CN112285745B - 基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法及系统，通过建立三频组合双差观测方程；建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄项组合模糊度进行固定；以两组超宽巷组合模糊度、窄项组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度；从而提高了模糊度固定的准确率。

Description

基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法及系统
技术领域
本发明属于模糊度固定技术领域，具体地说，是涉及一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法及系统。
背景技术
2020年6月，随着北斗全球卫星导航系统第五十五颗导航卫星成功发射，北斗三号完成了全球组网工作，实现了系统全星座部署。北斗卫星导航系统在车辆、船舶、飞机导航等交通领域；农林渔牧、抢险救灾与公众安全等生产建设领域将会取得更加广泛的应用。
正确固定整周模糊度是实现高精度相对定位的前提，常用的模糊度固定算法包括基于模糊度域解算的LAMBDA算法和基于测量域的模糊度取整TCAR算法。
LAMBDA算法计算过程严谨，模糊度固定的成功率高，但是算法耗时较长，在处理多系统组合定位时，模糊度固定耗时成倍增加；TCAR算法模型简单，解算速度快，在短基线情况下模糊度固定成功率较高，模糊度解算的可靠性和精度主要取决于观测值噪声水平；当基线较长时，测站空间相关性较低，模糊度解算易受电离层延迟影响，窄巷组合模糊度固定成功率普遍较低。
发明内容
本发明提供了一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，提高了模糊度固定的准确率。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，包括：
(1)建立三频组合双差观测方程；
(2)建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；
(3)选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；
(4)以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定；
(5)以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度。
进一步的，所述步骤(1)具体包括：
(11)建立伪距双差观测方程和载波相位双差观测方程；
(12)建立三频组合载波相位观测方程；
(13)基于载波相位双差观测方程和三频组合载波相位观测方程，建立三频组合双差观测方程。
又进一步的，所述步骤(2)具体包括：
(21)求解卫星残差向量；
(22)利用卫星高度角、方位角、卫星残差向量建立多路径模型；
(23)依据多路径模型估计多路径效应数值，修正三频组合双差观测方程的观测值。
更进一步的，所述步骤(3)具体包括：
(31)基于北斗三号B1C、B2a、B3I频点信号，选取两组组合系数(0 -1 1)、(1 3 -4)；
(32)根据伪距双差观测方程和三频组合双差观测方程固定两组超宽巷组合模糊度。
再进一步的，所述步骤(4)具体包括：
(41)根据两组超宽巷组合模糊度计算电离层延迟误差；
(42)根据两组超宽巷组合模糊度及电离层延迟误差固定窄巷组合模糊度。
进一步的，所述步骤(5)具体包括：
(51)基于B1C、B2a频点和B1C、B3I频点，根据三频组合双差观测方程，构建两个无电离层延迟误差的组合方程；
(52)以两组超宽巷组合模糊度、一组窄巷组合模糊度作为约束条件，两个无电离层延迟误差组合方程作为冗余观测，求解北斗三号基础频率模糊度。
又进一步的，在步骤(5)之后，还包括下述步骤：
(6)基于北斗三号基础频率模糊度解算GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
更进一步的，所述步骤(6)具体包括：
(61)构建北斗、GPS、GALILEO三系统组合误差方程；
(62)利用最小二乘法求解基线向量浮点解；
(63)利用LAMBDA方法固定三系统组合误差方程中GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统，包括：
建立模块，用于建立三频组合双差观测方程；
修正模块，用于建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；
超宽巷组合模糊度固定模块，用于选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；
窄巷组合模糊度固定模块，用于以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定；
北斗三号基础频率模糊度固定模块，用于以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度。
进一步的，所述基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统还包括：
