CN111596322B - 一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法 - Google Patents

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CN111596322B CN202010427473.5A CN202010427473A CN111596322B CN 111596322 B CN111596322 B CN 111596322B CN 202010427473 A CN202010427473 A CN 202010427473A CN 111596322 B CN111596322 B CN 111596322B
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    • 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

Abstract

本发明提供了一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法，通过监测站两台接收机同时观测到的载波相位观测值构建站星载波双差观测方程，通过LAMBDA算法进行模糊度固定求解得到高精度的两台接收机天线相位中心基线向量，再将该基线向量进行投影以补偿站星伪距双差观测方程中的基线影响部分，以得到伪距双差残差评估结果。本发明具有较强的工程实用性，能够为我国北斗系统优化、数据质量评估提供理论依据和实时思路，利用载波双差求解高精度基线向量，进而补偿伪距双差中基线投影偏差项，解决了接收机上站安装后不同接收机测量一致性评估问题，为接收机伪距测量优化提供参考。

Description

一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法
技术领域
本发明涉及卫星导航接收机数据质量评估领域，是GNSS(Global NavigationSatellite System，GNSS)数据处理中一种接收机伪距测量的评估方法。
背景技术
GNSS系统主要包含美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、欧洲的伽利略系统(GALILEO)、俄罗斯的格洛纳兹系统(GLONASS)以及我国的北斗全球卫星导航系统(BeiDou navigation satellite System，BDS)，已经广泛应用于国民经济的各个方面。作为GNSS系统的重要组成部分，地面监测站系统持续接收导航卫星播发的测距信号，并将观测数据发送给数据处理中心进行处理，最终生成GNSS产品以供各类用户使用，国外的IGS(International GNSS Service)及国际GNSS监测评估系统(International GNSSMonitoring&Assessment System)均可提供这类服务。
为保证地面站工作的稳定性，监测站一般都配备2至3台接收机同时进行数据采集，但由于不同接收机在技术路径、软硬件水平等上存在差异，对同一导航信号的测量必定会存在偏差。当前，可通过接收机出厂测试环节的零基线测试进行评估，然而当接收机上站安装后，由于实际工作环境复杂、软件频繁升级等影响，必定会对其测距性能产生影响。但由于监测站安装情况为短基线条件，无法搭建零基线测试条件，无法对不同接收机测距性能进行持续评估。
目前，我国北斗系统建设处在最终收官阶段，系统性能将持续提升，因此需要一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法以持续对不同接收机性能进行监测，以保证北斗系统后续数据处理数据的可用性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法，通过监测站两台接收机同时观测到的载波相位观测值构建站星载波双差观测方程，通过LAMBDA算法进行模糊度固定求解得到高精度的两台接收机天线相位中心基线向量，再将该基线向量进行投影以补偿站星伪距双差观测方程中的基线影响部分，以得到伪距双差残差评估结果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤为：
步骤1：伪距单点定位
监测站接收机A、B持续接收导航卫星观测数据和广播星历，观测数据类型包括伪距观测和载波相位观测，接收机A和接收机B对同一颗卫星j的观测如下：
Figure GDA0003807827890000021
Figure GDA0003807827890000022
Figure GDA0003807827890000023
Figure GDA0003807827890000024
式(1)、(2)、(3)、(4)中，
Figure GDA0003807827890000025
和
Figure GDA0003807827890000026
分别为接收机A、B天线相位中心至卫星j天线相位中心的真实距离；c为真空中光速；δtr，A和δtr，B分别为接收机A、B的钟差；δtj为卫星j的钟差；
Figure GDA0003807827890000027
和
Figure GDA0003807827890000028
