CN111060943A - 一种符合实际的gnss观测值定权方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种符合实际的GNSS观测值定权方法，方法包括获取GNSS观测值；确定各观测值对应的卫星高度角，卫星方位角和载噪比信息；构建顾及卫星高度角，卫星方位角和载噪比的定权函数；将定权函数用于构建随机模型；实现GNSS导航定位。本发明顾及了传统观测值定权方法中忽略掉的一些实际环境因素引起的观测值质量变化，由于这些测站环境因素往往与卫星高度角，卫星方位角和载噪比密切相关，本发明充分考虑了这些因素，并建立了相应的观测值定权方法。该方法与传统定权方法相比，可以提高GNSS导航定位精度和可靠性。

Description

一种符合实际的GNSS观测值定权方法

技术领域

本发明涉及卫星导航定位技术领域，具体涉及一种符合实际的GNSS观测值定权方法。

背景技术：

在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)中，准确的评估观测值的精度，从而构建相应准确的定权函数，是实现高精度高可靠性GNSS导航定位的前提。

之前，通常认为GNSS观测值具有同方差性，即等权模型，认为所有的观测值精度相等，但是这种方法在大多观测环境条件下不适用。因此为了克服观测值同方差性方面的缺陷，往往采用高度角或载噪比定权函数来实现观测值异方差性。高度角定权函数模型认为低高度角的卫星受到更严重的大气影响，还会使接收机天线增益减少，从而导致信号质量下降，因此认为高度角越高的卫星权重越大。载噪比定权函数模型认为载噪比和GNSS观测值由同一个跟踪环路记录，因此载噪比能直接评价信号质量，即载噪比越大，数据质量越好。

事实上，载噪比定权函数模型对测站相关的误差较为敏感。具体来说，当载噪比值较低时往往意味着观测值受到了多路径甚至是非视距传播的影响，因此观测值精度降低。此外，当信号扭曲严重的时候，其观测值会偏离标称值。载噪比这一重要特点目前并未充分考虑，造成之前的载噪比定权函数模型仅仅是间接和部分的反应观测值精度。此外，不同的方位角，接收机收到的观测值信号会受到测站环境周围植物以及建筑物等的影响，观测值的精度也会随之受到影响。然而，目前的定权函数模型中并未完全考虑这一特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种符合实际的GNSS观测值定权方法，以解决现有技术中导致的GNSS导航定位误差大不精确的缺陷。

一种符合实际的GNSS观测值定权方法，所述方法包括如下步骤：

获取GNSS观测值；

确定各观测值对应的参数数据；

根据观测数据构建观测值精度估计公式；

根据观测值精度估计公式构建定权函数；

通过定权函数实现GNSS导航定位。

进一步的，所述参数数据包括卫星高度角，卫星方位角以及载噪比中的一种或多种。

进一步的，所述观测数据的确定方法包括如下步骤：

获取观测文件和星历文件；

根据观测文件得到某个时刻某个观测值对应的载噪比数据；

通过星历文件计算该时刻的卫星位置；

根据观测文件求出GNSS接收设备的位置范围；

根据该时刻的卫星位置以及接收设备的位置范围计算得出该观测值对应的卫星高度角和卫星方位角。

进一步的，所述GNSS观测值包括不同频率的相位观测值和伪距观测值。

进一步的，根据参数数据构建定权函数的方法包括如下步骤：

确定观测值精度，计算公式为：

式中，σ²为GNSS观测值的方差；a为常数系数；θ为观测值对应的高度角；η为观测值对应的载噪比；η^*(θ)为观测环境理想情况下高度角θ所对应的载噪比；η^*(90°)为观测环境理想情况下高度角90°所对应的载噪比；|.|代表求绝对值；

为观测值对应的方位角；

为方位角

所对应的由用户定义的惩罚函数。

进一步的，根据观测值精度估计公式构建定权函数的方法包括如下步骤：

将观测值精度估计公式用于构建定权函数，计算公式为：

式中，

为第i个观测值的方差；P_i为第i个观测值的权。

进一步的，通过定权函数实现GNSS导航定位的方法包括如下步骤：

构建观测数据的函数模型；

通过定权函数构建观测数据的随机模型；

通过函数模型与随机模型对位置参数进行求解，实现GNSS导航定位。

本发明的优点在于：该种符合实际的GNSS观测值定权方法，

1、顾及了传统观测值定权方法中忽略掉的一些测站环境因素引起的观测值质量变化，该方法与传统定权方法相比，更符合实际情况；

2、通过充分考虑测站环境因素对卫星高度角，卫星方位角和载噪比的影响，建立了相应的观测值定权方法，该方案操作简便，可执行性强；

3、利用该定权函数构建的随机模型，由于更能准确可靠地反应观测值精度，因此可以提高GNSS导航定位精度和可靠性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种符合实际的GNSS观测值定权方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：获取GNSS观测值：

