CN113466903A - 一种顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法,获取卫星集合对应的载波相位观测值和伪距观测值,初步解算得到整周模糊度参数,然后通过LAMBDA算法搜索得到最优模糊度组和次优模糊度组,对最优模糊度组进行可靠性检验,如果检验通过,则根据最优模糊度组计算得到其他待估参数固定解,如果检验不通过,当最优固定解和次优解固定解的三维分量差值小于阈值时,进行卫星集合筛选并能过位置精度衰减因子判断筛选出的卫星集合是否满足部分模糊度固定要求:满足由进行部分模糊度固定,否则本历元模糊度固定失败。本发明同时考虑模糊度浮点受到的系统误差影响及其方差信息,提高模糊度固定的成功率,缩短收敛时间。
Description
技术领域
本发明属于全球导航卫星定位(GNSS)技术领域,更为具体地讲,涉及一种顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法。
背景技术
在GNSS精密定位中,基于载波相位观测值实现高精度定位的关键在于快速可靠地解算模糊度。然而由于观测值的粗差、大气残余误差以及多路径误差的影响,往往需要较长的收敛时间才能保证模糊度固定的可靠性;虽然采用多模融合解算(GPS/GLONASS/BDS)可以增加可视卫星数,改善卫星空间几何构型,提高收敛速度;然而随着卫星数的增加,模糊度参数也急剧增加;若有个别卫星受到较大系统误差的影响,使得其对应模糊度参数很难固定,从而导致整个定位系统初始化失败。现有的部分模糊度固定算法都只顾及模糊度浮点解的方差,而未考虑模糊度所受到的系统误差的影响。因此,研究顾及观测值系统误差影响的部分模糊度固定算法对于缩短多系统组合定位收敛时间、提高定位精度具有重要现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法,提高模糊度固定的成功率,缩短收敛时间。
为实现上述发明目的,本发明顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法包括以下步骤:
S1:根据实际情况确定需要进行模糊度固定的卫星集合S;
S4:采用预设的模糊度检验方法对步骤S3搜索得到的最优模糊度组进行可靠性检验,如果检验通过,进入步骤S5,否则进入步骤S6;
S5:根据步骤S3搜索得到的最优模糊度组计算得到其他待估参数固定解,当前历元解算结束;
S6:采用步骤S3搜索得到的最优模糊度组和次优模糊度组分别解算得到模糊度的最优固定解和次优固定解,计算最优固定解和次优解固定解的三维坐标分量的差值,如果每个分量的差值均小于预设阈值,进入步骤S7,否则进入步骤S10;
S7:比较步骤S3搜索得到的最优模糊度组和次优模糊度组中每颗卫星的整周模糊度参数值,统计在最优模糊度组和次优模糊度组中整周模糊度相同的卫星集合φ,记卫星集合φ中卫星数量为k,并将这k个卫星的整周模糊度参数值构成整周模糊度参数计算整周模糊度参数的方差-协方差矩阵然后计算得到卫星集合φ的位置精度衰减因子SDOP:
S8:判断位置精度衰减因子SDOP是否小于预设阈值,如果是,进入步骤S9,否则进入步骤S10;
S9:令卫星集合S=φ,返回步骤S2;
S10:本历元模糊度固定失败,历元计算结束。
本发明顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法,获取卫星集合对应的载波相位观测值和伪距观测值,初步解算得到整周模糊度参数,然后通过LAMBDA算法搜索得到最优模糊度组和次优模糊度组,对最优模糊度组进行可靠性检验,如果检验通过,则根据最优模糊度组计算得到其他待估参数固定解,如果检验不通过,当最优固定解和次优解固定解的三维分量差值小于阈值时,进行卫星集合筛选并能过位置精度衰减因子判断筛选出的卫星集合是否满足部分模糊度固定要求:满足由进行部分模糊度固定,否则本历元模糊度固定失败。
本发明具有以下有益效果:
1)本发明同时考虑模糊度浮点受到的系统误差影响及其方差信息,提高模糊度固定的成功率,缩短收敛时间;
2)本发明既可应用于单系统定位也可用于多系统组合定位,适应范围广泛。
附图说明
图1是本发明顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法的具体实施方式流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述,以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是,在以下的描述中,当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时,这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法的具体实施方式流程图。如图1所示,本发明顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法的具体步骤包括:
S101:确定卫星集合:
根据实际情况确定需要进行模糊度固定的卫星集合S。
S102:初步求解模糊度参数:
伪距和载波相位观测方程可以统一表示为:
y=Aa+Bb;D(y)=Qyy (1)
其中,y表示载波相位和伪距观测值;A表示模糊度参数设计矩阵,a表示各卫星的载波相位观测值的整周模糊度参数组成的向量;B表示其他待估参数设计矩阵,b表示其它实数参数组成的向量,本实施例中这些实数参数包括三维位置参数、各系统的接收机钟差、对流层参数;Qyy表示伪距和载波相位观测值的方差-协方差矩阵。那么采用最小二乘解算得到模糊度和其他未知参数的实数解及其方差-协方差信息;
S103:模糊度固定:
LAMBDA搜索算法求得满足下式中目标函数的整周模糊度参数:
从概率统计的角度出发,式(3)可以表示为:
由于模糊度之间的相关性,使得由确定的椭球形状狭长,模糊度搜索空间较大,搜索效率较低。因此一般先对进行LDL分解,即其中L为单位下三角矩阵,D为对角矩阵,上标T表示转置,并对单位下三角矩阵L进行降相关处理得到转换矩阵Z;降相关后的模糊度浮点解及其方差-协方差可以表示为式(5)的形式:
对降相关后的模糊度进行搜索,即可大大提高搜索效率。
S104:模糊度检验:
采用预设的模糊度检验方法对步骤S103搜索得到的最优模糊度组进行可靠性检验,如果检验通过,则可认为最优模糊度组即为正确模糊度,进入步骤S105,否则进入步骤S106。
本实施例中模糊度检验方法采用ratio检验方法,将式(3)中的目标函数表示为:
S105:参数固定:
根据步骤S103搜索得到的最优模糊度组计算得到其他待估参数固定解,当前历元解算结束。
本实施例中直接通过式(8)解算得到模糊度固定解:
S106:比较模糊度固定解:
采用步骤S103搜索得到的最优模糊度组和次优模糊度组分别解算得到模糊度的最优固定解和次优固定解,计算最优固定解和次优解固定解的三维坐标分量的差值,如果每个分量的差值均小于预设阈值(本实施例中为5cm),则说明模糊度固定错误是由于大地残差等误差引起的,进入步骤S107,否则进入步骤S110。
S107:确定部分模糊度固定卫星集合:
部分模糊度固定算法主要是选取最优的模糊度子集进行固定,接下来先对本发明部分模糊度固定算法的理论推导过程进行说明。考虑到受观测环境的影响,不同卫星受到的观测误差影响不同,将模糊度分为两组,其中A组表示观测条件较好,受到的观测值系统误差影响较小的模糊度组;B组表示受到较大观测值系统误差影响的模糊度组,即:
则式(6)中的目标函数可以化为:
若假设B组整周模糊度参数受到大小为ΔB的观测值系统误差影响,而A组中受到的误差影响较小,可以忽略;则观测噪声对式(10)中残差平方和的影响可以表示为:
由于观测值系统误差对模糊度的影响一般不会超过波长,且LAMBDA搜索算法是基于式(10)中的残差平方和最小而得到一组最优解和一组次优解;若最优解可以表示为其中 和均为模糊度真值;则为了满足残差平方和最小的条件,次优解一定是在最优解的基础上浮动一周,即次优解为:其中,那么ratio检验可以表示为:
式(12)给出了观测值残差对ratio检验的影响,从中我们可以看到:
若ΔB=0,即观测条件很好,所有的有效卫星都受到较小观测值系统误差的影响;此时ΔB′=1,由(12)得到的ratio值十分显著,可以正确固定所有模糊度;
若ΔB=0.5,即观测条件较差,B组中模糊度参数都受到很大观测值系统误差的影响;此时ΔB′=ΔB,由(12)得到的ratio=1,此时无法通过模糊度检验;
若0.25<ΔB<0.5,即B组合中模糊度受到一定程度观测值系统误差的影响,那么此时由(12)解算得到的ratio值较小,无法十分可靠的得到模糊度固定解。
综上可知在观测条件较差的情况下,由于个别卫星受到观测值系统误差的影响,导致整个模糊度组无法固定。通过选取受观测值系统误差影响最小的卫星进行部分模糊度固定可以大大提高ratio检验的可靠性,从而排除误差干扰实现模糊度固定。由于卫星的几何构型对定位精度有着重要影响,部分模糊度固定算法除了要选取最优模糊度子集外,还要保证所选卫星具有良好的空间几何构型。根据以上分析提出本发明中部分模糊度固定算法,具体方法如下:
比较步骤S103搜索得到的最优模糊度组和次优模糊度组中每颗卫星的整周模糊度参数值,统计在最优模糊度组和次优模糊度组中整周模糊度相同的卫星集合φ,记卫星集合φ中卫星数量为k,并将这k个卫星的整周模糊度参数值构成整周模糊度参数计算整周模糊度参数的方差-协方差矩阵然后计算得到卫星集合φ的位置精度衰减因子SDOP:
S108:判断位置精度衰减因子SDOP是否小于预设阈值(本实施例中设置为5),如果是,进入步骤S109,否则进入步骤S110。
S109:令卫星集合S=φ,返回步骤S102。
S110:本历元模糊度固定失败,历元计算结束。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (2)
1.一种顾及观测值系统误差的部分模糊度固定算法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:根据实际情况确定需要进行模糊度固定的卫星集合S;
S4:采用预设的模糊度检验方法对步骤S3搜索得到的最优模糊度组进行可靠性检验,如果检验通过,进入步骤S5,否则进入步骤S6;
S5:根据步骤S3搜索得到的最优模糊度组计算得到其他待估参数固定解,当前历元解算结束;
S6:采用步骤S3搜索得到的最优模糊度组和次优模糊度组分别解算得到模糊度的最优固定解和次优固定解,计算最优固定解和次优解固定解的三维坐标分量的差值,如果每个分量的差值均小于预设阈值,进入步骤S7,否则进入步骤S10;
S7:比较步骤S3搜索得到的最优模糊度组和次优模糊度组中每颗卫星的整周模糊度参数值,统计在最优模糊度组和次优模糊度组中整周模糊度相同的卫星集合φ,记卫星集合φ中卫星数量为k,并将这k个卫星的整周模糊度参数值构成整周模糊度参数计算整周模糊度参数的方差-协方差矩阵然后计算得到卫星集合φ的位置精度衰减因子SDOP:
S8:判断位置精度衰减因子SDOP是否小于预设阈值,如果是,进入步骤S9,否则进入步骤S10;
S9:令卫星集合S=φ,返回步骤S2;
S10:本历元模糊度固定失败,历元计算结束。
2.根据权利要求1所述的部分模糊度固定算法,其特征在于,所述步骤S4中的模糊度检验方法采用ratio检验方法。
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