差，单位为mm；CNRm为卫星实际测量载噪比，单位为dB/Hz；CRN0为卫星载噪比基准值，单位dB/Hz；C0为计算系数；ELVm为卫星测量仰角，单位为度；Δ为模板值与实际测量值的差值；α为经验系数；
所述权重系数计算公式如下：
Figure FDA0003077937270000012
2.如权利要求1所述的一种卫星抗多径误差方法，其特征在于：所述标准载噪比随机模型为SIGMA-∈随机模型，即
Figure FDA0003077937270000013
Figure FDA0003077937270000014
其中，σ为观测量精度标准差，单位为mm；CNR为卫星载噪比，单位为dB/Hz；B为相位跟踪环带宽，单位为Hz；λ为载波相位波长，单位为mm；C0为计算系数。
3.如权利要求2所述的一种卫星抗多径误差方法，其特征在于：所述卫星载噪比与仰角的关系公式为
CNR＝CNR0+log10(ELVm)
其中，CNR与高度角的关系式固定，CNR为卫星载噪比，单位dB/Hz；CNR0为卫星载噪比基准值，单位dB/Hz；ELVm为卫星测量仰角，单位为度。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种卫星抗多径误差方法，其特征在于：所述卫星载噪比基准值CRN0取值为32dB/Hz。
5.如权利要求1-3任一项所述的一种卫星抗多径误差方法，其特征在于：所述经验系数α取值为2。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任意一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的方法。
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