CN111352140A - 一种评价gnss周跳修复结果可靠性的方法 - Google Patents

一种评价gnss周跳修复结果可靠性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，采用全新设计的简单实用方法，针对预先所指定周跳探测与修复方法的所得结果，执行所设计周跳修复值的后验概率值的计算，并进行评价。首先利用周跳实数解及其所对应的方差矩阵，得到整数最小二乘解概念下的最优整数向量和次最优整数向量，进而获得目标评价时间段内各个历元的GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率；然后获得目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值；最后以此平均值作为目标评价时间段内周跳修复结果总体可靠性的技术指标。该方法计算简单，评价结果准确度高，能为实际工程中合适周跳探测与修复方法的选择提供可靠的技术指标。

Description

一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法
技术领域
本发明涉及一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，属于卫星导航定位技术领域。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS)发展至今，精密定位技术已较为成熟。高精度定位技术可以提供高质量的定位服务，其应用范围已经扩展到导航定位、水利、国土城市规划、国家重大工程建设等各个领域。载波相位是GNSS精密定位中重要的观测值，在对载波相位的观测过程中，由于外界干扰或者硬件故障等原因，造成接收机整周计数器发生中断，从而导致载波相位观测值发生整周跳变，这个整周跳变被称作周跳。周跳的存在会给后续的定位结果产生严重的影响。因此在用载波相位观测值进行解算之前，必须要对周跳进行探测与修复。
目前，已有多种周跳的探测与修复方法被提出。一类是应用于单频观测值的周跳探测方法，主要有高次差法、多项式拟合法和多普勒观测值法等；第二类是针对双频观测值的周跳探测方法，目前使用较为广泛的是Turboedit方法；第三类是针对三频观测值的周跳探测方法，目前大多数采用三频组合法进行探测。目前GNSS周跳探测与修复的方法众多，需要对利用这些方法对周跳进行探测与修复的结果可靠性进行合理评价，以便使用者能选择周跳探测与修复可靠性高的方法。已有文献提出采用取整成功率的评价方法，但该评价方法仅适用于评价基于直接取整法的周跳探测与修复方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，采用全新方法设计，能快速计算出各历元周跳修复值的后验概率，进而能够有效评价GNSS周跳探测与修复结果的可靠性。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，用于获得目标评价时间段内GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，并对修复结果的可靠性进行评价；包括如下步骤：
步骤A.基于预先所指定周跳探测与修复方法的所得结果，分别针对目标评价时间段内的各个历元，执行如下步骤A1至步骤A2，获得任一历元GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，进而获得目标评价时间段内各个历元的周跳修复值的后验概率，然后进入步骤B；
步骤A1.利用通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure BDA0002410034370000021
以及其所对应的方差矩阵
Figure BDA0002410034370000022
进一步获得最优整数向量
Figure BDA0002410034370000023
和次最优整数向量
Figure BDA0002410034370000024
然后进入步骤A2；其中，历元i为目标评价时间段内的任一历元；
步骤A2.根据通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure BDA0002410034370000025
其所对应的方差矩阵
Figure BDA0002410034370000026
历元i的周跳修复值
Figure BDA0002410034370000027
以及步骤A1所得的最优整数向量
Figure BDA0002410034370000028
和次最优整数向量
Figure BDA0002410034370000029
计算获得历元i的周跳修复值
Figure BDA00024100343700000210
的后验概率pi；
步骤B.对目标评价时间段内所有历元的周跳修复值的后验概率进行取平均，得到平均值
Figure BDA00024100343700000211
作为目标评价时间段内周跳修复值后验概率平均值，然后进入步骤C；
步骤C.基于预设的等级区间，判断目标评价时间段内周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA00024100343700000212
所处的等级区间，确定目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤A1中，进一步获得最优整数向量
Figure BDA00024100343700000213
和次最优整数向量
Figure BDA00024100343700000214
的计算过程中，以下式作为目标函数：
Figure BDA00024100343700000215
对向量N在整数域中进行搜索，获得使结果S最小的整数向量N，并作为最优整数向量
Figure BDA00024100343700000216
以及获得使结果S次最小的整数向量N，并作为次最优整数向量
Figure BDA00024100343700000217
其中，
Figure BDA00024100343700000218
(·)T表示转置函数。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤A2中，根据通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure BDA00024100343700000219
其所对应的方差矩阵
Figure BDA00024100343700000220
历元i的周跳修复值
Figure BDA00024100343700000221
以及步骤A1所得的最优整数向量
