CN115061166B - 一种载波相位重构方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种载波相位重构方法、装置、电子设备及介质，该方法包括：根据接收机速度和目标卫星速度，确定多普勒重构值；根据各个多普勒重构值，确定载波相位变化量；根据载波相位变化量、目标卫星在当前历元和前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值；根据载波相位观测值、伪距观测值和伪距重构值，确定载波相位重构值；根据载波相位重构值和目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程；获取至少5颗卫星的待解析方程，根据至少5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值。通过本发明的方法，缩短了PPP收敛时间。
Description
技术领域
本发明涉及全球卫星导航定位技术领域，具体而言，本发明涉及一种载波相位重构方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
PPP超快收敛是一个国际性难题，围绕这一难题，国内外学者提出了无模糊度模型(SD)、非差非组合模型(UC)、UoFC、无电离层组合模型(IF)等多种PPP解算模型，已有研究表明：多频多系统组合可以有效缩短PPP收敛时间，目前多频多系统组合的PPP收敛时间大约10-15分钟；李星星(2018)等建立了GPS、BDS、GLONASS、Galileo(GCRE)四系统无校准相位延迟(UPD)估计模型，并提出了多GNSS无差异PPP-AR方法；实验结果表明：与单系统和双系统相比，GCRE四系统PPP AR的固定时间最快，已突破10min。Basile F(2021)提出了一种三频无电离层组合模型，相比双频组合，PPP收敛时间可缩短约2倍；尽管PPP的模型和算法取得了许多进展，但PPP收敛时间过长的问题与PPP实时化应用需求还有较大距离。
根据对伪距和载波相位观察建立方程组，对一个接收机，载波在1或2频段上的原始观测值建立观测方程后，可以得到伪距观测值和载波相位观测值，通过伪距观测值和载波相位观测值可以得到载波相位重构值，最后通过载波相位重构值确定接收机的位置，并根据接收机的位置确定接收机的钟差和对流层延迟，从而实现PPP的收敛，但是，通过上述现有技术，PPP收敛时间过长，导致PPP无法达到应用需求，而PPP收敛时间长短的关键在于接收机的位置的计算时间，因此，如何缩短接收机的位置的计算时间成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种载波相位重构方法、装置、电子设备及介质，旨在解决上述至少一个技术问题。
第一方面，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种载波相位重构方法，该方法包括：
S1，获取接收机速度和目标卫星速度，根据接收机速度和目标卫星速度，确定目标卫星在目标历元的多普勒重构值，目标历元为各历元中的任一个历元；
S2，根据各个多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
S3，根据载波相位变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值；
S4，获取目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据载波相位观测值、伪距观测值和伪距重构值，确定载波相位重构值；
S5，根据载波相位重构值和目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，第一待估参数表征了目标卫星的对流层天顶方向湿延迟，第二待估参数表征了接收机钟差，第三待估参数表征了接收机在当前历元的接收机位置；
S6，根据S1-S5，获取至少5颗卫星的待解析方程，根据至少5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值。
本发明的有益效果是：通过获取接收机速度和目标卫星速度，对多普勒值进行重构，从而获得多普勒重构值，由于多普勒重构值只跟接收机速度和目标卫星速度有关，所以多普勒重构值去除了噪声；再根据多普勒重构值，获得卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，由于各历元对应的多普勒重构值去除了噪声，所以载波相位变化量不受噪声影响；再根据载波相位变化量对伪距观测值进行重构，得到伪距重构值，最后通过伪距重构值获得载波相位重构值，因此，在没有噪声影响的前提下，能够更快的得出第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，最后获取至少5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪确定目标卫星的对流层天顶方向湿延迟、接收机钟差和接收机在当前历元的接收机位置，使得PPP收敛时间即整个收敛过程的计算速度得到了极大的提升，缩短了PPP收敛时间。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，获取目标卫星在接收机处的观测向量的单位方向矢量；
获取接收机速度和目标卫星速度，根据接收机速度和目标卫星速度，确定目标卫星在各历元所对应的多普勒重构值，包括：
根据接收机速度、目标卫星速度和单位方向矢量，通过第一公式，确定目标卫星在各历元所对应的多普勒重构值，其中，第一公式为：
其中，fd表示目标卫星在目标历元的多普勒重构值，表示目标卫星速度，/>表示接收机速度，/>表示单位方向矢量。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过获取接收机速度和目标卫星速度，对多普勒值进行重构，从而获得多普勒重构值，由于多普勒重构值只跟接收机速度和目标卫星速度有关，所以多普勒重构值去除了噪声，加快了计算速度。