多系统解算模块，用于基于北斗三号基础频率模糊度解算GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法及系统，通过建立三频组合双差观测方程；建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定；以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度；从而提高了模糊度固定的准确率。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明提出的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法的一个实施例的流程图；
图2是图1中步骤S1的具体流程图；
图3是载波相位观测值模糊度参数示意图；
图4是图1中步骤S2的具体流程图；
图5是模糊度固定成功率概率分布示意图；
图6是图1中步骤S4的具体流程图；
图7是图1中步骤S6的具体流程图；
图8是本发明提出的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统的一个实施例的结构框图。
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，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例一、
本实施例提出了一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度快速固定方法，以改进现有技术的不足。针对TCAR算法在基线解算过程中窄巷组合模糊度固定成功率较低的问题，通过建模削弱多路径与观测噪声误差项，对电离层延迟误差进行估计并改正，从而提高窄巷组合模糊度的固定准确率。基于北斗三号的三频模糊度快速固定方法在改进综合TCAR算法的基础上新增多路径、观测噪声与电离层延迟误差改正，提高窄巷组合模糊度固定的准确率；并进一步提出北斗三频约束方案，实现多系统融合定位模糊度快速解算。
下面，结合附图，对本实施例的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法进行详细说明。
本实施例的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，主要包括下述步骤，参见图1所示。
步骤S1：建立三频组合双差观测方程。
本步骤具体包括下述步骤，参见图2所示。
S11：建立伪距双差观测方程和载波相位双差观测方程。
GNSS导航定位伪距观测值观测方程为：
Figure GDA0003730588540000051
上式中：
Figure GDA0003730588540000052
其中，P表示伪距观测值；ρ表示卫星至接收机的几何距离；c表示真空中光速；β表示电离层延迟系数；(X Y Z)表示接收机的空间坐标；(Xp Yp Zp)表示观测时刻卫星的空间坐标；
Figure GDA0003730588540000053
表示接收机钟差；
Figure GDA0003730588540000054
表示卫星钟差；Vion和Vtro分别表示电离层、对流层延迟误差；εP表示伪距观测噪声；上标p和下标i分别表示卫星编号和接收机编号。
载波相位观测值观测方程为：
Figure GDA0003730588540000055
其中，
Figure GDA0003730588540000056
表示载波相位观测值；λ表示波长；
Figure GDA0003730588540000057
表示载波观测噪声；N表示整周模糊度；其余变量意义同上。
完整的模糊度参数包含三部分，几何意义如附图3所示，
Figure GDA0003730588540000061
与
Figure GDA0003730588540000062
分别为接收机对模糊度的整周与非整周计数。
Figure GDA0003730588540000063
为削弱部分测量误差的影响，通常对观测方程进行差分处理。接收机i、j在同一时刻对卫星p、q进行同步观测，则伪距双差观测方程与载波相位双差观测方程分别为：
Figure GDA0003730588540000064
其中，
Figure GDA0003730588540000065
表示双差符号；
Figure GDA0003730588540000066
和
Figure GDA0003730588540000067
分别表示在接收机间与卫星间求二次差后得到的伪距双差观测方程和以周为单位的载波相位双差观测方程。
S12：建立三频组合载波相位观测方程。
北斗卫星导航系统提供三频信号服务，原始观测值可通过三频线性组合得到波长更长、电离层延迟误差和观测噪声更小的组合观测值，从而实现快速、准确的整周模糊度解算。设定北斗三号系统参与定位解算的三个频率分别为f1、f2、f3，下标分别对应北斗三号B1C、B2a、B3I频点，组合系数分别为l、m、n，则三频组合后的频率f(l m n)表示为：
f(l m n)＝l·f1+m·f2+n·f3 (8)
对应组合后的波长计算公式为：
Figure GDA0003730588540000068
其中，λ1，λ2和λ3分别表示三个频率的载波相位信号波长，为保证波长的正数特性，组合系数应满足：
Figure GDA0003730588540000071
用
Figure GDA0003730588540000072
