CN109001782B - 一种验后残差部分模糊的固定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种验后残差部分模糊的固定方法及装置，适于北斗实时动态滑坡监测，该方法包括基本观测方程构建、滤波测量的更新、模糊度浮点解、选权拟合假设检验、优选观测量、优选观测量的观测方程构建、优选观测量滤波更新、模糊度浮点解、模糊度固定解、基本观测方程构建、附加状态约束的浮点解、基于验后残差的部分模糊度固定、模糊度固定解、历史位移约束的滑坡分析。本发明采用分步、逐级逼近的思路，对噪声较大的卫星进行动态的识别，阻止这些卫星参与模糊度的固定，减弱对定位性能的不利影响，显著提升模糊度固定的比例，改善定位性能。

Description

一种验后残差部分模糊的固定方法及装置

技术领域

本发明涉及北斗检测技术领域，尤其涉及一种适于北斗实时动态滑坡监测的验后残差部分模糊的固定方法及装置。

背景技术

传统的北斗实时动态滑坡监测分析中，卫星频繁升降、失锁重捕和观测环境的干扰等因素引起部分观测量噪声较大，通常把该值作为观测方程进行坐标分量估计，会带来以下两种不利的影响：①导致模糊度固定失败而定位存在偏差，若将该估计量作为形变分析输入量时，会被甄别为位移变化而错误预警(误警)，②若直接剔除该历元时刻所有数据，一旦该时刻发生形变位移，会导致漏警出现，因此必须实时识别和甄别这种噪声较大的观测量。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种适于北斗实时动态滑坡监测的验后残差部分模糊的固定方法及装置，借助验后残差和选权拟合的方法，采用分步、逐级逼近的思路，对噪声较大的卫星进行动态的识别，阻止这些卫星参与模糊度的固定，减弱对定位性能的不利影响，显著提升模糊度固定的比例和定位性能。

为解决上述问题，本发明提供了一种适于北斗实时动态滑坡监测的验后残差部分模糊的固定方法，该方法包括：

S1、基于两个预设观测数据频率的伪距和载波观测量构建基本观测方程；

S2、根据所述观测方程对滤波观测量进行更新；

S3、对更新后的滤波观测量信息进行参数估计，获得模糊度浮点解和浮点解条件下的验后残差；

S4、基于所述验后残差，对更新后的观测量进行优选；

S5、对选择的优良观测量的卫星号和频率值进行标识，获得优选观测量；

S6、基于优选观测量和预设观测数据频率的载波和伪距观测量，构建以优选观测量为依据的的优选观测方程；

S7、依据优选观测方程，执行滤波观测量更新；

S8、获得优选观测量条件下的模糊度浮点解及浮点解下的验后残差；

S9、根据所述模糊的浮点解，进行模糊度搜索与固定，获取所述优选观测量的模糊度固定解；

S10、根据预设观测数据频率的伪距和载波观测量，以优选观测量的模糊度固定解为附加状态约束条件，计算附加状态约束条件下的参数估计，获得附加状态约束条件下的模糊度浮点解和验后残差；