进一步，根据各个多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，包括：
根据多普勒重构值，通过第二公式，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，其中，第二公式为：
其中，ΔΦij表示目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，表示各历元对应的多普勒重构值的积分量，i表示当前历元，j表示目标历元。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于载波相位变化量是通过多普勒值确定的，因此利用去除了噪声的多普勒重构值重构载波相位变化量，使得载波相位变化量不受噪声影响，加快了计算速度。
进一步，根据载波相位变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值，包括：
根据载波相位变化量，通过第三公式，确定目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量，第三公式为：
其中，λ表示载波波长，Δρ(ti,tj)表示目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量，表示目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
根据目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距平滑值值，通过第四公式，确定伪距重构值，其中，第四公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，表示目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距平滑值，i表示当前历元的序号，i-1表示当前历元的前一个历元的序号，/>表示目标卫星在当前历元的伪距平滑值，Δρ(ti-1,ti)表示目标卫星在当前历元和当前历元的前一个历元之间的伪距变化量。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于载波相位变化量不受噪声影响，因此从载波相位变化量到伪距变化量未引入其他相关噪声，计算速度得到了提升，由于伪距变化量不受噪声影响，对于伪距重构值，除了卫星在当前历元的伪距观测值和卫星在当前历元的前一个历元的伪距观测值，未引入其他噪声，因此提升了伪距重构值的计算速度。
进一步，获取目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据载波相位观测值、伪距观测值和伪距重构值，确定载波相位重构值，包括：
根据伪距重构值和载波相位观测值，通过第五公式，确定整周模糊度，其中，第五公式为：
其中，Ni表示整周模糊度，Li表示第i个载波，表示第i个载波上的电离层延迟，λi表示第i个载波的波长，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值，ρi表示伪距重构值，/>λi、Φi、ρ(ti)均为已知参数；
根据整周模糊度和目标卫星在当前历元的载波相位观测值，确定载波相位重构值。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过伪距重构值和载波相位观测值，获取整周模糊度，再通过整周模糊度去重构目标卫星在当前历元的载波相位观测值，获取载波相位重构值，由于整周模糊度去除了伪距观测值和载波相位观测值中相关噪声，因此，提升了载波相位重构值的计算速度。
进一步，根据权利要求5的方法，其特征在于，根据整周模糊度和目标卫星在当前历元的载波相位观测值，确定载波相位重构值，包括：
根据整周模糊度和目标卫星在当前历元的载波相位观测值，通过第六公式，确定载波相位重构值，其中，第六公式为：
其中，表示载波相位重构值，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于整周模糊度去除了伪距观测值和载波相位观测值中相关噪声，因此，提升了载波相位重构值的计算速度。
进一步，上述方法还包括获取卫星的三位坐标、接收机的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声；
根据载波相位重构值和目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，包括：
根据载波相位重构值、目标卫星在当前历元的伪距观测值、卫星的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，其中，第七公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，λi表示第i个载波的波长，表示载波相位重构值，T表示对流层延迟并且T＝Tw+Th，Tw表示第一待估参数，Th表示对流层天顶方向干延迟，Δtr表示第二待估参数，R表示接收机到目标卫星的几何距离，(Xs，Ys，Zs)表示卫星的三维坐标，(Xu，Yu，Zu)表示第三待估参数，c表示光速，Δts表示目标卫星的钟差，/>表示目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，第七公式为待解析方程；
根据至少5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值，包括：
获取至少5颗卫星的载波相位重构值、目标卫星在当前历元的伪距观测值、卫星的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式建立待解析方程，并通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于接收机在当前历元的接收机位置的计算速度通过本申请得到极大的提升，因此，PPP收敛时间也得到了极大的缩短。
