CN110703288A - 一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法 - Google Patents

一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110703288A
CN110703288A CN201910976822.6A CN201910976822A CN110703288A CN 110703288 A CN110703288 A CN 110703288A CN 201910976822 A CN201910976822 A CN 201910976822A CN 110703288 A CN110703288 A CN 110703288A
Authority
CN
China
Prior art keywords
representing
model
satellite
time difference
positioning device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910976822.6A
Other languages
English (en)
Inventor
章浙涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN201910976822.6A priority Critical patent/CN110703288A/zh
Publication of CN110703288A publication Critical patent/CN110703288A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude
    • G01S19/41—Differential correction, e.g. DGPS [differential GPS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/23—Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，方法包括获取天线内置卫星定位设备的信号观测值；根据信号观测值的类型，组无几何函数模型；对无几何函数模型进行时间差分组时间差分的无几何函数模型；对时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合并去除，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型；处理去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到噪声信号；基于噪声信号计算出预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，进而计算出天线内置定位设备的信号的精度。与现有技术相比，本发明不需要零基线或短基线实验及其相关工具材料，只需一台卫星定位设备即可准确可靠地确定其信号质量，因此特别适用于天线内置的定位设备。

Description

一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法
技术领域
本发明属于卫星定位设备信号处理技术领域，具体涉及一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法。
背景技术
目前，智能手机等设备都已包含卫星定位功能，这些卫星定位设备的天线往往都是内置的。为了衡量这些定位设备的性能，确定观测值的精度是非常重要的一步。否则，用户无法获得最优的定位解及其精度。
近年来，为实现准确评价定位设备的精度，通常采用基于零基线和短基线的方法来完成，即涉及到两台定位设备。在零基线法中，两台定位设备(通常型号相同)连接到同一根天线(包括前置放大器)，且基线长为零。此时，外部环境误差，包括大气延迟、多路径效应等都将被定位设备间的单差观测方程消去，且只剩下信号噪声。零基线的缺点是只能评价定位设备内部信号的噪声，而无法将天线等因素考虑进去，因此得到的结果是过于乐观的。在短基线方法中，两台定位设备连接到两根天线，且天线相互之间的距离非常短，通常只有几米。因此，相同的外界环境误差被显著消除了。与零基线法不同的是，由于该方法使用了两根天线，因此得到的信号噪声来源包含了整个定位设备(包括接收机和天线等)。事实上，这也是为何零基线法计算得到的观测值精度值要小于短基线法中计算得到的观测值精度值的一个重要原因。因此，短基线法可作为零基线法的一个补充。与零基线法进行比较，短基线法存在一个明显缺陷，即观测值中会残留多路径效应等误差，且无法忽略。为了提取纯净的观测值噪声，往往需要使用额外的数据处理方法。
然而，目前很多定位设备的天线都是内置的，无法通过相对定位模式对其进行质量评估，很有必要发展一种稳定成熟的适合评价单个定位设备的噪声及其精度的分析方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，通过组时间差分的无几何函数模型，并利用多项式拟合和ARMA模型进行预处理，从而得到新的时间差分的无几何函数模型准确可靠的噪声，最终确定信号观测值的噪声及其精度，为用户提供了评估卫星定位设备性能的方案。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于，包括：
获取天线内置卫星定位设备的信号观测值；
根据所述信号观测值的类型，组相应的无几何函数模型；
对所述无几何函数模型进行时间差分操作，组相应的时间差分的无几何函数模型；
对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合，并去除拟合后的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型；
利用ARMA模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声；
基于所述噪声，计算出预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度；
基于所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，计算出天线内置定位设备的信号的精度。
可选地，所述天线内置卫星定位设备的信号观测值包括相位观测值，或者相位观测值和伪距观测值。