Figure BDA00024100343700000222
和次最优整数向量
Figure BDA00024100343700000223
按如下公式进行：
Figure BDA00024100343700000224
计算获得历元i的周跳修复值
Figure BDA00024100343700000226
的后验概率pi，其中，
Figure BDA00024100343700000225
(·)T表示转置函数。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C中，预设的等级区间包括[0.99，1]、[0.95，0.99)、[0.90，0.95)、[0，0.90)；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000031
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为优秀；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000032
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为良好；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000033
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为中等；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000034
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为差。
本发明所述一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，采用全新设计的简单实用方法，针对预先所指定周跳探测与修复方法的所得结果，执行所设计周跳修复值的后验概率值的计算，并进行评价。首先利用周跳实数解及其所对应的方差矩阵，得到整数最小二乘解概念下的最优整数向量和次最优整数向量，进而获得目标评价时间段内各个历元的GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率；然后获得目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值；最后以此平均值作为目标评价时间段内周跳修复结果总体可靠性的技术指标。该方法计算简单，评价结果准确度高，能为实际工程中合适周跳探测与修复方法的选择提供可靠的技术指标。
附图说明
图1为本发明设计评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明设计了一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，用于获得目标评价时间段内GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，并对修复结果的可靠性进行评价；实际应用当中，如图1所示，包括执行如下步骤A至步骤C。
步骤A.基于预先所指定周跳探测与修复方法的所得结果，分别针对目标评价时间段内的各个历元，执行如下步骤A1至步骤A2，获得任一历元GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，进而获得目标评价时间段内各个历元的周跳修复值的后验概率，然后进入步骤B。
步骤A1.利用通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure BDA0002410034370000041
以及其所对应的方差矩阵
Figure BDA0002410034370000042
进一步获得最优整数向量
Figure BDA0002410034370000043
和次最优整数向量
Figure BDA0002410034370000044
然后进入步骤A2；其中，历元i为目标评价时间段内的任一历元。
上述步骤A1中关于进一步获得最优整数向量
Figure BDA0002410034370000045
和次最优整数向量
Figure BDA0002410034370000046
的计算过程，具体应用中，以下式作为目标函数：
Figure BDA0002410034370000047
对向量N在整数域中进行搜索，获得使结果S最小的整数向量N，并作为最优整数向量
Figure BDA0002410034370000048
以及获得使结果S次最小的整数向量N，并作为次最优整数向量
Figure BDA0002410034370000049
其中，
Figure BDA00024100343700000410
(·)T表示转置函数。
步骤A2.根据通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure BDA00024100343700000411
其所对应的方差矩阵
Figure BDA00024100343700000412
历元i的周跳修复值
Figure BDA00024100343700000413
以及步骤A1所得的最优整数向量
Figure BDA00024100343700000414
和次最优整数向量
Figure BDA00024100343700000415
按如下公式进行：
Figure BDA00024100343700000416
计算获得历元i的周跳修复值
Figure BDA00024100343700000417
的后验概率pi，其中，
Figure BDA00024100343700000418
表示转置函数。
步骤B.对目标评价时间段内所有历元的周跳修复值的后验概率进行取平均，得到平均值
Figure BDA00024100343700000419
作为目标评价时间段内周跳修复值后验概率平均值，然后进入步骤C。
步骤C.基于预设的等级区间，判断目标评价时间段内周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA00024100343700000420
所处的等级区间，确定目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级。
具体实际应用中，这里的预设的等级区间具体设计包括[0.99，1]、[0.95，0.99)、[0.90，0.95)、[0，0.90)四个等级区间。
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000051