第二方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种载波相位重构装置，该装置包括：
第一确定模块，用于获取接收机接收目标卫星的卫星信号的初始时刻和至少一个瞬时时刻，根据初始时刻和至少一个瞬时时刻，确定接收机在瞬时时刻中的目标瞬时时刻的多普勒重构值，初始时刻表示目标卫星在当前历元对应的时间，目标瞬时时刻表示目标卫星在各历元中的目标历元对应的时间，目标历元为各历元中的任一个历元；
第二确定模块，用于根据各个多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
第三确定模块，用于根据载波相位变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值；
第四确定模块，用于获取目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据载波相位观测值、伪距观测值和伪距重构值，确定载波相位重构值；
第五确定模块，用于根据载波相位重构值和目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，第一待估参数表征了目标卫星的对流层天顶方向湿延迟，第二待估参数表征了接收机钟差，第三待估参数表征了接收机在当前历元的接收机位置；
第六确定模块，获取至少5颗卫星的待解析方程，根据至少5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值。
本发明的有益效果是：通过获取接收机速度和目标卫星速度，对多普勒值进行重构，从而获得多普勒重构值，由于多普勒重构值只跟接收机速度和目标卫星速度有关，所以多普勒重构值去除了噪声；再根据多普勒重构值，获得卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，由于各历元对应的多普勒重构值去除了噪声，所以载波相位变化量不受噪声影响；再根据载波相位变化量对伪距观测值进行重构，得到伪距重构值，最后通过伪距重构值获得载波相位重构值，因此，在没有噪声影响的前提下，能够更快的得出第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的解析方程，最后获取至少5颗卫星的解析方程，通过卡尔曼滤波去噪确定目标卫星的对流层天顶方向湿延迟、接收机钟差和接收机在当前历元的接收机位置，使得PPP收敛时间即整个收敛过程的计算速度得到了极大的提升，缩短了PPP收敛时间。
第三方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行该计算机程序时实现本申请的一种载波相位重构方法。
第四方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请的一种载波相位重构方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明一个实施例提供的一种载波相位重构方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例提供的又一种载波相位重构装置的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面以具体实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
如图1所示，本发明实施例的一种载波相位重构方法，包括如下步骤：
S1，获取接收机速度和目标卫星速度，根据接收机速度和目标卫星速度，确定目标卫星在目标历元的多普勒重构值，目标历元为各历元中的任一个历元。
可选的，
获取目标卫星在接收机处的观测向量的单位方向矢量；
获取接收机速度和目标卫星速度，根据接收机速度和目标卫星速度，确定目标卫星在各历元所对应的多普勒重构值，包括：
根据接收机速度、目标卫星速度和单位方向矢量，通过第一公式，确定目标卫星在各历元所对应的多普勒重构值，其中，第一公式为：
其中，fd表示目标卫星在目标历元的多普勒重构值，表示目标卫星速度，/>表示接收机速度，/>表示单位方向矢量。
可选的，当接收机处于静止状态时即多普勒重构值只与卫星速度有关，进一步消除了其他误差，另外，在通过多普勒重构值在得到载波相位变化量时，会引入多普勒重构值的积分量，由于各历元的多普勒重构值具有离散性，为了便于积分运算，可以采用如下第九公式进行逼近，第九公式为：
fd(t)＝a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2+a3(t-t0)3+a4(t-t0)4；
其中，fd(t)表示各历元所对应的多普勒重构值，a0,a1,a2,a3,a4均为已知系数，t0表示接收机接收目标卫星信号的初始时刻，t表示各历元相对于初始时刻的瞬时时刻。
上述根据卫星速度对多普勒值进行重构，获得多普勒重构值，消除了现有技术中接收机输出的多普勒值的噪声，通过实验获得6组数据集，每一组数据集内包含了接收机在相同时间段内的N个目标瞬时时刻输出的多普勒值，并在接收机处于静态时，通过标准差来衡量噪声对接收机输出的多普勒值的变化，其中，前4组数据集采用的是现有技术的接收机正常接收卫星型号以获得的多普勒值，后两组数据采用的是本实施例的技术方案重构的多普勒值，最终根据汇总得到下表1：
表1
| 类型 | 标准差 |
| 数据集一 | 0.1047 |
| 数据集二 | 0.0934 |
| 数据集三 | 0.0123 |
| 数据集四 | 0.0096 |
| 数据集五 | 0.0027 |
| 数据集六 | 0.0021 |
其中，标准差的数值越大，表示噪声对接收机输出的多普勒值影响越大，通过表1可以看出，数据集五和数据集六的标准差的数值更小，并且对前四组数据集的对比差异明显，表明了噪声对于接收机输出的多普勒值的影响降到了最低，因此，可以看出采用本实施例获得的多普勒重构值多普勒重构值多普勒重构值和多普勒重构值基本去除了噪声的影响。