可选地，所述无几何函数模型具体为：
Figure BDA0002233908640000021
和/或：
Figure BDA0002233908640000022
式中，GF1i,j代表以频率i和j的相位观测值组成的第一种无几何函数模型,GF2i代表以频率i的伪距和相位观测值组成的第二种无几何函数模型；
Figure BDA0002233908640000023
和
Figure BDA0002233908640000024
分别代表定位设备k中卫星p上第i个频率的相位观测值和伪距观测值；
Figure BDA0002233908640000025
代表定位设备k中卫星p上第j个频率的相位观测值；λi和λj分别代表频率为i和j的相位观测值的波长；
Figure BDA0002233908640000026
和
Figure BDA0002233908640000027
分别代表定位设备k中卫星p上第i和j个频率的相位整周模糊度；
Figure BDA0002233908640000028
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的电离层延迟；代表定位设备k中卫星p上第一种无几何函数模型的多路径效应；ζk,GF1和ζp,GF1分别代表定位设备k和卫星p上第一种无几何函数模型的硬件延迟；
Figure BDA00022339086400000210
代表定位设备k中卫星p上第一种无几何函数模型的观测值噪声；
Figure BDA00022339086400000211
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的伪距多路径效应；代表定位设备k中卫星p上第i个频率的相位多路径效应；ξk,i和ξp,i分别代表定位设备k和卫星p上的码伪距硬件延迟；ζk,i和ζp,i分别代表定位设备k和卫星p上的相位硬件延迟；代表定位设备k中卫星p上的伪距观测值噪声；
Figure BDA00022339086400000214
代表定位设备k中卫星p上的相位观测值噪声。
可选地，所述时间差分的无几何函数模型具体为：
Figure BDA00022339086400000215
和/或：
Figure BDA0002233908640000031
式中，t代表观测历元；Δ代表时间差分算子，即满足Δ[.](t)＝[.](t)-[.](t-1)。
可选地，在对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合时使用的拟合公式为：
ΔGFt＝a1+a2×t+a3×t2
式中，a1、a2和a3均代表待估参数；ΔGFt代表任意一种时间差分的无几何函数模型ΔGF的趋势项；
根据ΔGF的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型ΔGFd，即有
ΔGFd＝＝ΔGF-ΔGFt。
可选地，利用ARMA模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声，具体包括以下步骤：
ΔGFd包含两种多项式形式的平稳过程，其中ΔGFd(t-1),ΔGFd(t-2),…,ΔGFd(t-p)为AR过程，而v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)为MA过程，v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)均为时间差分的无几何函数模型的噪声，p和q为ARMA模型的阶数，因此，ΔGFd满足如下条件：
ΔGFd(t)＝f(t)β+v(t)
式中，f(t)＝[ΔGFd(t-1),ΔGFd(t-2),…,ΔGFd(t-p),v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)]；
Figure BDA0002233908640000032
Figure BDA0002233908640000033
是AR模型参数，θ1,θ2,…θq是MA模型参数。
如果存在K个历元，则多历元模型如下：
Y(K)＝F(K)β+V(K)
式中，Y(K)＝[ΔGFd(t),ΔGFd(t+1),…,ΔGFd(t+K-1)]T；F(K)＝[f(t),f(t+1),…,f(t+K-1)]T；V(K)＝[v(t),v(t+1),…,v(t+K-1)]T；
相应的K个历元的最小二乘解为：
Figure BDA0002233908640000034
由于f(t)依赖于之前的历元，因此该过程的估计是一个迭代的过程，其中，ARMA模型阶数p和q满足
Figure BDA0002233908640000035
获得的BIC值最小
Figure BDA0002233908640000036
式中，l是与参数估值对应的优化对数似然函数值；
最后，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声：
Figure BDA0002233908640000041
可选地，所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度的计算公式为：
Figure BDA0002233908640000042
式中，σv是预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，
Figure BDA0002233908640000043
是K个历元内ΔGF观测值噪声的均值。
可选地，当观测值为双频相位时，所述天线内置定位设备的信号的精度的表达式具体为：
Figure BDA0002233908640000045
当观测值为多频相位时，所述天线内置定位设备的信号的精度的表达式具体为：
以i频率为基准频率，并将频率j的相位观测值替换为频率l的相位观测值，从而得到频率l的相位观测值的精度；
式中，为所有已求卫星计算得到的预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度的平均值，且满足：
其中，
Figure BDA0002233908640000049
代表时间差分的无几何函数模型ΔGF1i,j的精度；
Figure BDA00022339086400000410
和
Figure BDA00022339086400000411
分别代表第i和j个频率上相位观测值的精度，λi和λj分别代表频率为i和j的相位观测值的波长。