分别为接收机A、B接收到卫星j的信号在传播过程中的电离层延迟误差；
Figure GDA0003807827890000029
和
Figure GDA00038078278900000210
分别为接收机A、B接收到卫星j的信号在传播过程中的对流层延迟误差；
Figure GDA00038078278900000211
为相对论效应产生的卫星j误差；
Figure GDA00038078278900000212
和
Figure GDA00038078278900000213
分别为接收机A、B的伪距测量噪声；
Figure GDA00038078278900000214
和
Figure GDA00038078278900000215
分别为接收机A、B的载波测量噪声；
Figure GDA00038078278900000216
和
Figure GDA00038078278900000217
分别为接收机A、B的载波测量模糊度；
对接收机A和B分别进行单点定位解算，以得到接收机A、B的概略位置，不再区分接收机A、B；
接收机同时观测到n颗卫星，n>＝4，对卫星j的伪距观测方程如下：
Figure GDA00038078278900000218
对式(5)进行电离层、对流层、相对论及卫星钟差误差修正，得到伪距残差
Figure GDA00038078278900000219
为：
Figure GDA00038078278900000220
式(6)中站星距离为
Figure GDA00038078278900000221
其中[x y z]T为接收机位置，[xS yS zS]T为从广播星历中解算得到的卫星j位置；
接收机对于n颗卫星的n个观测方程，待估参数X为：
X＝[x y z cδtr]T (7)
对式(6)在待估参数初值X0＝[x0 y0 z0 cδtr0]处泰勒展开，并保留一阶项可得：
Figure GDA0003807827890000031
其中ΔR＝[Δx Δy Δz]T，Δx＝x-x0，Δy＝y-y0，Δz＝z-z0为接收机真实位置与初置的差值，Δcδtr＝cδtr-cδtr0为接收机真实钟差与初值的差值，ej为从接收机指向卫星j的视线向量；
对同时观测的n颗卫星，则有下式：
Figure GDA0003807827890000032
将式(9)写成矩阵形式如下：
Z＝HΔX+ε (10)
其中：
Figure GDA0003807827890000033
ΔX＝[ΔRT Δcδtr]T (12)
Figure GDA0003807827890000034
对式(10)采用最小二乘法进行估计，得到待估参数真实值X与初值X0的改正值
Figure GDA0003807827890000035
为：
Figure GDA0003807827890000036
即可得待估参数的估计值
Figure GDA0003807827890000037
为：
Figure GDA0003807827890000038
根据式(15)估计得到接收机的单点定位位置、钟差，及接收机至卫星j的视线向量信息；
步骤2：构建载波站星双差观测
接收机A、B共同观测卫星数为n，选择高度角最高的卫星i为主星，构建载波站星双差观测；
首先对共同观测卫星j做站间单差得到下式：
Figure GDA0003807827890000041
将式(16)改写为下式：
Figure GDA0003807827890000042
式(17)与式(16)各项内容依顺序一一对应；
选择主星i后将式(17)进行星间单差得到：
Figure GDA0003807827890000043
经过双差后，双差载波观测方程中的
Figure GDA0003807827890000044
和
Figure GDA0003807827890000045
忽略，则式(18)简化为：
Figure GDA0003807827890000046
式(19)中，
Figure GDA0003807827890000047
为载波相位双差噪声项，不同接收机对不同卫星的载波相位观测噪声基本一致，用
Figure GDA0003807827890000048
代替；
步骤3：基线向量求解；
对n颗观测卫星可得n-1个双差观测方程，待估参数X为：
Figure GDA0003807827890000049
其中rAB＝[rx ry rz]T为接收机A、B天线相位中心之间的基线向量，
Figure GDA00038078278900000410
为n-1个双差模糊度；
将n-1个观测方程在初值
Figure GDA00038078278900000411
处泰勒展开，并保留一阶项：
Figure GDA00038078278900000412
式(21)中e1、e2……en-1，ei表示从接收机A或接收机B指向卫星1、2……n-1及主星i的视线向量；对同一颗卫星j的实现向量基本相同，即
Figure GDA0003807827890000051
ΔrAB＝[rx-rx0 ry-ry0 rz-rz0]T，
Figure GDA0003807827890000052
在当前测量时刻tk引入上一测量时刻tk-1的双差模糊度估计值作为当前时刻的双差模糊度的测量值，增加虚拟观测方程如下：
Figure GDA0003807827890000053
