CN109782306A - 一种高精度卫星导航接收机性能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度卫星导航接收机性能分析方法，采集两台相同接收机的观测量数据，基于电离层组合，剔除超过电离层阈值的野值点，得到伪距、载波双差残差，得到双差残差和单差残差的关系，添加约束条件，得到单差观测量残差的无偏估计。本发明不需要模拟源等测试设备，节省了硬件资源，与定位性能密切相关，又未引入接收机算法导致的误差，得到卫星单差残差的无偏估计，有效避免参考星故障导致分析结果出错的问题。

Description

一种高精度卫星导航接收机性能分析方法

技术领域

本发明属于卫星导航领域，是一种卫星导航接收机性能分析方法。

背景技术

高精度接收机技术主要用于RTK定位，接收机测量数据的质量直接决定了RTK定位的性能，一般通过分析RTK定位性能来评估接收机质量，主要包括以下三个指标：(1)基线解算精度：基线解算结果与真实基线相接近的程度；(2)模糊度解算成功率：即正确解算模糊度的概率。RTK数据处理的关键问题之一是整周模糊度解的确定，一个不正确的模糊度解往往能导致错误的定位结果，因此需要对求得的模糊度整数解的正确性进行合理的评估。(3)模糊度解算初始化时间：即第一次解算出双差整周模糊度所经历的时间，体现了模糊度解算过程所需时间的长短与模糊度解算的速率。

现有方法主要对定位结果进行分析，没有直接对接收机观测量定量分析，评估过程忽略了不同算法的影响，因此，不能直接衡量高精度接收机精度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高精度卫星导航接收机精度分析方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

第一步，采集两台相同接收机的观测量数据，包括伪距和载波相位，分别表示为

式中，m、i、k分别表示频率标志、卫星标号、接收机标号，P为伪距观测量，L表示载波观测量，ρ表示卫星到接收机距离，c表示光速，t表示时间，o表示卫星轨道误差，I、T表示电离层延迟、对流层延迟，λ表示波长，N表示整周模糊度，ε表示观测噪声；

第二步，基于电离层组合剔除超过电离层阈值的野值点，式中，f表示频率；

第三步，选取最高仰角卫星j，卫星i观测量进行站间、星间双差处理，消除伪距、卫星钟差、接收机钟差、轨道误差、电离层、对流层误差，得到伪距、载波双差残差分别为

对于载波相位，整周模糊度N变化反映周跳特性，用于周跳统计；载波双差残差仅考虑小数部分v_DD,L＝v_DD,L-round(v_DD,L)；

第四步，双差观测量残差为v_DD，单差观测量残差为v_SD，卫星数为n，则双差残差和单差残差的关系表示为添加约束条件得到单差观测量残差的无偏估计

本发明的有益效果是：

1、本发明直接采用接收机自身完成性能分析，不需要模拟源等测试设备，节省了硬件资源。

2、本发明直接采用观测量实现接收机性能分析，与定位性能密切相关，又未引入接收机算法导致的误差。

3、本发明第四步通过增加约束，得到卫星单差残差的无偏估计，有效避免参考星故障导致分析结果出错的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明采用零基线采集两台相同信号接收机观测量，利用双差法分析观测量测量精度(伪距、载波相位)，结合周跳特性完成接收机性能分析,可以剔除算法对定位性能的影响，直接对高精度接收机进行测试评估，对高精度测量型接收机的设计与研发有一定的参考意义。

本发明算法实现步骤如下：

第一步：搭建接收机性能测试环境，天线接收信号，通过功分器进入两台相同的接收机中，由同一数据采集存储模块进行信号采集。采集两台相同型号接收机观测量数据(伪距、载波相位)，伪距及载波相位观测值可表示为：

式中，m、i、k分别表示频率标志、卫星标号、接收机标号，P为伪距观测量，L表示载波观测量，ρ表示卫星到接收机距离，c表示光速，t表示时间，o表示卫星轨道误差，I、T表示电离层延迟、对流层延迟，λ表示波长，N表示整周模糊度，ε表示观测噪声。

第二步：数据预处理，进行野值剔除。

基于电离层组合利用电离层阈值探测大的野值点。

式中，f表示频率。

第三步：观测量站间、星间双差处理。

选取最高仰角卫星j，卫星i观测量进行站间、星间双差处理，消除伪距、卫星钟差、接收机钟差、轨道误差、电离层、对流层误差，得到伪距、载波双差残差分别为：

伪距、载波双差残差分别为v_DD,P、v_DD,L，其余符号含义与公式(1)、(2)相同。对于载波相位，整周模糊度N变化反映周跳特性，用于周跳统计；载波双差残差仅考虑小数部分v_DD,L＝v_DD,L-round(v_DD,L)。

第四步：计算单差观测量残差，直接反映接收机不同卫星观测量的误差，可以对接收机性能进行分析评估。

双差观测量残差为v_DD，单差观测量残差为v_SD，卫星数为n，则双差残差和单差残差的关系可表示为：

添加约束条件：得到单差观测量残差的无偏估计：

本发明适用于GPS、BDS卫星导航接收机性能分析。以高精度北斗接收机为例阐述本发明的具体实施方式。

步骤1：进行接收机性能测试环境搭建，采集两台相同型号接收机观测量数据(伪距、载波相位)。

步骤2：数据预处理，基于电离层组合根据接收机数据统计方差、均值确定最佳阈值，可采用较大阈值(100)进行数据野值剔除。

步骤3：选取1号卫星为主星，利用公式(3)、(4)进行观测量双差处理，消除伪距、卫星钟差、接收机钟差、轨道误差、电离层、对流层误差，得到伪距、载波双差残差。

对于载波相位，统计整周模糊度N变化频率(周跳频率)，载波双差残差取小数部分v_DD,L＝v_DD,L-round(v_DD,L)。

步骤4：利用公式(5)、(6)计算单差观测量残差，得到单差观测量残差的无偏估计：

至此，完成对高精度卫星导航接收机的性能分析。

Claims (1)

1.一种高精度卫星导航接收机性能分析方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步，采集两台相同接收机的观测量数据，包括伪距和载波相位，分别表示为

式中，m、i、k分别表示频率标志、卫星标号、接收机标号，P为伪距观测量，L表示载波观测量，ρ表示卫星到接收机距离，c表示光速，t表示时间，o表示卫星轨道误差，I、T表示电离层延迟、对流层延迟，λ表示波长，N表示整周模糊度，ε表示观测噪声；

第二步，基于电离层组合剔除超过电离层阈值的野值点，式中，f表示频率；

第三步，选取最高仰角卫星j，卫星i观测量进行站间、星间双差处理，消除伪距、卫星钟差、接收机钟差、轨道误差、电离层、对流层误差，得到伪距、载波双差残差分别为

对于载波相位，整周模糊度N变化反映周跳特性，用于周跳统计；载波双差残差仅考虑小数部分v_DD,L＝v_DD,L-round(v_DD,L)；

第四步，双差观测量残差为v_DD，单差观测量残差为v_SD，卫星数为n，则双差残差和单差残差的关系表示为添加约束条件得到单差观测量残差的无偏估计