可选地，当观测值为伪距时，频率i伪距观测值的精度的表达式为：
Figure BDA00022339086400000412
式中，
Figure BDA00022339086400000413
为所有已求卫星计算得到的预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度
Figure BDA00022339086400000414
的平均值，且满足
Figure BDA00022339086400000415
代表时间差分的无几何函数模型ΔGF2i的精度；
Figure BDA00022339086400000417
代表第i个频率上伪距观测值的精度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，通过组时间差分的无几何函数模型，并利用多项式拟合和ARMA模型进行预处理，从而得到新的时间差分的无几何函数模型准确可靠的噪声，最终确定信号观测值的噪声及其精度，为用户提供了评估卫星定位设备性能的方案。
2.通过组无几何函数模型和时间差分的无几何函数模型，可以直接消除或减弱绝大多数系统误差。例如，在无几何函数模型中，通常仅包含整周模糊度、电离层延迟、多路径、硬件延迟及观测值噪声。而在时间差分的无几何函数模型中，其中的整周模糊度和硬件延迟通常可以被消去，电离层延迟和多路径也被大大削弱了。相比较传统的基于几何函数模型，该方法易于操作且提高了计算效率。
3.利用多项式拟合和ARMA模型对时间差分的无几何函数模型的预处理，可帮助用户消除残余的电离层延迟和多路径效应，从而帮助用户得到所需的干净的观测值噪声，提高了评估的准确性和可靠性。
4.该方法的整个实施过程中，仅需要一台卫星定位设备，相较于传统的零基线和短基线等方法，不需要额外的定位设备、天线以及前置放大器等辅助工具，尤其适合处理传统方法无法评估的天线内置卫星定位设备，大大节约了成本，并提高了适用范围。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明的流程图；
图2为本发明一优选实施例中的信号质量评估方法流程图；
图3为本发明又一优选实施例中的信号质量评估方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，如图1和2所示，具体包括以下步骤：
(1)获取天线内置卫星定位设备的信号观测值；在本发明实施例中，所述天线内置卫星定位设备的信号包括相位观测值；
(2)根据所述天线内置卫星定位设备的信号观测值的类型，组相应的无几何函数模型；
(3)对所述无几何函数模型进行时间差分操作，组相应的时间差分的无几何函数模型；
(4)对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合，并去除拟合后的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型；
(5)利用ARMA模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声；
(6)基于所述噪声，计算出预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度；
(7)基于所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，计算出天线内置定位设备的信号的精度。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述根据所述天线内置卫星定位设备的相位观测值信号，组相应的无几何函数模型，具体包括以下步骤：
针对某定位设备k中某颗卫星p的其中两个频率i和j，可以组成相位观测值的GF1组合，如下所示：
Figure BDA0002233908640000061
式中，GF1i,j代表以频率i和j的相位观测值组成的第一种无几何函数模型；
Figure BDA0002233908640000062
和
Figure BDA0002233908640000063
分别代表定位设备k中卫星p上第i和j个频率的相位观测值；λi和λj分别代表频率为i和j的相位观测值的波长；和
Figure BDA0002233908640000065
分别代表定位设备k中卫星p上第i和j个频率的相位整周模糊度；
Figure BDA0002233908640000066
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的电离层延迟；
Figure BDA0002233908640000067
代表定位设备k中卫星p上第一种无几何函数模型的多路径效应；ζk,GF1和ζp,GF1分别代表定位设备k和卫星p上第一种无几何函数模型的硬件延迟；
Figure BDA0002233908640000068
代表定位设备k中卫星p上第一种无几何函数模型的观测值噪声。
因为来自同一颗卫星不同频率信号的传播路径几乎相同，因此GF组合可消除或减弱绝大多数系统误差。在GF1模型中，仅包含两个频率上的整周模糊度、电离层延迟、多路径、相位硬件延迟及相位观测值噪声。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述对所述无几何函数模型进行时间差分操作，组相应的时间差分的无几何函数模型，具体为：
如果对GF组合进行时间差分操作，可得时间差分无几何函数模型。设历元t和t+1对应的GF观测值分别为GF(t)和GF(t+1)，则ΔGF的数学表达式如下：
ΔGF(t)＝GF(t+1)-GF(t) (5)
当不存在周跳时，时间差分无几何函数模型中整周模糊度和硬件延迟可以被消去，电离层延迟和多路径也被大大削弱了。因此，最后只剩下电离层延迟、多路径及信号噪声。
则所述时间差分的无几何函数模型具体为：
Figure BDA0002233908640000071
式中，t代表观测历元；Δ代表时间差分算子，即满足Δ[.](t)＝[.](t)-[.](t-1)。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合，并去除拟合后的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型，具体为：
一般来说，相比观测值噪声，残余的电离层延迟和多路径效应是低频信号，因此会存在一个微弱的趋势。因此，一个常数项，一个一阶项，或者一个二阶项可以用来处理系统趋势项。这些多项式拟合函数的参数可以通过最小二乘进行估计，优先选取二阶多项式，此时拟合公式为：