式(22)中等式左边为tk-1时刻的双差模糊度估计值；等式右边为tk时刻双差模糊度代估值，该虚拟观测方程的噪声阵
Figure GDA0003807827890000054
为tk-1时刻估计出的双差模糊度协方差阵；
对式(22)同样在初值
Figure GDA0003807827890000055
处泰勒展开，可得下式：
Figure GDA0003807827890000056
至此将式(21)和式(23)连立，并写成矩阵形式如下：
Z＝HΔX+ε (24)
其中
Figure GDA0003807827890000057
Figure GDA0003807827890000058
Figure GDA0003807827890000059
其中I0为(n-1)×3的零矩阵，I1为(n-1)×(n-1)的单位阵；
Figure GDA00038078278900000510
测量噪声阵ε为：
Figure GDA0003807827890000061
I2为(n-1)×(n-1)的零矩阵；
将载波双差方程线性化后，具有最小二乘估计方法的通用表达形式，即式(24)，使用最小二乘估计，得到待估量的估计值：
Figure GDA0003807827890000062
Figure GDA0003807827890000063
tk历元估计协方差阵的估计值为：
Figure GDA0003807827890000064
tk历元双差模糊度浮点解协方差矩阵QN，float为
Figure GDA0003807827890000065
从第4行，第4列开始(n-1)×(n-1)的方阵；
经过最小二乘估计得到基线向量rAB的浮点解rAB，float、双差模糊度
Figure GDA0003807827890000066
的浮点解
Figure GDA0003807827890000067
和协方差阵QN，float；将模糊度浮点解
Figure GDA0003807827890000068
和协方差阵QN，float输入到LAMBDA算法中固定得到固定解
Figure GDA0003807827890000069
及QN，fix，得到模糊度固定解后，作为已知量带回式(19)中，对基线向量重新进行估计，得到高精度基线固定解rAB，fix、双差模糊度固定解
Figure GDA00038078278900000610
和协方差矩阵QN，fix，作为下一历元先验信息进行传递，如式(22)所示；
步骤4：构建伪距站星双差观测；
接收机A、B共同观测卫星数为n，选择高度角最高的卫星i为主星，构建伪距站星双差观测；
首先对共同观测卫星j做站间单差得到下式：
Figure GDA00038078278900000611
将式(33)进行改写为下式：
Figure GDA00038078278900000612
选择主星i后将式(34)进行星间单差得到下式：
Figure GDA00038078278900000613
经过双差后，双差载波观测方程中的
Figure GDA0003807827890000071
和
Figure GDA0003807827890000072
可忽略，则式(35)简化为下式：
Figure GDA0003807827890000073
步骤5：伪距双差残差计算；
对式(36)在基线rAB，fix处泰勒展开并保留一阶项，可得：
Figure GDA0003807827890000074
将步骤4中计算得到的高精度基线向量固定解rAB，fix带入，求解基线补偿后的伪距双差残差：
Figure GDA0003807827890000075
在经过基线补偿后，接收机A、B的伪距双差残差只剩余双差伪距噪声项
Figure GDA0003807827890000076
与接收机A、B零基线条件下双差残差结果一致；若监测站接收机A、B在经过基线补偿后的双差伪距残差表现为高频噪声特性，且噪声水平为2倍的伪距噪声，则表明接收机A、B伪距测量一致性良好，否则接收机之间伪距测量存在明显差异，需进行改进优化。
所述步骤1中
Figure GDA0003807827890000077
εP取值0.2m，
Figure GDA0003807827890000078
取值0.002m。
本发明的有益效果在于：
1)提出了短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法，给出了具体的处理流程和实施步骤，具有较强的工程实用性，能够为我国北斗系统优化、数据质量评估提供理论依据和实时思路。
2)利用载波双差求解高精度基线向量，进而补偿伪距双差中基线投影偏差项，解决了接收机上站安装后不同接收机测量一致性评估问题，为接收机伪距测量优化提供参考。
附图说明
图1是短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法流程示意图。
图2是监测站接收机安装及收星情况示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明是一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法，具体步骤如图1所示：
步骤1：伪距单点定位