分别表示以周为单位的三个频率的载波相位观测值，
Figure GDA0003730588540000073
表示以周为单位的三频组合载波相位观测值；则以周为单位的三频组合载波相位观测方程为：
Figure GDA0003730588540000074
S13：基于载波相位双差观测方程和三频组合载波相位观测方程，建立三频组合双差观测方程。
将三个频率的载波相位双差观测方程带入公式(11)，省略式(5)中的双差符号与上下标，可得三频组合双差观测方程：
Figure GDA0003730588540000075
其中，电离层延迟因子表示为
Figure GDA0003730588540000076
Figure GDA0003730588540000077
表示为电离层对f1的延迟误差；
Figure GDA0003730588540000078
分别表示三个频率的载波相位信号的载波观测噪声；N1、N2、N3分别表示三个频率的载波相位信号的双差模糊度；当组合系数l、m、n均为整数时，三频组合模糊度l·N1+m·N2+n·N3保持整数特性。
步骤S2：建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值。
不同观测环境下噪声和多路径效应的影响相对复杂，基于多路径效应的时空不变特性，通过误差建模对多路径效应进行削弱，同时一定程度上削弱观测噪声的影响。
基于多路径效应时空不变性特征，认为影响多路径效应的反射系数与信号相位延迟量只与卫星的高度角和方位角相关，即在静态或相对静态基线测量中，卫星信号在同一空间位置所受到的多路径效应影响是相同的。因此，以卫星高度角、方位角、双差误差方程的残差值对多路径效应进行建模，求解多路径效应数值，实时削弱多路径、噪声的影响。
本步骤具体包括下述步骤，参见图4所示。
S21：求解卫星残差向量v。
误差方程：
Figure GDA0003730588540000081
其中，L表示双差观测向量，A和B分别表示基线向量的坐标系数矩阵和模糊度系数矩阵，x表示接收机坐标参数向量，即基线向量；N表示双差模糊度参数向量，v表示卫星残差向量。
设观测权阵为P，则由最小二乘估计可得：
Figure GDA0003730588540000082
基线向量x的固定解求解完成后，进一步解算出卫星残差向量v。
S22：利用卫星高度角、方位角、卫星残差向量建立多路径模型。
建立卫星高度角、方位角与卫星残差向量的对应关系，结合大量历史观测数据，将经过同一高度角、方位角的卫星在经过该点时求解的残差值取平均，即得到多路径模型在该点的数值，实现多路径模型构建。
S21～S22的目的是建立多路径模型，多路径模型利用历史数据建立。
S23：依据多路径模型估计多路径效应数值，修正三频组合双差观测方程的观测值。
利用多路径模型解算得到的多路径效应数值，可以在削弱高频多路径效应的同时，一定程度上削弱观测噪声的影响，实时多路径改正通过求解观测数据中可用卫星的高度角和方位角，依据多路径模型估计当前历元各颗卫星的多路径效应数值，进而在观测值中剔除多路径效应，以修正观测值。因此，利用多路径模型可以削弱公式5和公式12中的观测噪声项。
通过设计步骤S21～S23，可以削弱多路径效应的影响。
步骤S3：选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度。
传统TCAR算法通过构造双差无几何组合观测量，在保证组合观测值综合误差小于二分之一组合波长的情况下，对模糊度浮点解直接取整固定；算法通过构造超宽巷和宽巷组合观测方程，依次固定超宽巷、宽巷和窄巷组合模糊度。改进的TCAR算法调整原有的组合观测值模糊度固定策略，即先固定两组超宽巷组合模糊度，再以固定成功的超宽巷组合模糊度作为约束条件，对窄巷组合模糊度进行求解。
超宽巷组合模糊度的总体噪声在不同长度的基线下均相对较小，即便在对流层延迟残差、电离层延迟残差相对较大的情况下，超宽巷组合总体误差也能够控制在0.5cycle以内。根据高斯概率密度函数积分公式，模糊度固定成功的概率计算公式为：
Figure GDA0003730588540000091
其中，y表示以周为单位的模糊估计值与真值之间的偏差，σ2表示y以周为单位的标准差。
利用三倍的模糊度估计标准差分析模糊度固定的成功率，概率分布参考附图5，在较优超宽巷组合序列中，三倍超宽巷组合模糊度标准差远远小于超宽巷组合波长的一半，直接取整固定超巷模糊的成功率可达99％以上。
因此，在不同基线长度的条件下，超宽巷组合模糊度均可以通过对模糊度浮点解直接取整来进行固定。本实施例基于北斗三号卫星导航系统的B1C、B2a、B3I频点信号，选取综合噪声较小的较优超宽巷系数组合(0 -1 1)、(1 3 -4)，实现两组超宽巷组合模糊度N(0 -1 1)以及N(1 3 -4)的固定。即组合系数l、m、n选为0、-1、1和1、3、-4。
因此，首先基于北斗三号B1C、B2a、B3I频点信号，选取两组超宽巷组合系数(0 -11)、(1 3 -4)；然后根据伪距双差观测方程和两组三频组合双差观测方程固定两组超宽巷组合模糊度。联立公式(5)中的伪距双差观测方程与采用超宽巷组合模式的三频组合双差观测方程(12)解算超宽巷组合模糊度NEWL，计算公式如下：
Figure GDA0003730588540000101
其中，下标EWL表示超宽巷组合；
Figure GDA0003730588540000102