ΔGFt＝a1+a2×t+a3×t2
式中，a1、a2和a3均代表待估参数；ΔGFt代表任意一种时间差分的无几何函数模型ΔGF的趋势项。
根据ΔGF的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型ΔGFd，即有
ΔGFd＝ΔGF-ΔGFt。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，利用ARMA模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声，具体包括以下步骤：
由于ΔGF具有物理相关性和时间相关性，因此需要用一种方法来准确处理该时间相关过程，从而获得纯净的时间差分的无几何函数模型的噪声v(t)。ΔGFd主要包含两种多项式形式的平稳过程，其中ΔGFd(t-1),ΔGFd(t-2),…,ΔGFd(t-p)为AR过程，而v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)为MA过程，v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)均为时间差分的无几何函数模型的噪声，p和q为ARMA模型的阶数，因此，ΔGFd满足如下条件：
ΔGFd(t)＝f(t)β+v(t)
式中，f(t)＝[ΔGFd(t-1),ΔGFd(t-2),…,ΔGFd(t-p),v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)]；
Figure BDA0002233908640000081
Figure BDA0002233908640000082
是AR模型参数，θ1,θ2,…θq是MA模型参数。
如果存在K个历元，则多历元模型如下：
Y(K)＝F(K)β+V(K)
式中，Y(K)＝[ΔGFd(t),ΔGFd(t+1),…,ΔGFd(t+K-1)]T；F(K)＝[f(t),f(t+1),…,f(t+K-1)]T；V(K)＝[v(t),v(t+1),…,v(t+K-1)]T；
相应的K个历元的最小二乘解为：
Figure BDA0002233908640000083
由于f(t)依赖于之前的历元，因此该过程的估计是一个迭代的过程，其中，ARMA模型阶数p和q满足
Figure BDA0002233908640000084
获得的BIC值最小
Figure BDA0002233908640000085
式中，l是与参数估值对应的优化对数似然函数值；
最后，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声：
Figure BDA0002233908640000086
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述基于所述噪声，计算出预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，基于所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，计算出天线内置定位设备的信号的精度，具体包括以下步骤：
为了确定信号精度，首先需要计算ΔGF观测值噪声的精度。为了获得无偏估计，采用下式计算：
Figure BDA0002233908640000087
式中，σv是预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，
Figure BDA0002233908640000088
是K个历元内ΔGF观测值噪声的均值。
根据误差传播定律，可以确定信号精度。对于第一种时间差分的无几何函数模型来说，针对某颗卫星且使用第i和j个频率时，信号精度计算公式如下
Figure BDA0002233908640000089
式中，
Figure BDA00022339086400000810
代表历元t时ΔGF1观测值随机噪声的精度；和
Figure BDA00022339086400000812
分别代表历元t+1和t时第i个频率上相位观测值噪声的精度；
Figure BDA00022339086400000813
和
Figure BDA00022339086400000814
分别代表历元t+1和t时第j个频率上相位观测值噪声的精度。由于观测值噪声满足正态分布，因此与
Figure BDA00022339086400000816
相等，
Figure BDA00022339086400000817
与
Figure BDA00022339086400000818
也相等。接着，可以变形为
Figure BDA0002233908640000091
对于某台定位设备来讲，相位观测值精度与波长有关，即满足：
Figure BDA0002233908640000092
由于对于每一颗卫星都可以得到一个
Figure BDA0002233908640000093
只使用卫星高度角大于35°的卫星，从而可以大大减少外界环境影响。
Figure BDA0002233908640000094
为所有已求卫星计算得到的预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度
Figure BDA0002233908640000095
的平均值，最后，可以得到双频相位观测值的精度：
Figure BDA0002233908640000096
Figure BDA0002233908640000097
当观测值为多频相位时，所述天线内置定位设备的信号的精度的表达式具体为：
以i频率为基准频率，并将频率j的相位观测值替换为频率l的相位观测值，从而得到频率l的相位观测值的精度；
式中，
Figure BDA0002233908640000098
为所有已求卫星计算得到的预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度
Figure BDA0002233908640000099
的平均值，且满足：
Figure BDA00022339086400000910
其中，
Figure BDA00022339086400000911
代表时间差分的无几何函数模型ΔGF1i,j的精度；和
Figure BDA00022339086400000913
