CN108508467A - 卫星导航系统静态定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星导航系统静态定位方法，其在卫星数变化较少的情况下，将之前历元多次残差检验后的固定模糊度直接带入观测方程进行最小二乘解算，跳过固定模糊度搜索，无需每个历元都进行固定模糊度搜索，避免了模糊度固定错误，提高了模糊度固定率，同时简化了解算步骤，提高了整体解算效率。

Description

卫星导航系统静态定位方法

技术领域

本发明涉及一种卫星导航系统的数据处理方法，尤其涉及一种卫星导航系统静态定位方法。

背景技术

变形监测数据处理是GNSS(全球卫星导航系统)领域的研究热点，在GNSS高精度实时静态相对定位解算中，一般采用双差观测值进行基线解算，在短基线(10km)以内，卫星钟差、对流层延迟、电离层延迟等大部分系统误差可以消除，具体方法为：利用Guass-Markov(马尔克夫)模型将伪距双差观测量方程和载波相位双差观测方程联立，这是一个混合整数参数估计问题，一般先采用最小二乘准则求解浮点解，然后采用等价的整数搜索准则搜索固定模糊度，最后得到坐标参数固定解。现有的这种GNSS静态定位解算方法能够实现毫米级定位，但是存在着解算时间长、模糊度固定率不高等问题，同时存在模糊度固定错误的风险，一旦模糊度固定错误，则会导致分米级的定位误差，严重影响GNSS解算的稳定性，不利于GNSS变形监测的应用。

发明内容

本发明提供一种卫星导航系统静态定位方法，以提高模糊度固定率以及解算的效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种卫星导航系统静态定位方法，每一历元的静态定位算法均包括：

步骤1：判断是否有已保存的固定模糊度，若是，则直接进行步骤2，若否，则先通过模糊度固定算法搜索固定模糊度，再进行步骤2；

步骤2：将所述固定模糊度带入观测方程中进行最小二乘解算，以得到坐标参数固定解；

步骤3：对所述坐标参数固定解进行残差检验，若合格，则保存该固定解以及该固定模糊度；

步骤4：进行下一历元的静态定位。

进一步的，在所述步骤1中，所述模糊度固定算法为整体最小二乘降相关平差算法。

可选的，在所述步骤2中，所述观测方程为载波相位双差观测方程。

进一步的，所述观测方程为：

其中，为双差标志，为载波相位观测值，λ为波长，为载波相位噪声。

可选的，在所述步骤2中，所述观测方程为伪距双差观测方程与载波相位双差观测方程联立。

进一步的，所述观测方程为：

其中，为双差标志，P为伪距观测值，ρ为卫地距，ε_P为伪距噪声，为载波相位观测值，λ为波长，为载波相位噪声。

进一步的，在所述步骤2中，利用马尔可夫模型对所述观测方程进行最小二乘解算，所述马尔克夫模型为：

y＝Ax+BN+ε

其中，x∈R,ΔN∈Z，x为坐标未知参数，ΔN为模糊度参数，ε为随机噪声。

进一步的，当所述观测方程仅为载波相位双差观测方程时，所述坐标参数固定解为：

其中，为三维坐标固定解，是坐标参数的方差阵，P为权阵。

进一步的，当所述观测方程为伪距双差观测方程与载波相位双差观测方程联立时，所述坐标参数固定解为：

其中，为三维坐标固定解，为三维坐标浮点解，为模糊度固定解，为模糊度浮点解，是坐标参数和模糊度参数的协方差阵，是模糊度协方差阵的逆矩阵。

进一步的，在所述步骤3中，若不合格，则输出浮点解。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的卫星导航系统静态定位方法在卫星数变化较少的情况下，将之前历元多次残差检验后的固定模糊度直接带入观测方程进行最小二乘解算，跳过固定模糊度搜索，无需每个历元都进行固定模糊度搜索，避免了模糊度固定错误，提高了模糊度固定率，同时简化了解算步骤，提高了整体解算效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的卫星导航系统静态定位方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的卫星导航系统静态定位方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

本发明的核心思想在于，提供一种卫星导航系统静态定位方法，其在卫星数变化较少的情况下，将之前历元多次残差检验后的固定模糊度直接带入观测方程进行最小二乘解算，跳过固定模糊度搜索，无需每个历元都进行固定模糊度搜索，避免了模糊度固定错误，提高了模糊度固定率，同时简化了解算步骤，提高了整体解算效率。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的卫星导航系统静态定位方法的流程图。