表示超宽巷组合的观测值，P表示伪距观测值；λEWL表示超宽巷组合的波长，Vtro-EWL表示超宽巷组合的对流层延迟误差，Vtro-P表示伪距观测值的对流层延迟误差，βEWL表示超宽巷组合的电离层延迟系数，βP表示伪距观测值的电离层延迟系数，
Figure GDA0003730588540000103
表示电离层对f1的延迟误差，εEWL表示超宽巷组合的观测噪声，εP表示伪距观测噪声。
观测值中噪声项可通过步骤S2的多路径建模进行有效削弱，忽略电离层与对流层延迟的影响，超宽巷组合模糊度的估计值
Figure GDA0003730588540000104
为：
Figure GDA0003730588540000105
当超宽巷组合的组合系数l、m、n的值分别为0、-1、1时，根据
Figure GDA0003730588540000111
计算得到第一组超宽巷组合的观测值
Figure GDA0003730588540000112
也可用
Figure GDA0003730588540000113
表示；根据
Figure GDA0003730588540000114
计算得到第一组超宽巷组合的波长λEWL1，也可用λ(0 -1 1)表示；第一组超宽巷组合模糊度NEWL1也可用N(0 -1 1)表示；第一组超宽巷组合模糊度的估计值
Figure GDA0003730588540000115
Figure GDA0003730588540000116
也可用
Figure GDA0003730588540000117
表示。
当超宽巷组合的组合系数l、m、n的值分别为1、3、-4时，根据
Figure GDA0003730588540000118
计算得到第二组超宽巷组合的观测值
Figure GDA0003730588540000119
也可用
Figure GDA00037305885400001110
表示；根据
Figure GDA00037305885400001111
计算得到第二组超宽巷组合的波长λEWL2，也可用λ(1 3 -4)表示；第二组超宽巷组合模糊度NEWL2也可用N(13-4)表示；第二组超宽巷组合模糊度的估计值
Figure GDA00037305885400001112
Figure GDA00037305885400001113
也可用
Figure GDA00037305885400001114
表示。
或者，将第一组超宽巷组合模糊度作为约束条件，求解第二组超宽巷组合模糊度的估计值，计算公式如式(16)所示，从而实现单历元超宽巷组合模糊度的固定。
Figure GDA00037305885400001115
步骤S4：以固定成功的两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定。
电离层延迟是影响中、长基线模糊度固定的重要因素，在步骤S3中已实现超宽巷组合模糊度的成功固定，因此，可结合对流层延迟的模型改正与已知的两组超宽巷组合模糊度参数，估计出双差电离层延迟误差的大小，并将电离层延迟误差代入公式(12)构造的窄巷组合观测方程，从而改正窄巷观测值中的电离层延迟误差，提高窄巷组合模糊度的固定成功率。
本步骤具体包括下述步骤，参见图6所示。
S41：根据两组超宽巷组合模糊度计算电离层延迟误差。
电离层延迟误差
Figure GDA0003730588540000121
的计算公式为：
Figure GDA0003730588540000122
其中，下标EWL1与EWL2分别表示第一组、第二组超宽巷组合。βEWL1表示第一组超宽巷组合的电离层延迟系数，也可用β(0 -1 1)表示；βEWL2表示第二组超宽巷组合的电离层延迟系数，也可用β(1 3 -4)表示。
S42：根据两组超宽巷组合模糊度及电离层延迟误差固定窄巷组合模糊度。
结合电离层延迟误差
Figure GDA0003730588540000123
求解窄巷组合模糊度，可以削弱电离层延迟误差的影响，得到更加准确的窄巷组合模糊度固定解，计算公式如下：
Figure GDA0003730588540000124
其中，下标NL表示窄巷组合；NNL表示窄巷组合的模糊度，
Figure GDA0003730588540000125
表示窄巷组合的观测值，λNL表示窄巷组合的波长，βNL表示窄巷组合的电离层延迟系数。
可以利用第一组超宽巷组合模糊度求解窄巷组合模糊度：当窄巷组合的组合系数l、m、n的值分别为1、0、0时，窄巷组合的模糊度NNL表示为N(1 0 0)，窄巷组合的观测值
Figure GDA0003730588540000126
表示为
Figure GDA0003730588540000127
窄巷组合的波长λNL表示为λ(1 0 0)，窄巷组合的电离层延迟系数βNL表示为β(100)。在公式18中，当利用第一组超宽巷组合时，λEWL、
Figure GDA0003730588540000128
NEWL、βEWL分别为
λ(0 -1 1)、
Figure GDA0003730588540000131
N(0 -1 1)、β(0 -1 1)，S3中已实现超宽巷组合模糊度的固定，N(0 -1 1)用
Figure GDA0003730588540000132
代替。
当然，也可以利用第二组超宽巷组合模糊度求解窄巷组合模糊度，当利用第二组超宽巷组合时，λEWL、
Figure GDA0003730588540000133
NEWL、βEWL分别为
λ(1 3 -4)、
Figure GDA0003730588540000134