分别代表第i和j个频率上相位观测值的精度，λi和λj分别代表频率为i和j的相位观测值的波长。
实施例2
本发明实施例中提供了一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，如图1和3所示，具体包括以下步骤：
(1)获取天线内置卫星定位设备的信号观测值；在本发明实施例中，所述天线内置卫星定位设备的信号包括相位和伪距观测值；
(2)根据所述天线内置卫星定位设备的信号观测值的类型，组相应的无几何函数模型；
(3)对所述无几何函数模型进行时间差分操作，组相应的时间差分的无几何函数模型；
(4)对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合，并去除拟合后的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型；
(5)利用ARMA模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声；
(6)基于所述噪声，计算出预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度；
(7)基于所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，计算出天线内置定位设备的信号的精度。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，根据所述天线内置卫星定位设备的信号观测值的类型，组相应的无几何函数模型，具体为：
针对某定位设备k中某颗卫星p的其中两个频率i和j，可以组成伪距观测值的GF2组合，如下所示：
式中，GF2i代表以频率i的伪距和相位观测值组成的第二种无几何函数模型；
Figure BDA0002233908640000102
和
Figure BDA0002233908640000103
分别代表定位设备k中卫星p上第i个频率的伪距和相位观测值；λi代表频率为i的相位观测值的波长；
Figure BDA0002233908640000104
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的相位整周模糊度；
Figure BDA0002233908640000105
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的电离层延迟；
Figure BDA0002233908640000106
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的伪距多路径效应；代表定位设备k中卫星p上第i个频率的相位多路径效应；ξk,i和ξp,i分别代表定位设备k和卫星p上的码伪距硬件延迟；ζk,i和ζp,i分别代表定位设备k和卫星p上的相位硬件延迟；
Figure BDA0002233908640000108
代表定位设备k中卫星p上的伪距观测值噪声；
Figure BDA0002233908640000109
代表定位设备k中卫星p上的相位观测值噪声。
因为来自同一颗卫星不同频率信号的传播路径几乎相同，因此GF组合可消除或减弱绝大多数系统误差。在GF1模型中，仅包含两个频率上的整周模糊度、电离层延迟、多路径、相位硬件延迟及相位观测值噪声。在GF2模型中，由于相位观测值的多路径、硬件延迟及观测值噪声要远远小于伪距观测值的多路径、硬件延迟及观测值噪声，因此可以对这些误差量进行忽略，即最终仅包含两个频率上的整周模糊度、电离层延迟、多路径、伪距硬件延迟及伪距观测值噪声。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述对所述无几何函数模型进行时间差分操作，组相应的时间差分的无几何函数模型，具体为：
所述时间差分的无几何函数模型具体为：
式中，t代表观测历元；Δ代表时间差分算子，即满足Δ[.](t)＝[.](t)-[.](t-1)。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合，并去除拟合后的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型，具体为：
一般来说，相比观测值噪声，残余的电离层延迟和多路径效应是低频信号，因此会存在一个微弱的趋势。因此，一个常数项，一个一阶项，或者一个二阶项可以用来处理系统趋势项。这些多项式拟合函数的参数可以通过最小二乘进行估计，优先选取二阶多项式，此时拟合公式为：
ΔGFt＝a1+a2×t+a3×t2
式中，a1、a2和a3均代表待估参数；ΔGFt代表任意一种时间差分的无几何函数模型ΔGF的趋势项。根据ΔGF的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型ΔGFd，即有
ΔGFd＝ΔGF-ΔGFt。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述利用ARMA模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声，具体包括以下步骤：
由于ΔGF具有物理相关性和时间相关性，因此需要用一种方法来准确处理该时间相关过程，从而获得纯净的时间差分的无几何函数模型的噪声v(t)。ΔGFd主要包含两种多项式形式的平稳过程，其中ΔGFd(t-1),ΔGFd(t-2),…,ΔGFd(t-p)为AR过程，而v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)为MA过程，v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)均为时间差分的无几何函数模型的噪声，p和q为ARMA模型的阶数，因此，ΔGFd满足如下条件：
ΔGFd(t)＝f(t)β+v(t)
式中，f(t)＝[ΔGFd(t-1),ΔGFd(t-2),…,ΔGFd(t-p),v(t-1),v(t-2),…,v(t-q)]；
Figure BDA0002233908640000111
是AR模型参数，θ1,θ2,…θq是MA模型参数。
如果存在K个历元，则多历元模型如下：
Y(K)＝F(K)β+V(K)
式中，Y(K)＝[ΔGFd(t),ΔGFd(t+1),…,ΔGFd(t+K-1)]T；F(K)＝f(t),f(t+1),…,f(t+K-1)]T；V(K)＝[v(t),v(t+1),…,v(t+K-1)]T；