监测站接收机实际安装及收星情况如图2所示，监测站接收机A、B持续接收导航卫星观测数据和广播星历，观测数据类型包括伪距观测和载波相位观测，接收机A和接收机B对同一颗卫星j的观测如下：
Figure GDA0003807827890000081
Figure GDA0003807827890000082
Figure GDA0003807827890000083
Figure GDA0003807827890000084
式(1)、(2)、(3)、(4)中，
Figure GDA0003807827890000085
和
Figure GDA0003807827890000086
分别为接收机A、B天线相位中心至卫星j天线相位中心的真实距离；c为真空中光速；δtr，A和δtr，B分别为接收机A、B的钟差；δtj为卫星j的钟差；
Figure GDA0003807827890000087
和
Figure GDA0003807827890000088
分别为接收机A、B接收到卫星j的信号在传播过程中的电离层延迟误差；
Figure GDA0003807827890000089
和
Figure GDA00038078278900000810
分别为接收机A、B接收到卫星j的信号在传播过程中的对流层延迟误差；
Figure GDA00038078278900000811
为相对论效应产生的卫星j误差；
Figure GDA00038078278900000812
和
Figure GDA00038078278900000813
分别为接收机A、B的伪距测量噪声；
Figure GDA00038078278900000814
和
Figure GDA00038078278900000815
分别为接收机A、B的载波测量噪声；
Figure GDA00038078278900000816
和
Figure GDA00038078278900000817
分别为接收机A、B的载波测量模糊度。一般情况下不同接收机对不同卫星的伪距观测噪声和载波观测噪声基本可分别认为一致，即：
Figure GDA00038078278900000818
εP取值0.2m，
Figure GDA00038078278900000819
取值0.002m；
对接收机A和B分别进行单点定位解算，以得到接收机A、B的概略位置，计算方法相同，步骤1内不再区分接收机A、B；
接收机同时观测到n颗卫星，n>＝4，对卫星j的伪距观测方程如下：
Figure GDA00038078278900000820
式(5)中各项内容与式(1)、式(2)所代表意义相同，仅省略掉代表接收机的下标’A’，’B’；
对式(5)进行电离层、对流层、相对论及卫星钟差误差修正，各误差模型均可采用现有成熟模型，得到伪距残差
Figure GDA0003807827890000091
为：
Figure GDA0003807827890000092
式(6)中站星距离为
Figure GDA0003807827890000093
其中[x y z]T为接收机位置，[xS yS zS]T为从广播星历中解算得到的卫星j位置；
接收机对于n颗卫星的n个观测方程，待估参数x为：
X＝[x y z cδtr]T (7)
对式(6)在待估参数初值X0＝[x0 y0 z0 cδtr0]处泰勒展开，并保留一阶项可得：
Figure GDA0003807827890000094
其中ΔR＝[Δx Δy Δz]T，Δx＝x-x0，Δy＝y-y0，Δz＝z-z0为接收机真实位置与初置的差值，Δcδtr＝cδtr-cδtr0为接收机真实钟差与初值的差值，ej为从接收机指向卫星j的视线向量；
对同时观测的n颗卫星，则有下式：
Figure GDA0003807827890000095
将式(9)写成矩阵形式如下：
Z＝HΔX+ε (10)
其中：
Figure GDA0003807827890000096
ΔX＝[ΔRT Δcδtr]T (12)
Figure GDA0003807827890000097
对式(10)采用最小二乘法进行估计，得到待估参数真实值X与初值X0的改正值
Figure GDA0003807827890000098
为：
Figure GDA0003807827890000101
即可得待估参数的估计值
Figure GDA0003807827890000102
为：
Figure GDA0003807827890000103
根据式(15)估计得到接收机的单点定位位置、钟差，及接收机至卫星j的视线向量信息；
步骤2：构建载波站星双差观测
如图2所示，接收机A、B共同观测卫星数为n，选择高度角最高的卫星i为主星，构建载波站星双差观测；
首先对共同观测卫星j做站间单差得到下式：
Figure GDA0003807827890000104
将式(16)改写为下式：
Figure GDA0003807827890000105
式(17)与式(16)各项内容依顺序一一对应；
选择主星i后将式(17)进行星间单差得到：
Figure GDA0003807827890000106
由于电离层误差、对流层误差是空间强相关性误差，且接收机A、B一般相距较近，因此经过双差后，双差载波观测方程中的
Figure GDA0003807827890000107
和
Figure GDA0003807827890000108