N(1 3 -4)、β(1 3 -4)，S3中已实现超宽巷组合模糊度的固定，N(1 3 -4)用
Figure GDA0003730588540000135
代替。
步骤S5：以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度。
结合超宽巷组合模糊度固定结果与电离层延迟改正后的窄巷组合观测方程12，进行北斗三号基础频率模糊度固定，如下述公式(19)所示。
公式19中包含三个模糊度约束方程和两个无电离层组合方程，三个模糊度约束方程包含一个窄巷组合模糊度约束方程以及两个超宽巷组合模糊度约束方程，共同作为约束条件，额外增加两个低权重无电离层组合方程作为冗余观测，联合求解三个基础频率的双差模糊度。
因此，首先基于B1C、B2a频点和B1C、B3I频点，根据三频组合双差观测方程，即公式12，构建两个无电离层延迟误差的组合方程，
Figure GDA0003730588540000136
Figure GDA0003730588540000137
然后以两组超宽巷组合模糊度、一组窄巷组合模糊度作为约束条件，两个无电离层延迟误差组合方程作为冗余观测，求解北斗三号基础频率模糊度。
Figure GDA0003730588540000141
其中，
Figure GDA0003730588540000142
用于求解窄巷组合模糊度，即B1C频点模糊度；
Figure GDA0003730588540000143
为第一组超宽巷组合模糊度的估计值，
Figure GDA0003730588540000144
为第二组超宽巷组合模糊度的估计值；即超宽巷组合模糊度组合系数选取(0 -1 1)、(1 3 -4)。
Figure GDA0003730588540000145
为两个无电离层延迟误差的组合方程，电离层延迟因子为零，并且，观测噪声项通过步骤S2得到有效削弱。这两个无电离层组合方程分别由北斗三号B1C、B2a频点和B1C、B3I频点载波相位观测方程组合建立。
Figure GDA0003730588540000146
为通过公式9获得。
[N1 N2 N3]T表示三频基础频率双差模糊度向量，通过公式19，解出N1、N2、N3，从而实现北斗三号基础频率模糊度的固定。
本实施例的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，通过建立三频组合双差观测方程；建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定；以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度；从而提高了模糊度固定的准确率。
步骤S6：基于北斗三号基础频率模糊度解算GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
本步骤具体包括下述步骤，参见图7所示。
S61：构建北斗、GPS、GALILEO三系统组合误差方程：
Figure GDA0003730588540000151
其中，下标BDS、GPS、GALILEO用于区分北斗系统、GPS系统与GALILEO系统；
NBDS对应步骤S5中的[N1 N2 N3]T向量求解后的结果；
NGPS、NGALILEO分别表示GPS、GALILEO系统的双差模糊度；
LBDS、LGPS、LGALILEO分别为北斗、GPS、GALILEO系统的双差观测向量；
ABDS、AGPS、AGALILEO分别表示由北斗、GPS、GALILEO系统构造的基线向量坐标系数矩阵；
BGPS、BGALILEO分别表示GPS、GALILEO系统的模糊度系数矩阵；
vBDS、vGPS、vGALILEO分别表示北斗、GPS、GALILEO系统的残差向量。
S62：利用最小二乘法求解基线向量x的浮点解：
Figure GDA0003730588540000161
其中，PBDS、PGPS、PGALILEO分别表示北斗、GPS、GALILEO系统的观测权阵。
根据公式(21)解算出基线向量x的浮点解，非整数的NGPS、NGALILEO需要采用下述的LAMBDA方法进行固定。
S63：利用LAMBDA方法固定三系统组合误差方程中的GPS系统的模糊度NGPS、GALILEO系统的模糊度NGALILEO。
在S63中完成NGPS、NGALILEO的固定后，带入误差方程20，求解基线向量x的固定解。
在定位解算中，LAMBDA算法模糊度搜索维度的增加会导致模糊度的搜索效率显著降低。在本实施例中，先固定北斗系统的基础频率模糊度，再构建三系统组合误差方程，然后利用LAMBDA算法求解组合误差方程中的GPS系统、GALILEO系统的模糊度，能够提高多系统组合定位模糊度搜索的效率。
以高精度的北斗载波相位观测值与准确固定的模糊度参数作为约束条件，实现多系统模糊度的快速解算，可以在提高多系统模糊度浮点解精度的同时，进一步提高LAMBDA算法多系统模糊度固定的效率和成功率。
本实施例在充分利用北斗三号卫星导航系统三频信号的基础之上，基于北斗三频约束实现多系统模糊度的快速解算；在提高算法通用化程度的基础上实现高精度、高可靠性、高可用性的导航定位服务。