获取不同频率的全球定位系统(GPS)相位观测值和伪距观测值；

步骤二：确定各观测值对应的参数数据，参数数据包括卫星高度角，卫星方位角以及载噪比：

所述确定各观测值对应的高度角，方位角和载噪比信息，其中首先获取观测文件和星历文件，根据观测文件得到某个时刻某个观测值对应的载噪比数据；接着通过星历文件计算该时刻的卫星位置，根据观测文件求出GPS接收设备的位置范围；最后根据该时刻的卫星位置以及接收设备的位置范围计算得出该观测值对应的卫星高度角和卫星方位角。

步骤三：根据观测数据构建观测值精度估计公式：

确定观测值精度，计算公式为：

式中，σ²为GPS观测值的方差；a为常数系数；θ为观测值对应的高度角；η为观测值对应的载噪比；η^*(θ)为观测环境理想情况下高度角θ所对应的载噪比；η^*(90°)为观测环境理想情况下高度角90°所对应的载噪比；|.|代表求绝对值；

为观测值对应的方位角；

为方位角

所对应的由用户定义的惩罚函数。此时,由于是开阔环境，因此该惩罚函数为

步骤四：根据观测值精度估计公式构建定权函数：

将观测值精度估计公式用于构建定权函数，计算公式为：

式中，

为第i个观测值的方差；P_i为第i个观测值的权；

步骤五：通过定权函数实现GNSS导航定位：

首先，构建观测数据的函数模型；接着通过定权函数构建观测数据的随机模型；最后，对位置参数进行求解，实现GPS导航定位；

获取GNSS观测数据并进行粗差探测与剔除，数据中断与修复，周跳探测与修复等预处理，由观测值构建误差方程，如需要固定相位观测值的模糊度，需要求解其中相位观测值的模糊度浮点解并进行固定，再次构建误差方程，即最终形成观测数据的函数模型。

由本发明的定权方法构建定权函数，从而确定观测数据的随机模型。

通过一定的准则如最小二乘准则，联立上述函数模型与随机模型，最终对含位置在内等参数进行求解，实现GNSS导航定位。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种符合实际的GNSS观测值定权方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取GNSS观测值；

确定各观测值对应的参数数据；

根据观测数据构建观测值精度估计公式；

根据观测值精度估计公式构建定权函数；

通过定权函数实现GNSS导航定位。

2.根据权利要求1所述的一种符合实际的GNSS观测值定权方法，其特征在于：所述参数数据包括卫星高度角，卫星方位角以及载噪比中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种符合实际的GNSS观测值定权方法，其特征在于：所述观测数据的确定方法包括如下步骤：

获取观测文件和星历文件；

根据观测文件得到某个时刻某个观测值对应的载噪比数据；

通过星历文件计算该时刻的卫星位置；

根据观测文件求出GNSS接收设备的位置范围；

根据该时刻的卫星位置以及接收设备的位置范围计算得出该观测值对应的卫星高度角和卫星方位角。

4.根据权利要求1所述的一种符合实际的GNSS观测值定权方法，其特征在于：所述GNSS观测值包括不同频率的相位观测值和伪距观测值。

5.根据权利要求1所述的一种符合实际的GNSS观测值定权方法，其特征在于：根据参数数据构建定权函数的方法包括如下步骤：

确定观测值精度，计算公式为：

式中，σ²为GNSS观测值的方差；a为常数系数；θ为观测值对应的高度角；η为观测值对应的载噪比；η^*(θ)为观测环境理想情况下高度角θ所对应的载噪比；η^*(90°)为观测环境理想情况下高度角90°所对应的载噪比；|·|代表求绝对值；θ为观测值对应的方位角；β(θ)为方位角θ所对应的由用户定义的惩罚函数。

6.根据权利要求1所述的一种符合实际的GNSS观测值定权方法，其特征在于：根据观测值精度估计公式构建定权函数的方法包括如下步骤：

将观测值精度估计公式用于构建定权函数，计算公式为：

式中，σ_i ²为第i个观测值的方差；P_i为第i个观测值的权。

7.根据权利要求1所述的一种符合实际的GNSS观测值定权方法，其特征在于：通过定权函数实现GNSS导航定位的方法包括如下步骤：

构建观测数据的函数模型；

通过定权函数构建观测数据的随机模型；

通过函数模型与随机模型对位置参数进行求解，实现GNSS导航定位。

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