可忽略，则式(18)简化为：
Figure GDA0003807827890000109
式(19)中，
Figure GDA00038078278900001010
为载波相位双差噪声项，不同接收机对不同卫星的载波相位观测噪声基本一致，用
Figure GDA00038078278900001011
代替；
步骤3：基线向量求解；
对n颗观测卫星可得n-1个双差观测方程，待估参数X为：
Figure GDA00038078278900001012
其中rAB＝[rx ry rz]T为接收机A、B天线相位中心之间的基线向量，
Figure GDA0003807827890000111
为n-1个双差模糊度；
将n-1个观测方程在初值
Figure GDA0003807827890000112
处泰勒展开，并保留一阶项：
Figure GDA0003807827890000113
式(21)中e1、e2……en-1，ei表示从接收机A或接收机B指向卫星1、2……n-1及主星i的视线向量；因为接收机A、B相距较近，因此其对同一颗卫星j的实现向量基本相同，即
Figure GDA0003807827890000114
式(21)中待估参数为(n+2)个，观测方程为(n-1)个，无法直接进行最小二乘估计，然而在接收机持续跟踪导航信号的过程中具有模糊度保持不变的特性，因此在当前测量时刻tk引入上一测量时刻tk-1的双差模糊度估计值作为当前时刻的双差模糊度的测量值，增加虚拟观测方程如下：
Figure GDA0003807827890000115
式(22)中等式左边为tk-1时刻的双差模糊度估计值；等式右边为tk时刻双差模糊度代估值，该虚拟观测方程的噪声阵
Figure GDA0003807827890000116
为tk-1时刻估计出的双差模糊度协方差阵；
对式(22)同样在初值
Figure GDA0003807827890000117
处泰勒展开，可得下式：
Figure GDA0003807827890000118
至此将式(21)和式(23)连立，并写成矩阵形式如下：
Z＝HΔX+ε (24)
其中
Figure GDA0003807827890000121
Figure GDA0003807827890000122
Figure GDA0003807827890000123
其中I0为(n-1)×3的零矩阵，I1为(n-1)×(n-1)的单位阵；
Figure GDA0003807827890000124
测量噪声阵ε为：
Figure GDA0003807827890000125
I2为(n-1)×(n-1)的零矩阵；
通过上述步骤将载波双差方程线性化后，其具有最小二乘估计方法的通用表达形式，即式(24)，使用最小二乘估计，得到待估量的估计值：
Figure GDA0003807827890000126
Figure GDA0003807827890000127
tk历元估计协方差阵的估计值为：
Figure GDA0003807827890000128
tk历元双差模糊度浮点解协方差矩阵QN，float为
Figure GDA0003807827890000129
从第4行，第4列开始(n-1)×(n-1)的方阵；
经过最小二乘估计得到基线向量rAB的浮点解rAB，float、双差模糊度
Figure GDA00038078278900001210
的浮点解
Figure GDA00038078278900001211
和协方差阵QN，float；为了提高基线解算的精度，将模糊度浮点解
Figure GDA00038078278900001212
和协方差阵QN，float输入到LAMBDA算法中固定得到固定解
Figure GDA00038078278900001213
及QN，fix，得到模糊度固定解后，作为已知量带回式(19)中，对基线向量重新进行估计，得到高精度基线固定解rAB，fix、双差模糊度固定解
Figure GDA00038078278900001214
和协方差矩阵QN，fix，作为下一历元先验信息进行传递，如式(22)所示；
步骤4：构建伪距站星双差观测
接收机A、B共同观测卫星数为n，选择高度角最高的卫星i为主星，构建伪距站星双差观测；
首先对共同观测卫星j做站间单差得到下式：
Figure GDA0003807827890000131
将式(33)进行改写为下式：
Figure GDA0003807827890000132
式(34)与式(33)各项内容依顺序一一对应。
选择主星i后将式(34)进行星间单差得到下式：
Figure GDA0003807827890000133
由于电离层误差、对流层误差是空间强相关性误差，且接收机A、B一般相距较近，因此经过双差后，双差载波观测方程中的
Figure GDA0003807827890000134
和
Figure GDA0003807827890000135
可忽略，则式(35)简化为下式：
Figure GDA0003807827890000136
步骤5：伪距双差残差计算；
对式(36)在基线rAB，fix处泰勒展开并保留一阶项，可得：
Figure GDA0003807827890000137
将步骤4中计算得到的高精度基线向量固定解rAB，fix带入，求解基线补偿后的伪距双差残差：