相应的K个历元的最小二乘解为：
Figure BDA0002233908640000113
由于f(t)依赖于之前的历元，因此该过程的估计是一个迭代的过程，其中，ARMA模型阶数p和q满足
Figure BDA0002233908640000121
获得的BIC值最小
Figure BDA0002233908640000122
式中，l是与参数估值对应的优化对数似然函数值；
最后，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声：
Figure BDA0002233908640000123
在本发明实施例的一种具体实施方式中，基于所述噪声，计算出预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，基于所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，计算出天线内置定位设备的信号的精度，具体包括以下步骤：
为了确定信号精度，首先需要计算ΔGF观测值噪声的精度。为了获得无偏估计，采用下式计算
Figure BDA0002233908640000124
式中，σv是预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，
Figure BDA0002233908640000125
是K个历元内ΔGF观测值噪声的均值。
根据误差传播定律，可以确定信号精度。对于频率为i的第二种时间差分的无几何函数模型，类似的可以得到如下关系
其中，
Figure BDA0002233908640000127
代表历元t时ΔGF2观测值噪声的精度；
Figure BDA0002233908640000128
和
Figure BDA0002233908640000129
分别代表历元t+1和t时第i个频率上伪距观测值噪声的精度；其他项定义同前。因为相位观测值噪声精度要远远小于伪距观测值噪声精度，因此相位观测值噪声精度可以忽略。
可以计算出精度更高的所有卫星高度角大于35°卫星的平均值，即
Figure BDA00022339086400001211
最后，估计出伪距观测值的精度：
Figure BDA00022339086400001212
式中，
Figure BDA00022339086400001213
为所有已求卫星计算得到的预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度
Figure BDA00022339086400001214
的平均值，且满足
Figure BDA00022339086400001215
Figure BDA00022339086400001216
代表时间差分的无几何函数模型ΔGF2i的精度；
Figure BDA00022339086400001217
代表第i个频率上伪距观测值的精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于，包括：
获取天线内置卫星定位设备的信号观测值；
根据所述信号观测值的类型，组相应的无几何函数模型；
对所述无几何函数模型进行时间差分操作，组相应的时间差分的无几何函数模型；
对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合，并去除拟合后的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型；
利用自回归滑动平均模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声；
基于所述噪声，计算出预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度；
基于所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，计算出天线内置定位设备的信号的精度。
2.根据权利要求1所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于：所述天线内置卫星定位设备的信号观测值包括相位观测值，或者相位观测值和伪距观测值。
3.根据权利要求1所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于：所述无几何函数模型具体为：
Figure FDA0002233908630000011
和/或：
Figure FDA0002233908630000012
式中，GF1i，j代表以频率i和j的相位观测值组成的第一种无几何函数模型，GF2i代表以频率i的伪距和相位观测值组成的第二种无几何函数模型；和
Figure FDA0002233908630000014
分别代表定位设备k中卫星p上第i个频率的相位观测值和伪距观测值；
Figure FDA0002233908630000015
代表定位设备k中卫星p上第j个频率的相位观测值；λi和λj分别代表频率为i和j的相位观测值的波长；
Figure FDA0002233908630000016
和分别代表定位设备k中卫星p上第i和j个频率的相位整周模糊度；
Figure FDA0002233908630000018
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的电离层延迟；
Figure FDA0002233908630000019
代表定位设备k中卫星p上第一种无几何函数模型的多路径效应；ζk，GF1和ζp，GF1分别代表定位设备k和卫星p上第一种无几何函数模型的硬件延迟；
Figure FDA00022339086300000110
代表定位设备k中卫星p上第一种无几何函数模型的观测值噪声；代表定位设备k中卫星p上第i个频率的伪距多路径效应；
Figure FDA00022339086300000112
代表定位设备k中卫星p上第i个频率的相位多路径效应；ξk，i和ξp，i分别代表定位设备k和卫星p上的码伪距硬件延迟；ζk，i和ζp，i分别代表定位设备k和卫星p上的相位硬件延迟；
Figure FDA0002233908630000021
代表定位设备k中卫星p上的伪距观测值噪声；代表定位设备k中卫星p上的相位观测值噪声。
4.根据权利要求3所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于：所述时间差分的无几何函数模型具体为：