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为优秀；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000052
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为良好；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000053
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为中等；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000054
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为差。
将本发明所设计评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，应用于实际实施例当中，诸如实施例1，该实施案例来源于AREG测站在2016年3月1日对G01卫星所测得的GPS三频观测数据。按图1所示，具体执行如下步骤A至步骤C。
步骤A.此实施例中目标评价时间段内的载波观测值历元总数为100；基于预先所指定基于三频无几何相位组合的周跳探测与修复方法的所得结果，分别针对目标评价时间段内的各个历元，执行如下步骤A1至步骤A2，获得任一历元GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，进而获得目标评价时间段内各个历元的周跳修复值的后验概率，然后进入步骤B。
步骤A1.以目标评价时间段内第1历元为例，预先所指定的基于三频无几何相位组合的周跳探测与修复方法获得的周跳实数解为：
Figure BDA0002410034370000055
以及其所对应的方差矩阵为：
Figure BDA0002410034370000056
进一步根据第1历元的周跳实数解
Figure BDA0002410034370000057
以及其所对应的方差矩阵
Figure BDA0002410034370000058
以下式作为目标函数：
Figure BDA0002410034370000061
利用LAMBDA方法中的Search-and-Shrink搜索方法在整数域中进行搜索，获得使结果S最小的整数向量N＝(-1 -1 -1)T，即为最优整数向量
Figure BDA0002410034370000062
以及获得使结果S次最小的整数向量N＝(-5 -4 -4)T，即为次最优整数向量
Figure BDA0002410034370000063
然后进入步骤A2；
步骤A2.预先所指定的基于三频无几何相位组合的周跳探测与修复方法获得的目标评价时间段内第1历元的周跳修复值
Figure BDA0002410034370000064
根据
Figure BDA0002410034370000065
获得第1历元的周跳修复值的后验概率
Figure BDA0002410034370000066
重复上面步骤A1-A2，得到目标评价时间段内剩余各历元的周跳修复值的后验概率。
步骤B.对步骤A中所得的全部历元的后验概率值进行取平均处理，获得目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000068
然后进入步骤C。
步骤C.基于预设各个周跳修复值后验概率平均值跨度的等级区间，可得该目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA0002410034370000067
属于[0.99，1]，则表示该目标评价时间段内的周跳修复结果可靠性等级为优秀。
实施例2，该实施案例来源于CUT0测站在2016年2月1日对C09卫星所测得的GPS三频观测数据。按图1所示，具体执行如下步骤A至步骤C。
步骤A.此实施例中目标评价时间段内的载波观测值历元总数为100；基于预先所指定基于三频无几何相位组合的周跳探测与修复方法的所得结果，分别针对目标评价时间段内的各个历元，执行如下步骤A1至步骤A2，获得任一历元GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，进而获得目标评价时间段内各个历元的周跳修复值的后验概率，然后进入步骤B。
步骤A1.以目标评价时间段内第1历元为例，预先所指定的基于三频无几何相位组合的周跳探测与修复方法获得的周跳实数解为：
Figure BDA0002410034370000071
及其所对应的方差矩阵为
Figure BDA0002410034370000072
进一步根据第1历元的周跳实数解
Figure BDA0002410034370000073
以及其所对应的方差矩阵
Figure BDA0002410034370000074
以下式作为目标函数：
Figure BDA0002410034370000075
利用LAMBDA方法中的Search-and-Shrink搜索方法在整数域中进行搜索，获得使结果S最小的整数向量N＝(-1 -1 -1)T，即为最优整数向量
Figure BDA0002410034370000076
以及获得使结果S次最小的整数向量N＝(-2 -2 -2)T，即为次最优整数向量
Figure BDA0002410034370000077
然后进入步骤A2；
步骤A2.基于预先所指定的基于三频无几何相位组合的周跳探测与修复方法获得的目标评价时间段内第1历元的周跳修复值
Figure BDA0002410034370000078
根据
Figure BDA0002410034370000079
Figure BDA00024100343700000710
获得第1历元的周跳修复值的后验概率
Figure BDA00024100343700000711
重复上面步骤A1-A2，得到目标评价时间段内剩余各历元的周跳修复值的后验概率。
步骤B.对步骤A中所得的全部历元的后验概率值进行取平均处理，获得目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA00024100343700000712
然后进入步骤C。
步骤C.基于预设各个周跳修复值后验概率平均值跨度的等级区间，可得该目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure BDA00024100343700000713
属于[0.99，1]，则表示该目标评价时间段内的周跳修复结果可靠性等级为优秀。