Figure GDA0003807827890000138
从式(38)可以看到，在经过基线补偿后，接收机A、B的伪距双差残差只剩余双差伪距噪声项
Figure GDA0003807827890000139
与接收机A、B零基线条件下双差残差结果一致；若监测站接收机A、B在经过上述基线补偿后的双差伪距残差表现为高频噪声特性，且噪声水平约为2倍的伪距噪声，则表明接收机A、B伪距测量一致性良好，否则接收机之间伪距测量存在明显差异，需进行改进优化。
本发明解决了不同接收机实际安装条件(即短基线条件)下的伪距测量一致性评估难题。专业人员可直接下载监测站在线观测数据，对不同接收机在该条件下进行评估，而不需要人员上站、接收机离线搭建实验环境等操作，具有算法简单、操作简便等优势。

Claims (2)

1.一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：伪距单点定位
监测站接收机A、B持续接收导航卫星观测数据和广播星历，观测数据类型包括伪距观测和载波相位观测，接收机A和接收机B对同一颗卫星j的观测如下：
Figure FDA0003807827880000011
Figure FDA0003807827880000012
Figure FDA0003807827880000013
Figure FDA0003807827880000014
式(1)、(2)、(3)、(4)中，
Figure FDA0003807827880000015
和
Figure FDA0003807827880000016
分别为接收机A、B天线相位中心至卫星j天线相位中心的真实距离；c为真空中光速；δtr，A和δtr，B分别为接收机A、B的钟差；δtj为卫星j的钟差；
Figure FDA0003807827880000017
和
Figure FDA0003807827880000018
分别为接收机A、B接收到卫星j的信号在传播过程中的电离层延迟误差；
Figure FDA0003807827880000019
和
Figure FDA00038078278800000110
分别为接收机A、B接收到卫星j的信号在传播过程中的对流层延迟误差；
Figure FDA00038078278800000111
为相对论效应产生的卫星j误差；
Figure FDA00038078278800000112
和
Figure FDA00038078278800000113
分别为接收机A、B的伪距测量噪声；
Figure FDA00038078278800000114
和
Figure FDA00038078278800000115
分别为接收机A、B的载波测量噪声；
Figure FDA00038078278800000116
和
Figure FDA00038078278800000117
分别为接收机A、B的载波测量模糊度；
对接收机A和B分别进行单点定位解算，以得到接收机A、B的概略位置，不再区分接收机A、B；
接收机同时观测到n颗卫星，n>＝4，对卫星j的伪距观测方程如下：
Figure FDA00038078278800000118
对式(5)进行电离层、对流层、相对论及卫星钟差误差修正，得到伪距残差
Figure FDA00038078278800000119
为：
Figure FDA00038078278800000120
式(6)中站星距离为
Figure FDA00038078278800000121
其中[x y z]T为接收机位置，[xs ys zs]T为从广播星历中解算得到的卫星j位置；
接收机对于n颗卫星的n个观测方程，待估参数X为：
X＝[x y z cδtr]T (7)
对式(6)在待估参数初值X0＝[x0 y0 z0 cδtr0]处泰勒展开，并保留一阶项可得：
Figure FDA0003807827880000021
其中ΔR＝[Δx Δy Δz]T，Δx＝x-x0，Δy＝y-y0，Δz＝z-z0为接收机真实位置与初置的差值，Δcδtr＝cδtr-cδtr0为接收机真实钟差与初值的差值，ej为从接收机指向卫星j的视线向量；
对同时观测的n颗卫星，则有下式：
Figure FDA0003807827880000022
将式(9)写成矩阵形式如下：
Z＝HΔX+ε (10)
其中：
Figure FDA0003807827880000023
ΔX＝[ΔRT Δcδtr]T (12)
Figure FDA0003807827880000024
对式(10)采用最小二乘法进行估计，得到待估参数真实值X与初值X0的改正值
Figure FDA0003807827880000025
为：
Figure FDA0003807827880000026
即可得待估参数的估计值
Figure FDA0003807827880000027
为：
Figure FDA0003807827880000028
根据式(15)估计得到接收机的单点定位位置、钟差，及接收机至卫星j的视线向量信息；
步骤2：构建载波站星双差观测
接收机A、B共同观测卫星数为n，选择高度角最高的卫星i为主星，构建载波站星双差观测；
首先对共同观测卫星j做站间单差得到下式：
Figure FDA0003807827880000031