S11、基于所述附加状态约束条件下的验后残差，进行部分模糊的固定，计算所述附加状态约束条件下的验后残差的部分模糊度固定解；

S12、依据所述部分模糊度固定解和方差信息，结合历史位移信息，执行历史位移约束的滑坡分析，对当前历元的形变进行定量的分析。

进一步地，所述步骤S4中，采用选权拟合假设检验方法对更新后的观测量进行优选。

进一步地，所述步骤S4具体包括：

采用验后残差和选权拟合假设检验的观测量优选方法，识别较大噪声观测量，将噪声较小的观测量作为优选观测量。

进一步地，所述步骤S2具体包括：

对所述滤波观测量进行周跳探测，判断是否出现新的模糊度；

将新的模糊度进行初始化，并进行标记；

将标记的观测量加入到观测方程中。

进一步地，所述步骤S3具体包括：

基于标记的模糊度参数，结合所述滤波观测量进行观测方程的线性化，依据线性化的观测方程更新滤波方程，执行滤波估计，获得模糊度浮点解和验后残差。

进一步地，采用扩展Kalman滤波作为估计器对更新后的滤波观测量信息进行参数估计。

在另一个实施例中，提供一种验后残差部分模糊的固定装置，适于北斗实时动态滑坡监测，所述装置包括：

观测方程构建单元，用于基于两个预设观测数据频率的伪距和载波观测量构建基本观测方程；

第一观测量更新单元，用于根据所述观测方程对滤波观测量进行更新；

第一参数估计单元，用于对更新后的滤波观测量信息进行参数估计，获得模糊度浮点解和浮点解条件下的验后残差；

优选单元，用于基于所述参数估计单元获得的验后残差，对更新后的观测量进行优选；

标识单元，用于对选择的优良观测量的卫星号和频率值进行标识，获得优选观测量；

优选观测方程构建单元，用于基于优选观测量和预设观测数据频率的载波和伪距观测量，构建以优选观测量为依据的的优选观测方程；

第二观测量更新单元，用于依据优选观测方程，执行滤波观测量更新；

第二参数估计单元，用于获得优选观测量条件下的模糊度浮点解及浮点解下的验后残差；

第一固定解计算单元，用于根据所述模糊的浮点解，进行模糊度搜索与固定，获取所述优选观测量的模糊度固定解；

第三参数估计单元，用于根据预设观测数据频率的伪距和载波观测量，以优选观测量的模糊度固定解为附加状态约束条件，计算附加状态约束条件下的参数估计，获得附加状态约束条件下的模糊度浮点解和验后残差；

第二固定解计算单元，用于基于所述附加状态约束条件下的验后残差，进行部分模糊的固定，计算所述附加状态约束条件下的验后残差的部分模糊度固定解；

分析单元，用于依据所述部分模糊度固定解和方差信息，结合历史位移信息，执行历史位移约束的滑坡分析，对当前历元的形变进行定量的分析。

其中，所述优选单元，具体地，使用选权拟合假设检验方法对更新后的观测量进行优选。

其中，所述优选单元，具体地，采用验后残差和选权拟合假设检验的观测量优选方法，识别较大噪声观测量，将噪声较小的观测量作为优选观测量。

其中，第一观测量更新单元，具体包括：

判断子单元，用于对所述滤波观测量进行周跳探测，判断是否出现新的模糊度；

标记子单元，用于将判断子单元判断出的新的模糊度进行初始化，并进行标记；

融合单元，用于将标记子单元标记的观测量加入到观测方程中。

本发明的验后残差部分模糊的固定方法及装置，基于“选权拟合”的思想，基于迭代优化和验后残差对噪声过大的卫星进行判断，阻止该卫星进入模糊度固定中，在数据处理的角度上解决引起模糊度固定失败的问题，提升北斗实时动态滑坡监测的可靠性和适用性。

附图说明

图1示出了本发明的适于北斗实时动态滑坡监测的验后残差部分模糊的固定方法的流程图。

图2示出了本发明的适于北斗实时动态滑坡监测的验后残差部分模糊的固定装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明的适于北斗实时动态滑坡监测的验后残差部分模糊的固定方法的流程图。

如图1所示，本发明一个实施例中提供了一种验后残差部分模糊的固定方法，该方法适于北斗实时动态滑坡监测，具体包括：

S1、基于两个预设观测数据频率的伪距和载波观测量构建基本观测方程；

S2、根据所述观测方程对滤波观测量进行更新；具体地，更新过程包括：

对滤波观测量进行周跳探测，判断是否出现新的模糊度；

将新的模糊度进行初始化，并进行标记；

将标记的观测量加入到观测方程中。

S3、对更新后的滤波观测量信息进行参数估计，获得模糊度浮点解和浮点解条件下的验后残差；

具体地，采用扩展Kalman滤波作为估计器对更新后的滤波观测量信息进行参数估计。

S4、基于所述验后残差，对更新后的观测量进行优选；

在一个实施例中，采用选权拟合假设检验方法对更新后的观测量进行优选。具体地，根据验后残差及参数的方差矩阵，执行统计假设检验，进行最优观测量的选择，较大噪声观测量，将噪声较小的观测量作为优选观测量。