S2，根据各个多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量。
可选的，通过第一公式，分别计算出当前历元和目标历元之间的各历元对应的多普勒重构值。
可选的，根据多普勒重构值，通过第二公式，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，其中，第二公式为：
其中，ΔΦij表示目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，表示各历元对应的多普勒重构值的积分量，i表示当前历元，j表示目标历元。
如果当前历元和目标历元之间没有其他历元，即当前历元和目标历元是相邻的两个历元，则直接由当前历元对应的多普勒重构值和当前历元的下一历元对应的多普勒重构值通过积分量，确定载波相位变化量即可。
上述由于多普勒重构值去除了噪声的影响，因此，载波相位变化量依然不受到噪声的影响。
S3，根据载波相位变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值。
其中，伪距观测值直接从接收机接收卫星的观察值数据库中获取，观察值具体包括伪距观测值、载波相位观测值、接收机到目标卫星的几何距离、光速和对流层天顶方向湿延迟等数据。
可选的，上述根据载波相位变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值，可以包括：
根据载波相位变化量，通过第三公式，确定目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量，第三公式为：
其中，λ表示载波波长，Δρ(ti,tj)表示目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量，表示目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
根据目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距平滑值，通过第四公式，确定伪距重构值，其中，第四公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，表示目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距平滑值，i表示当前历元的序号，i-1表示当前历元的前一个历元的序号，/>表示目标卫星在当前历元的伪距平滑值，Δρ(ti-1,ti)表示目标卫星在当前历元和当前历元的前一个历元之间的伪距变化量。
在现有技术中，载波相位变化量会引入历元间对流层延迟、电离层延迟和接收机钟差等噪声的影响，为了避免上述噪声的影响，需要引入没有噪声的多普勒值来重构载波相位变化量，因此，通过S1-S3获得的载波相位变化量，去除了上述噪声，而载波相位变化量无噪声影响，重构的伪距重构值自然避免了相关噪声的影响。
S4，获取所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据所述载波相位观测值、所述伪距观测值和所述伪距重构值，确定载波相位重构值。
可选的，载波相位观测值直接从接收机接收卫星的观察值数据库中获取。
可选的，根据伪距重构值和目标卫星在当前历元的载波相位观测值，通过第五公式，确定整周模糊度，其中，第五公式为：
其中，Ni表示整周模糊度，Li表示第i个载波，表示第i个载波上的电离层延迟，λi表示第i个载波的波长，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值，ρi表示伪距重构值，/>λi、Φi、ρ(ti)均为已知参数。
可选的，上述第五公式的推导过程如下：
根据目标卫星在当前历元的伪距观测值和载波相位观测值来获取载波相位值，通过第十公式和第九公式，建立观测方程，第十公式如下：
其中，ρi表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，R表示接收机到目标卫星的几何距离，c表示光速，Δts表示目标卫星的钟差，表示目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，Δtr表示接收机的钟差，/>表示第i个载波上的电离层延迟；
第十一公式如下：
λi表示第i个载波的波长，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值，表示载波相位的观测噪声，Ni表示整周模糊度
由第十一公式减去第十公式，就可得到第五公式，由第五公式可知，现有技术中，通常是采用目标卫星在当前历元的伪距观测值和载波相位观测值来获取载波相位值，而伪距观测值和载波相位观测值中包含了大量的噪声，例如伪距值的观察噪声，载波相位的观察噪声、天线相位中心改正、固体地球潮汐、海洋潮汐负荷、相对论效应和地球自转，因此，噪声会极大的影响最终PPP收敛速度，通过引入公式五可以看出，利用卫星在当前历元的伪距观测值和载波相位观测值获得的整周模糊度，可以避免上述噪声。
可选的，根据整周模糊度和目标卫星在当前历元的载波相位观测值，通过第六公式，确定载波相位重构值，其中，第六公式为：
其中，表示载波相位重构值，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值。
S5，根据载波相位重构值和目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，第一待估参数表征了目标卫星的对流层天顶方向湿延迟，第二待估参数表征了接收机钟差，第三待估参数表征了接收机在当前历元的接收机位置。
上述载波相位重构值消除了自身相关噪声，因此，在计算接收机在当前历元的接收机位置时，计算速度得到了极大的提升。