将式(16)改写为下式：
Figure FDA0003807827880000032
式(17)与式(16)各项内容依顺序一一对应；
选择主星i后将式(17)进行星间单差得到：
Figure FDA0003807827880000033
经过双差后，双差载波观测方程中的
Figure FDA0003807827880000034
和
Figure FDA0003807827880000035
忽略，则式(18)简化为：
Figure FDA0003807827880000036
式(19)中，
Figure FDA0003807827880000037
为载波相位双差噪声项，不同接收机对不同卫星的载波相位观测噪声基本一致，用
Figure FDA0003807827880000038
代替；
步骤3：基线向量求解；
对n颗观测卫星可得n-1个双差观测方程，待估参数X为：
Figure FDA0003807827880000039
其中rAB＝[rx ry rz]T为接收机A、B天线相位中心之间的基线向量，
Figure FDA00038078278800000310
为n-1个双差模糊度；
将n-1个观测方程在初值
Figure FDA00038078278800000311
处泰勒展开，并保留一阶项：
Figure FDA00038078278800000312
式(21)中e1、e2……en-1，ei表示从接收机A或接收机B指向卫星1、2……n-1及主星i的视线向量；对同一颗卫星j的实现向量基本相同，即
Figure FDA0003807827880000041
Figure FDA00038078278800000412
在当前测量时刻tk引入上一测量时刻tk-1的双差模糊度估计值作为当前时刻的双差模糊度的测量值，增加虚拟观测方程如下：
Figure FDA0003807827880000043
式(22)中等式左边为tk-1时刻的双差模糊度估计值；等式右边为tk时刻双差模糊度代估值，该虚拟观测方程的噪声阵
Figure FDA0003807827880000044
Figure FDA0003807827880000045
为tk-1时刻估计出的双差模糊度协方差阵；
对式(22)同样在初值
Figure FDA0003807827880000046
处泰勒展开，可得下式：
Figure FDA0003807827880000047
至此将式(21)和式(23)连立，并写成矩阵形式如下：
Z＝HΔX+ε (24)
其中
Figure FDA0003807827880000048
Figure FDA0003807827880000049
Figure FDA00038078278800000410
其中I0为(n-1)×3的零矩阵，I1为(n-1)×(n-1)的单位阵；
Figure FDA00038078278800000411
测量噪声阵ε为：
Figure FDA0003807827880000051
I2为(n-1)×(n-1)的零矩阵；
将载波双差方程线性化后，具有最小二乘估计方法的通用表达形式，即式(24)，使用最小二乘估计，得到待估量的估计值：
Figure FDA0003807827880000052
Figure FDA0003807827880000053
tk历元估计协方差阵的估计值为：
Figure FDA0003807827880000054
tk历元双差模糊度浮点解协方差矩阵QN，float为
Figure FDA0003807827880000055
从第4行，第4列开始(n-1)×(n-1)的方阵；
经过最小二乘估计得到基线向量rAB的浮点解rAB，float、双差模糊度
Figure FDA0003807827880000056
的浮点解
Figure FDA0003807827880000057
和协方差阵QN，float；将模糊度浮点解
Figure FDA0003807827880000058
和协方差阵QN，float输入到LAMBDA算法中固定得到固定解
Figure FDA0003807827880000059
及QN，fix，得到模糊度固定解后，作为已知量带回式(19)中，对基线向量重新进行估计，得到高精度基线固定解rAB，fix、双差模糊度固定解
Figure FDA00038078278800000510
和协方差矩阵QN，fix，作为下一历元先验信息进行传递，如式(22)所示；
步骤4：构建伪距站星双差观测；
接收机A、B共同观测卫星数为n，选择高度角最高的卫星i为主星，构建伪距站星双差观测；
首先对共同观测卫星j做站间单差得到下式：
Figure FDA00038078278800000511
将式(33)进行改写为下式：
Figure FDA00038078278800000512
选择主星i后将式(34)进行星间单差得到下式：
Figure FDA0003807827880000061
经过双差后，双差载波观测方程中的
Figure FDA0003807827880000062
和
Figure FDA0003807827880000063
可忽略，则式(35)简化为下式：
Figure FDA0003807827880000064
步骤5：伪距双差残差计算；
对式(36)在基线rAB，fix处泰勒展开并保留一阶项，可得：