S5、对选择的优良观测量的卫星号和频率值进行标识，获得优选观测量；

S6、基于优选观测量和预设观测数据的载波和伪距观测量，构建以优选观测量为依据的优选观测方程，并获得优选观测量的设计矩阵、验前残差和方差阵；

S7、依据优选观测方程，执行滤波观测量更新，并更新优选观测量条件下的滤波方程并进行参数估计；

S8、获得优选观测量条件下的模糊度浮点解及浮点解下的验后残差；

S9、根据所述模糊的浮点解，进行模糊度搜索与固定，获取所述优选观测量的模糊度固定解；

本实施例中，由于上述处理的基础是优选的观测量，因此能快速准确实现模糊度的固定，获得坐标分量的无偏最优解。

S10、根据预设观测数据频率的伪距和载波观测量，以优选观测量的模糊度固定解为附加状态约束条件，计算附加状态约束条件下的参数估计，获得附加状态约束条件下的模糊度浮点解和验后残差；

S11、基于所述附加状态约束条件下的验后残差，进行部分模糊的固定，计算所述附加状态约束条件下的验后残差的部分模糊度固定解；

本实施例中，具体地，首先基于两个频率的伪距和载波观测量构建基本观测方程，依据模糊度固定解提供的模糊度固定值和坐标分量估计量及其协方差信息，联合进行参数估计，估计中采用附加状态约束的参数估计方法，即除了将当前历元的基本观测方程作为观测方程外，将模糊度固定解提供的模糊度估计值及坐标分量作为伪随机观测量，该伪随机观测量的先验约束信息依据其协方差进行设置，该方法综合考虑先前估计状态(模糊度估计值及坐标分量)的大小和不确定度等综合信息，避免先前状态错误估计对当前滤波方程带来的系统误差，当执行完状态约束的浮点解参数估计后，得到附加状态约束条件下的浮点解和协方差矩阵，同时获得对应残差分量。

进一步，依据附加状态约束的模糊度浮点解验后残差和方差信息，构建检验统计量，以此进行噪声较大的观测量的识别，然后标记较优的观测量，对这些观测量，采用部分模糊度固定方法,即仅对做标记的卫星和频率做相关的模糊度固定，然后，以此为基础进行模糊度固定并更新坐标分量，获得模糊度的固定解及其方差信息。

S12、依据所述部分模糊度固定解和方差信息，结合历史位移信息，执行历史位移约束的滑坡分析，对当前历元的形变进行定量的分析。

本发明的另一个实施例中，提供一种适于北斗实时动态滑坡监测的验后残差部分模糊的固定装置，如图2所示，该装置包括：

观测方程构建单元10，用于基于两个预设观测数据的伪距和载波观测量构建基本观测方程；

第一观测量更新单元20，用于根据所述观测方程对滤波观测量进行更新；

第一参数估计单元30，用于对更新后的滤波观测量信息进行参数估计，获得模糊度浮点解和浮点解条件下的验后残差；

优选单元40，用于基于所述参数估计单元获得的验后残差，对更新后的观测量进行优选；

标识单元50，用于对选择的优良观测量的卫星号和频率值进行标识，获得优选观测量；

优选观测方程构建单元60，用于基于优选观测量和预设观测数据的载波和伪距观测量，构建以优选观测量为依据的优选观测方程；

第二观测量更新单元70，用于依据优选观测方程，执行滤波观测量更新；

第二参数估计单元80，用于获得优选观测量条件下的模糊度浮点解及浮点解下的验后残差；

第一固定解计算单元90，用于根据所述模糊的浮点解，进行模糊度搜索与固定，获取所述优选观测量的模糊度固定解；

第三参数估计单元110，用于根据预设观测数据的伪距和载波观测量，以优选观测量的模糊度固定解为附加状态约束条件，计算附加状态约束条件下的参数估计，获得附加状态约束条件下的模糊度浮点解和验后残差；