本实施例的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，通过对原始观测值建立双差观测方程，构造多系统组合误差方程；对原始观测值中多路径、观测噪声误差项进行建模修正；基于北斗三号卫星导航系统信号，选取合理的三频组合系数，对噪声改正后的双差观测值构造超宽巷组合、窄巷组合；基于改进TCAR算法，先行固定两组超宽巷组合观测值的模糊度；对电离层延迟项进行估计，求解电离层延迟改正后，固定窄巷组合观测值模糊度，进而求解北斗三号基础频率模糊度；完成北斗三频约束的多系统模糊度快速解算。本实施例提高了基线解算模糊度固定的准确率，并且提高了多系统组合定位的模糊度解算效率。
实施例二、
基于实施例一中的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法的设计，本实施例提出了一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统，主要包括建立模块、修正模块、超宽巷组合模糊度固定模块、窄巷组合模糊度固定模块、北斗三号基础频率模糊度固定模块、多系统解算模块等，参见图8所示。
建立模块，用于建立三频组合双差观测方程。
修正模块，用于建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值。
超宽巷组合模糊度固定模块，用于选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度。
窄巷组合模糊度固定模块，用于以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定。
北斗三号基础频率模糊度固定模块，用于以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度。
多系统解算模块，用于基于北斗三号基础频率模糊度解算GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
具体的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统的工作过程，已经在上述基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法中详述，此处不予赘述。
本实施例的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统，通过建立三频组合双差观测方程；建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定；以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度；从而提高了模糊度固定的准确率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，其特征在于：包括：
(1)建立三频组合双差观测方程；
(2)建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；
(3)选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；
(4)以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定；
(5)以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度；具体包括：
首先基于B1C、B2a频点和B1C、B3I频点，根据三频组合双差观测方程
Figure FDA0003730588530000011
构建两个无电离层延迟误差的组合方程
Figure FDA0003730588530000012
其中，
Figure FDA0003730588530000013
表示以周为单位的三频组合载波相位观测值；设定北斗三号系统参与定位解算的三个频率分别为f1、f2、f3，下标分别对应北斗三号B1C、B2a、B3I频点，组合系数分别为l、m、n；
λ1，λ2和λ3分别表示三个频率的载波相位信号波长；
ρ表示卫星至接收机的几何距离；
Vtro表示对流层延迟误差；
N1、N2、N3分别表示三个频率的载波相位信号的双差模糊度；
f(lmn)＝l·f1+m·f2+n·f3；
电离层延迟因子表示为
Figure FDA0003730588530000014
Figure FDA0003730588530000021
表示为电离层对f1的延迟误差；
Figure FDA0003730588530000022
分别表示三个频率的载波相位信号的载波观测噪声；
然后以两组超宽巷组合模糊度、一组窄巷组合模糊度作为约束条件，两个无电离层延迟误差组合方程作为冗余观测，求解北斗三号基础频率模糊度；
Figure FDA0003730588530000023
其中，
Figure FDA0003730588530000024
用于求解窄巷组合模糊度，即B1C频点模糊度；β(0-11)表示第一组超宽巷组合的电离层延迟系数；β(100)表示窄巷组合的电离层延迟系数；
Figure FDA0003730588530000025
为第一组超宽巷组合模糊度的估计值，
Figure FDA0003730588530000026
为第二组超宽巷组合模糊度的估计值；
Figure FDA0003730588530000027
为通过
Figure FDA0003730588530000028
获得；c表示真空中光速；
[N1 N2 N3]T表示三频基础频率双差模糊度向量，通过公式19，解出N1、N2、N3，从而实现北斗三号基础频率模糊度的固定。