Figure FDA0003807827880000065
将步骤4中计算得到的高精度基线向量固定解rAB，fix带入，求解基线补偿后的伪距双差残差：
Figure FDA0003807827880000066
在经过基线补偿后，接收机A、B的伪距双差残差只剩余双差伪距噪声项
Figure FDA0003807827880000067
与接收机A、B零基线条件下双差残差结果一致；若监测站接收机A、B在经过基线补偿后的双差伪距残差表现为高频噪声特性，且噪声水平为2倍的伪距噪声，则表明接收机A、B伪距测量一致性良好，否则接收机之间伪距测量存在明显差异，需进行改进优化。
2.根据权利要求1所述的一种短基线条件下接收机伪距测量一致性评估方法，其特征在于：
所述步骤1中
Figure FDA0003807827880000068
εp取值0.2m，
Figure FDA0003807827880000069
取值0.002m。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111929709B (zh) * 2020-09-18 2021-01-01 中国人民解放军国防科技大学 基于信道模拟器的gnss接收机码载波硬件延迟差异测量方法
CN112924999B (zh) * 2021-01-14 2023-08-22 华南理工大学 一种无人机的定位方法、系统、装置及介质
CN113640834A (zh) * 2021-10-15 2021-11-12 青岛杰瑞自动化有限公司 一种用于改善卫星双差伪距定位精度的方法
CN114167457A (zh) * 2021-11-24 2022-03-11 中国人民解放军61081部队 一种gnss系统时间偏差监测评估方法
CN113917510B (zh) * 2021-12-15 2022-03-08 腾讯科技（深圳）有限公司 数据处理方法、装置、设备、存储介质及计算机程序产品
CN115220078A (zh) * 2022-08-24 2022-10-21 长沙金维信息技术有限公司 基于载波相位差分的gnss高精度定位方法及导航方法
CN115390104B (zh) * 2022-10-26 2023-04-07 中国人民解放军国防科技大学 一种导航卫星时延偏差建模方法
CN117289318B (zh) * 2023-11-24 2024-02-20 北京北方联星科技有限公司 一种基于bds辅助的glonass频间偏差实时估计方法
CN117289319B (zh) * 2023-11-27 2024-04-05 北京李龚导航科技有限公司 基于阵列天线的载波相位定向方法、装置及电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110075120A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 한국항공우주연구원 위성항법신호의 의사거리 보정정보 생성 방법 및 장치
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
CN109613585A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 中国科学院国家授时中心 一种对基站天线超短基线gnss双天线实时测向的方法
CN110068843A (zh) * 2019-05-06 2019-07-30 北京六分科技有限公司 卫星定位接收机、方法及设备
CN110082791A (zh) * 2019-04-19 2019-08-02 中国科学院国家授时中心 一种卫星导航信号伪距偏差精密测量及有效消除方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110075120A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 한국항공우주연구원 위성항법신호의 의사거리 보정정보 생성 방법 및 장치
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
CN109613585A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 中国科学院国家授时中心 一种对基站天线超短基线gnss双天线实时测向的方法
CN110082791A (zh) * 2019-04-19 2019-08-02 中国科学院国家授时中心 一种卫星导航信号伪距偏差精密测量及有效消除方法
CN110068843A (zh) * 2019-05-06 2019-07-30 北京六分科技有限公司 卫星定位接收机、方法及设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
多约束条件的全球定位系统单频单历元短基线定向技术与实现;任光辉 等;《上海交通大学学报》;20140331;第48卷(第3期);第335-340页 *

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