第二固定解计算单元111，用于基于所述附加状态约束条件下的验后残差，进行部分模糊的固定，计算所述附加状态约束条件下的验后残差的部分模糊度固定解；

分析单元112，用于依据所述部分模糊度固定解和方差信息，结合历史位移信息，执行历史位移约束的滑坡分析，对当前历元的形变进行定量的分析。

上述实施例中，优选单元40，使用选权拟合假设检验方法对更新后的观测量进行优选。具体地，采用验后残差和选权拟合假设检验的观测量优选方法，识别较大噪声观测量，将噪声较小的观测量作为优选观测量。

进一步地，第一观测量更新单元20，具体包括：

判断子单元，用于对所述滤波观测量进行周跳探测，判断是否出现新的模糊度；

标记子单元，用于将判断子单元判断出的新的模糊度进行初始化，并进行标记；

融合单元，用于将标记子单元标记的观测量加入到观测方程中。

本发明的验后残差部分模糊的固定方法及装置，以传统模糊度固定方法为基础，针对卫星频繁升降、失锁重捕等引起的部分卫星观测噪声较大，导致整体模糊度固定失败的问题，借助验后残差和选权拟合的方法，采用分步、逐级逼近的思路，对噪声较大的卫星进行动态的识别，阻止这些卫星参与模糊度的固定，减弱对定位性能的不利影响，显著提升模糊度固定的比例，改善定位性能。

本发明的方法中，采用验后残差和选权拟合的观测量优选方法，同时基于优选观测量进行初步的参数估计和模糊度的快速固定，该方法基于验后残差和协方差信息，借助“选权拟合”的思想，采用假设检验方法对噪声较小的观测量进行识别，并以此作为“基准数据”进行后续参数估计来改善滤波方程方差矩阵，有效解决了传统处理将噪声较大的观测数据参与滤波方程，导致方差矩阵失真。

同时，设计采用附加状态约束的模糊度浮点解估计方法，该方法将固定的模糊度和坐标分量作为虚拟观测量，并以其方差信息作为约束信息，参与到参数估计中，想比传统的将固定的模糊度和坐标分量作为已知量的处理方法，该方法不仅考虑参数的大小，还考虑了参数的不确定性，避免先前错误估计的参数纳入后续滤波方程，引起后续坐标估计存在明显的系统性偏差。

此外，本发明实施例的方法设计采用基于验后残差的部分模糊度固定方法，该方法以附加状态约束的模糊度浮点解的验后残差为依据，识别噪声较大的观测量，抑制这些观测量参与到模糊度固定，相比传统的将所有观测数据均进行模糊度固定的思路，将有力的解决少量、较大噪声观测量引起整体模糊度固定失败，导致模糊度固定比率偏低的问题。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种验后残差部分模糊的固定方法，适于北斗实时动态滑坡监测，其特征在于，所述方法包括：

S1、基于两个预设观测数据频率的伪距和载波观测量构建基本观测方程；

S2、根据所述观测方程对滤波观测量进行更新；

S3、对更新后的滤波观测量信息进行参数估计，获得模糊度浮点解和浮点解条件下的验后残差；

S4、基于所述验后残差，对更新后的观测量进行优选；步骤S4中，采用选权拟合假设检验方法对更新后的观测量进行优选，具体包括：采用验后残差和选权拟合假设检验的观测量优选方法，识别较大噪声观测量，将噪声较小的观测量作为优选观测量；