上述技术方案所设计一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，采用全新设计的简单实用方法，针对预先所指定周跳探测与修复方法的所得结果，执行所设计周跳修复值的后验概率值的计算，并进行评价。首先利用周跳实数解及其所对应的方差矩阵，得到整数最小二乘解概念下的最优整数向量和次最优整数向量，进而获得目标评价时间段内各个历元的GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率；然后获得目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值；最后以此平均值作为目标评价时间段内周跳修复结果总体可靠性的技术指标。该方法计算简单，评价结果准确度高，能为实际工程中合适周跳探测与修复方法的选择提供可靠的技术指标。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，其特征在于，用于获得目标评价时间段内GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，并对修复结果的可靠性进行评价；包括如下步骤：
步骤A.基于预先所指定周跳探测与修复方法的所得结果，分别针对目标评价时间段内的各个历元，执行如下步骤A1至步骤A2，获得任一历元GNSS载波观测值的周跳修复值的后验概率，进而获得目标评价时间段内各个历元的周跳修复值的后验概率，然后进入步骤B；
步骤A1.利用通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure FDA0002410034360000011
以及其所对应的方差矩阵
Figure FDA0002410034360000012
进一步获得最优整数向量
Figure FDA0002410034360000013
和次最优整数向量
Figure FDA0002410034360000014
然后进入步骤A2；其中，历元i为目标评价时间段内的任一历元；
步骤A2.根据通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure FDA0002410034360000015
其所对应的方差矩阵
Figure FDA0002410034360000016
历元i的周跳修复值
Figure FDA0002410034360000017
以及步骤A1所得的最优整数向量
Figure FDA0002410034360000018
和次最优整数向量
Figure FDA0002410034360000019
计算获得历元i的周跳修复值
Figure FDA00024100343600000110
的后验概率pi；
步骤B.对目标评价时间段内所有历元的周跳修复值的后验概率进行取平均，得到平均值
Figure FDA00024100343600000111
作为目标评价时间段内周跳修复值后验概率平均值，然后进入步骤C；
步骤C.基于预设的等级区间，判断目标评价时间段内周跳修复值后验概率平均值
Figure FDA00024100343600000112
所处的等级区间，确定目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级。
2.根据权利要求1所述一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，其特征在于：所述步骤A1中，进一步获得最优整数向量
Figure FDA00024100343600000113
和次最优整数向量
Figure FDA00024100343600000114
的计算过程中，以下式作为目标函数：
Figure FDA00024100343600000115
对向量N在整数域中进行搜索，获得使结果S最小的整数向量N，并作为最优整数向量
Figure FDA00024100343600000116
以及获得使结果S次最小的整数向量N，并作为次最优整数向量
Figure FDA00024100343600000117
其中，
Figure FDA00024100343600000118
(·)T表示转置函数。
3.根据权利要求1所述一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，其特征在于：所述步骤A2中，根据通过预先所指定周跳探测与修复方法获得的历元i的周跳实数解
Figure FDA00024100343600000119
其所对应的方差矩阵
Figure FDA0002410034360000021
历元i的周跳修复值
Figure FDA0002410034360000022
以及步骤A1所得的最优整数向量
Figure FDA0002410034360000023
和次最优整数向量
Figure FDA0002410034360000024
按如下公式进行：
Figure FDA0002410034360000025
计算获得历元i的周跳修复值
Figure FDA0002410034360000026
的后验概率pi，其中，
Figure FDA0002410034360000027
(·)T表示转置函数。
4.根据权利要求1所述一种评价GNSS周跳修复结果可靠性的方法，其特征在于：所述步骤C中，预设的等级区间包括[0.99，1]、[0.95，0.99)、[0.90，0.95)、[0，0.90)；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure FDA0002410034360000028
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为优秀；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure FDA0002410034360000029
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为良好；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure FDA00024100343600000210
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为中等；
当目标评价时间段内的周跳修复值后验概率平均值
Figure FDA00024100343600000211
则表示所得目标评价时间段内GNSS载波观测值周跳修复结果的可靠性等级为差。
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