Figure FDA0002233908630000023
和/或：
Figure FDA0002233908630000024
式中，t代表观测历元；Δ代表时间差分算子，即满足Δ[.](t)＝[.](t)-[.](t-1)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于，在对所述时间差分的无几何函数模型的趋势项进行拟合时使用的拟合公式为：
ΔGFt＝a1+a2×t+a3×t2
式中，a1、a2和a3均代表待估参数；ΔGFt代表任意一种时间差分的无几何函数模型ΔGF的趋势项；
根据ΔGF的趋势项，得到去趋势后的时间差分的无几何函数模型ΔGFd，即有
ΔGFd＝ΔGF-ΔGFt。
6.根据权利要求5所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于，利用自回归滑动平均模型处理所述去趋势后的时间差分的无几何函数模型的残余误差，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声，具体包括以下步骤：
ΔGFd包含两种多项式形式的平稳过程，其中ΔGFd(t-1)，ΔGFd(t-2)，...，ΔGFd(t-p)为AR过程，而v(t-1)，v(t-2)，...，v(t-q)为MA过程，v(t-1)，v(t-2)，...，v(t-q)均为时间差分的无几何函数模型的噪声，p和q为ARMA模型的阶数，因此，ΔGFd满足如下条件：
ΔGFd(t)＝f(t)β+v(t)
式中，f(t)＝[ΔGFd(t-1)，ΔGFd(t-2)，...，ΔGFd(t-p)，v(t-1)，v(t-2)，...，v(t-q)]；
Figure FDA0002233908630000025
Figure FDA0002233908630000026
是AR模型参数，θ1，θ2，...θq是MA模型参数；
如果存在K个历元，则多历元模型如下：
Y(K)＝F(K)β+V(K)
式中，Y(K)＝[ΔGFd(t)，ΔGFd(t+1)，...，ΔGFd(t+K-1)]T；F(K)＝[f(t)，f(t+1)，...，f(t+K-1)]T；V(K)＝[v(t)，v(t+1)，...，v(t+K-1)]T；
相应的K个历元的最小二乘解为：
Figure FDA0002233908630000031
由于f(t)依赖于之前的历元，因此该过程的估计是一个迭代的过程，其中，ARMA模型阶数p和q满足
Figure FDA0002233908630000032
获得的BIC值最小：
Figure FDA0002233908630000033
式中，l是与参数估值对应的优化对数似然函数值；
最后，得到预处理后的时间差分的无几何函数模型的噪声：
7.根据权利要求6所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于：所述预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度的计算公式为：
Figure FDA0002233908630000035
式中，σv是预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度，是K个历元内ΔGF观测值噪声的均值。
8.根据权利要求1所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于：当观测值为双频相位时，所述天线内置定位设备的信号的精度的表达式具体为：
Figure FDA0002233908630000037
Figure FDA0002233908630000038
当观测值为多频相位时，所述天线内置定位设备的信号的精度的表达式具体为：
以i频率为基准频率，并将频率j的相位观测值替换为频率l的相位观测值，从而得到频率l的相位观测值的精度；
式中，
Figure FDA0002233908630000039
为所有已求卫星计算得到的预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度
Figure FDA00022339086300000310
的平均值，且满足：
Figure FDA0002233908630000041
其中，
Figure FDA0002233908630000042
代表时间差分的无几何函数模型ΔGF1i，j的精度；
Figure FDA0002233908630000043
和
Figure FDA0002233908630000044
分别代表第i和j个频率上相位观测值的精度，λi和λj分别代表频率为i和j的相位观测值的波长。
9.根据权利要求1所述的一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法，其特征在于：当观测值为伪距时，频率i伪距观测值的精度的表达式为：
式中，为所有已求卫星计算得到的预处理后的时间差分的无几何函数模型的精度
Figure FDA0002233908630000047
的平均值，且满足
Figure FDA0002233908630000048
Figure FDA0002233908630000049
代表时间差分的无几何函数模型ΔGF2i的精度；
Figure FDA00022339086300000410
代表第i个频率上伪距观测值的精度。
CN201910976822.6A 2019-10-15 2019-10-15 一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法 Pending CN110703288A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910976822.6A CN110703288A (zh) 2019-10-15 2019-10-15 一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910976822.6A CN110703288A (zh) 2019-10-15 2019-10-15 一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110703288A true CN110703288A (zh) 2020-01-17

Family