S5、对选择的优良观测量的卫星号和频率值进行标识，获得优选观测量；

S6、基于优选观测量和预设观测数据频率的载波和伪距观测量，构建以优选观测量为依据的优选观测方程；

S7、依据优选观测方程，执行滤波观测量更新；

S8、获得优选观测量条件下的模糊度浮点解及浮点解下的验后残差；

S9、根据所述模糊的浮点解，进行模糊度搜索与固定，获取所述优选观测量的模糊度固定解；

S10、根据预设观测数据频率的伪距和载波观测量，以优选观测量的模糊度固定解为附加状态约束条件，计算附加状态约束条件下的参数估计，获得附加状态约束条件下的模糊度浮点解和验后残差；

S11、基于所述附加状态约束条件下的验后残差，进行部分模糊的固定，计算所述附加状态约束条件下的验后残差的部分模糊度固定解；

S12、依据所述部分模糊度固定解和方差信息，结合历史位移信息，执行历史位移约束的滑坡分析，对当前历元的形变进行定量的分析。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

对所述滤波观测量进行周跳探测，判断是否出现新的模糊度；

将新的模糊度进行初始化，并进行标记；

将标记的观测量加入到观测方程中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

基于标记的模糊度参数，结合所述滤波观测量进行观测方程的线性化，依据线性化的观测方程更新滤波方程，执行滤波估计，获得模糊度浮点解和验后残差。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用扩展Kalman滤波作为估计器对更新后的滤波观测量信息进行参数估计。

5.一种验后残差部分模糊的固定装置，适于北斗实时动态滑坡监测，其特征在于，所述装置包括：

观测方程构建单元，用于基于两个预设观测数据频率的伪距和载波观测量构建基本观测方程；

第一观测量更新单元，用于根据所述观测方程对滤波观测量进行更新；

第一参数估计单元，用于对更新后的滤波观测量信息进行参数估计，获得模糊度浮点解和浮点解条件下的验后残差；

优选单元，用于基于所述参数估计单元获得的验后残差，对更新后的观测量进行优选；所述优选单元，用于使用选权拟合假设检验方法对更新后的观测量进行优选，具体地，采用验后残差和选权拟合假设检验的观测量优选方法，识别较大噪声观测量，将噪声较小的观测量作为优选观测量；

标识单元，用于对选择的优良观测量的卫星号和频率值进行标识，获得优选观测量；

优选观测方程构建单元，用于基于优选观测量和预设观测数据频率的载波和伪距观测量，构建以优选观测量为依据的优选观测方程；

第二观测量更新单元，用于依据优选观测方程，执行滤波观测量更新；

第二参数估计单元，用于获得优选观测量条件下的模糊度浮点解及浮点解下的验后残差；

第一固定解计算单元，用于根据所述模糊的浮点解，进行模糊度搜索与固定，获取所述优选观测量的模糊度固定解；

第三参数估计单元，用于根据预设观测数据频率的伪距和载波观测量，以优选观测量的模糊度固定解为附加状态约束条件，计算附加状态约束条件下的参数估计，获得附加状态约束条件下的模糊度浮点解和验后残差；

第二固定解计算单元，用于基于所述附加状态约束条件下的验后残差，进行部分模糊的固定，计算所述附加状态约束条件下的验后残差的部分模糊度固定解；

分析单元，用于依据所述部分模糊度固定解和方差信息，结合历史位移信息，执行历史位移约束的滑坡分析，对当前历元的形变进行定量的分析。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，第一观测量更新单元，具体包括：

判断子单元，用于对所述滤波观测量进行周跳探测，判断是否出现新的模糊度；

标记子单元，用于将判断子单元判断出的新的模糊度进行初始化，并进行标记；

融合单元，用于将标记子单元标记的观测量加入到观测方程中。

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