2.根据权利要求1所述的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括：
(11)建立伪距双差观测方程和载波相位双差观测方程；
(12)建立三频组合载波相位观测方程；
(13)基于载波相位双差观测方程和三频组合载波相位观测方程，建立三频组合双差观测方程。
3.根据权利要求1所述的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括：
(21)求解卫星残差向量；
(22)利用卫星高度角、方位角、卫星残差向量建立多路径模型；
(23)依据多路径模型估计多路径效应数值，修正三频组合双差观测方程的观测值。
4.根据权利要求1所述的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括：
(31)基于北斗三号B1C、B2a、B3I频点信号，选取两组组合系数(0 -1 1)、(1 3 -4)；
(32)根据伪距双差观测方程和三频组合双差观测方程固定两组超宽巷组合模糊度。
5.根据权利要求1所述的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：
(41)根据两组超宽巷组合模糊度计算电离层延迟误差；
(42)根据两组超宽巷组合模糊度及电离层延迟误差固定窄巷组合模糊度。
6.根据权利要求1所述的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，其特征在于：在步骤(5)之后，还包括下述步骤：
(6)基于北斗三号基础频率模糊度解算GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
7.根据权利要求6所述的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定方法，其特征在于：所述步骤(6)具体包括：
(61)构建北斗、GPS、GALILEO三系统组合误差方程；
(62)利用最小二乘法求解基线向量浮点解；
(63)利用LAMBDA方法固定三系统组合误差方程中GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
8.一种基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统，其特征在于：包括：
建立模块，用于建立三频组合双差观测方程；
修正模块，用于建立多路径模型，修正三频组合双差观测方程的观测值；
超宽巷组合模糊度固定模块，用于选取两组三频组合系数，固定两组超宽巷组合模糊度；
窄巷组合模糊度固定模块，用于以两组超宽巷组合模糊度作为约束条件，解算电离层延迟误差后，对窄巷组合模糊度进行固定；
北斗三号基础频率模糊度固定模块，用于以两组超宽巷组合模糊度、窄巷组合模糊度作为约束条件，求解北斗三号基础频率模糊度；具体包括：
首先基于B1C、B2a频点和B1C、B3I频点，根据三频组合双差观测方程
Figure FDA0003730588530000041
构建两个无电离层延迟误差的组合方程
Figure FDA0003730588530000042
其中，
Figure FDA0003730588530000043
表示以周为单位的三频组合载波相位观测值；设定北斗三号系统参与定位解算的三个频率分别为f1、f2、f3，下标分别对应北斗三号B1C、B2a、B3I频点，组合系数分别为l、m、n；
λ1，λ2和λ3分别表示三个频率的载波相位信号波长；
ρ表示卫星至接收机的几何距离；
Vtro表示对流层延迟误差；
N1、N2、N3分别表示三个频率的载波相位信号的双差模糊度；
f(lmn)＝l·f1+m·f2+n·f3；
电离层延迟因子表示为
Figure FDA0003730588530000051
Figure FDA0003730588530000052
表示为电离层对f1的延迟误差；
Figure FDA0003730588530000053
分别表示三个频率的载波相位信号的载波观测噪声；
然后以两组超宽巷组合模糊度、一组窄巷组合模糊度作为约束条件，两个无电离层延迟误差组合方程作为冗余观测，求解北斗三号基础频率模糊度；
Figure FDA0003730588530000054
其中，
Figure FDA0003730588530000055
用于求解窄巷组合模糊度，即B1C频点模糊度；β(0-11)表示第一组超宽巷组合的电离层延迟系数；β(100)表示窄巷组合的电离层延迟系数；
Figure FDA0003730588530000061
为第一组超宽巷组合模糊度的估计值，
Figure FDA0003730588530000062
为第二组超宽巷组合模糊度的估计值；
Figure FDA0003730588530000063
为通过
Figure FDA0003730588530000064
获得；c表示真空中光速；
[N1 N2 N3]T表示三频基础频率双差模糊度向量，通过公式19，解出N1、N2、N3，从而实现北斗三号基础频率模糊度的固定。
9.根据权利要求8所述的基于北斗三号卫星导航系统的三频模糊度固定系统，其特征在于：还包括：
多系统解算模块，用于基于北斗三号基础频率模糊度解算GPS系统、GALILEO系统的模糊度。
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