如图1所示，本发明实施例提供一种卫星导航系统静态定位方法，每一历元的静态定位算法均包括：

步骤1：判断是否有已保存的固定模糊度，若是，则直接进行步骤2，若否，则先通过模糊度固定算法搜索固定模糊度，再进行步骤2；

步骤2：将所述固定模糊度带入观测方程中进行最小二乘解算，以得到坐标参数固定解；

步骤3：对所述坐标参数固定解进行残差检验，若合格，则保存该固定解以及该固定模糊度，若不合格，则输出浮点解；

步骤4：进行下一历元的静态定位。

本发明实施例提供的卫星导航系统静态定位方法在卫星数变化较少的情况下，将之前历元多次残差检验后的固定模糊度直接带入观测方程进行最小二乘解算，跳过固定模糊度搜索，无需每个历元都进行固定模糊度搜索，避免了模糊度固定错误，提高了模糊度固定率，同时简化了解算步骤，提高了整体解算效率。

进一步的，在所述步骤1中，所述模糊度固定算法为整体最小二乘降相关平差(LAMBDA)算法，此为目前最广泛使用的固定模糊度搜索方法，故在此便不再赘述。

可以想到的是，还可以使用经验等其他搜索固定模糊度的方法，只要能够实现固定模糊度的搜索，本发明便也意图包含这些技术方案在内。

在本实施例中，在所述步骤2中，所述观测方程为载波相位双差观测方程。当有了正确的模糊度时，载波相位观测值就相当于高精度的伪距观测值，未知数仅有坐标未知参数，方程个数大于未知数，故仅利用载波相位双差观测方程就可以解算高精度的坐标参数固定解，无需与伪距双差观测方程联立，简化了解算步骤，缩短了GNSS解算时间，提高了GNSS解算效率。

具体的，所述观测方程为：

其中，为双差标志，为载波相位观测值，λ为波长，为载波相位噪声。

进一步的，在所述步骤2中，利用马尔可夫模型对上述观测方程进行最小二乘解算，所述马尔克夫模型为：

y＝Ax+BN+ε

其中，x∈R,ΔN∈Z，x为坐标未知参数，ΔN为模糊度参数，ε为随机噪声。

带入固定模糊度进而得到：

进一步的，在进行最小二乘解算后，所述坐标参数固定解为：

其中，为三维坐标固定解，是坐标参数的方差阵，P为权阵。

可以想到的是，在所述步骤2中，所述观测方程还可为伪距双差观测方程与载波相位双差观测方程联立，以进一步提高其解算精度，联立后的所述观测方程为：

其中，为双差标志，P为伪距观测值，ρ为卫地距，ε_P为伪距噪声，为载波相位观测值，λ为波长，为载波相位噪声。

此时，所述坐标参数固定解为：

其中，为三维坐标固定解，为三维坐标浮点解，为模糊度固定解，为模糊度浮点解，是坐标参数和模糊度参数的协方差阵，是模糊度协方差阵的逆矩阵。

通过该方法亦可实现GNSS解算，故本发明也意图包含该技术方案在内。伪距双差观测方程与载波相位双差观测方程的具体联立方法及其解算方法均为现有技术，故在此便不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，每一历元的静态定位算法均包括：

步骤1：判断是否有已保存的固定模糊度，若是，则直接进行步骤2，若否，则先通过模糊度固定算法搜索固定模糊度，再进行步骤2；

步骤2：将所述固定模糊度带入观测方程中进行最小二乘解算，以得到坐标参数固定解；

步骤3：对所述坐标参数固定解进行残差检验，若合格，则保存该固定解以及该固定模糊度；

步骤4：进行下一历元的静态定位。

2.根据权利要求1所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述模糊度固定算法为整体最小二乘降相关平差算法。

3.根据权利要求1所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述观测方程为载波相位双差观测方程。

4.根据权利要求3所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，所述观测方程为：

其中，为双差标志，为载波相位观测值，λ为波长，为载波相位噪声。

5.根据权利要求1所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述观测方程为伪距双差观测方程与载波相位双差观测方程联立。

6.根据权利要求5所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，所述观测方程为：

其中，为双差标志，P为伪距观测值，ρ为卫地距，ε_P为伪距噪声，为载波相位观测值，λ为波长，为载波相位噪声。

7.根据权利要求3或5所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，在所述步骤2中，利用马尔可夫模型对所述观测方程进行最小二乘解算，所述马尔克夫模型为：

y＝Ax+BN+ε

其中，x∈R,ΔN∈Z，x为坐标未知参数，ΔN为模糊度参数，ε为随机噪声。

8.根据权利要求7所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，当所述观测方程仅为载波相位双差观测方程时，所述坐标参数固定解为：

其中，为三维坐标固定解，是坐标参数的方差阵，P’为权阵。

9.根据权利要求7所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，当所述观测方程为伪距双差观测方程与载波相位双差观测方程联立时，所述坐标参数固定解为：

其中，为三维坐标固定解，为三维坐标浮点解，为模糊度固定解，为模糊度浮点解，是坐标参数和模糊度参数的协方差阵，是模糊度协方差阵的逆矩阵。

10.根据权利要求1所述的卫星导航系统静态定位方法，其特征在于，在所述步骤3中，若不合格，则输出浮点解。