ID=69199701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910976822.6A Pending CN110703288A (zh) 2019-10-15 2019-10-15 一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110703288A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080152060A1 (en) * 2006-11-07 2008-06-26 Astrium Gmbh Method and Apparatus for Evaluating a Clock in a Satellite
CN103076618A (zh) * 2012-12-26 2013-05-01 北京空间飞行器总体设计部 一种星载测量型gnss接收机地面验证和性能评测方法
CN104613966A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 东南大学 一种地籍测量事后数据处理方法
CN108490463A (zh) * 2018-02-09 2018-09-04 东南大学 一种北斗卫星频间钟差偏差估计与建模方法
CN110018507A (zh) * 2019-05-08 2019-07-16 中国科学院国家授时中心 一种基于星座间作差的组合精密单点定位方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080152060A1 (en) * 2006-11-07 2008-06-26 Astrium Gmbh Method and Apparatus for Evaluating a Clock in a Satellite
CN103076618A (zh) * 2012-12-26 2013-05-01 北京空间飞行器总体设计部 一种星载测量型gnss接收机地面验证和性能评测方法
CN104613966A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 东南大学 一种地籍测量事后数据处理方法
CN108490463A (zh) * 2018-02-09 2018-09-04 东南大学 一种北斗卫星频间钟差偏差估计与建模方法
CN110018507A (zh) * 2019-05-08 2019-07-16 中国科学院国家授时中心 一种基于星座间作差的组合精密单点定位方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHETAO ZHANG 等: "A noise analysis method for GNSS signals of a standalone receiver", 《ACTA GEOD GEOPHYS》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11885890B2 (en) Method and apparatus of single epoch position bound
RU2451947C2 (ru) Способ использования трех gps-частот для решения неопределенности фазы несущей
EP1678516B1 (en) Method for using three gps frequencies to resolve carrier-phase integer ambiguities
CN107728180B (zh) 一种基于多维粒子滤波偏差估计的gnss精密定位方法
CN108196267B (zh) 一种基于gnss cp技术的不间断时间传递方法
CN110346823B (zh) 可用于北斗精密单点定位的三频模糊度解算方法
CN114966760B (zh) 一种电离层加权的非差非组合ppp-rtk技术实现方法
Zhang et al. A noise analysis method for GNSS signals of a standalone receiver
CN114935770B (zh) 一种多历元加快精密单点定位收敛速度的方法及装置
Bahadur et al. Integration of variance component estimation with robust Kalman filter for single-frequency multi-GNSS positioning
CN105116419A (zh) 一种gnss接收机、双路载波相位伪距平滑方法
US10024974B1 (en) Method and apparatus applicable to positioning in NLOS environment
CN117289312A (zh) 一种基于最优卫星子集的智能手机伪距差分定位定权方法
CN110703288A (zh) 一种适用于天线内置卫星定位设备的信号质量评估方法
CN114355410B (zh) 基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统及方法
JP4928114B2 (ja) キャリア位相相対測位装置
CN114152961A (zh) 一种导航系统的周跳处理方法和装置
CN111948682A (zh) 一种基于bds三频组合的伪距和载波相位随机模型构建方法
CN115980803B (zh) 基于双频码伪距和载波相位观测量进行伪距平滑的方法
CN118011434A (zh) 一种用于天线内置定位终端的信号质量评估方法
CN112782741A (zh) 基于rtk定位的模糊度固定方法及定位终端
CN116953741B (zh) 一种应用于全球导航卫星系统gnss的周跳探测与修复方法
CN116009041B (zh) 一种基于卡方检验的鲁棒自适应gnss高精度定位方法
CN113865592B (zh) 适用于多频gnss精密导航定位中的多路径参数化方法及存储介质
CN117130026A (zh) 一种gnss钟差解算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200117

RJ01 Rejection of invention patent application after publication