可选的，S5还包括获取接收机到目标卫星的几何距离、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声。
可选的，根据载波相位重构值、目标卫星在当前历元的伪距观测值、卫星的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，其中，第七公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，λi表示第i个载波的波长，表示载波相位重构值，T表示对流层延迟并且T＝Tw+Th，Tw表示第一待估参数，Th表示对流层天顶方向干延迟，Δtr表示第二待估参数，R表示接收机到目标卫星的几何距离，(Xs，Ys，Zs)表示卫星的三维坐标，(Xu，Yu，Zu)表示第三待估参数，c表示光速，Δts表示目标卫星的钟差，/>表示目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，第七公式为待解析方程。
S6，根据S1-S5，获取至少5颗卫星的待解析方程，根据至少5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值。
可选的，获取至少5颗卫星的载波相位重构值、目标卫星在当前历元的伪距观测值、接收机到目标卫星的几何距离、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式建立待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪确定对流层天顶方向湿延迟、接收机钟差和接收机在当前历元的接收机位置。
可选的，卡尔曼滤波根据系统的状态方程，分析带有噪声和扰动的输入数据对系统的状态进行更新和最优估计，压制和消除了噪声和扰动的影响，相当于一种滤波过程；卡尔曼滤波在观测数据和状态联合服从高斯分布时，给出状态和更新的最小均方差估计，卡尔曼滤波是一个纯粹的时域线性递归滤波器，因此使用十分方便，功能强大，不需要做频率域转换，因此各项参数经过卡尔曼滤波能有效抑制噪声。
经过实验证明，通过本实施例的S1-S6，PPP收敛时间可缩短至1分钟以内。
如图2所示，本发明实施例的一种载波相位重构装置，该装置包括：
第一确定模块202，用于获取接收机速度和目标卫星速度，根据所述接收机速度和所述目标卫星速度，确定所述目标卫星在目标历元的多普勒重构值，所述目标历元为各历元中的任一个历元；
第二确定模块203，用于根据各个多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
第三确定模块204，用于根据载波相位变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值；
第四确定模块205，用于获取所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据所述载波相位观测值、所述伪距观测值和所述伪距重构值，确定载波相位重构值；
第五确定模块206，用于根据载波相位重构值和目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，第一待估参数表征了目标卫星的对流层天顶方向湿延迟，第二待估参数表征了接收机钟差，第三待估参数表征了接收机在当前历元的接收机位置；
第六确定模块207，用于获取至少5颗卫星的待解析方程，根据至少5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值。
可选的，第一确定模块202包括：
第一计算模块，用于
根据接收机速度、目标卫星速度和单位方向矢量，通过第一公式，确定目标卫星在各历元所对应的多普勒重构值，其中，第一公式为：
其中，fd表示目标卫星在目标历元的多普勒重构值，表示目标卫星速度，/>表示接收机速度，/>表示单位方向矢量。
可选的，第二确定模块203包括：
第二计算模块，用于根据多普勒重构值，通过第二公式，确定目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，其中，第二公式为：
其中，ΔΦij表示目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，表示各历元对应的多普勒重构值的积分量，i表示当前历元，j表示目标历元。
可选的，第三确定模块204包括：
第三计算模块，用于根据载波相位变化量，通过第三公式，确定目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量，第三公式为：
其中，λ表示载波波长，Δρ(ti,tj)表示目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量，表示目标卫星在当前历元的载波相位和目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
第四计算模块，用于根据目标卫星在当前历元和目标历元之间的伪距变化量、目标卫星在当前历元的伪距观测值和目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距平滑值，通过第四公式，确定伪距重构值，其中，第四公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，表示目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距平滑值，i表示当前历元的序号，i-1表示当前历元的前一个历元的序号，/>表示目标卫星在当前历元的伪距平滑值，Δρ(ti-1,ti)表示目标卫星在当前历元和当前历元的前一个历元之间的伪距变化量。
可选的，第四确定模块205包括：
第五计算模块，用于
根据伪距重构值和载波相位观测值，通过第五公式，确定整周模糊度，其中，第五公式为：
其中，Ni表示整周模糊度，Li表示第i个载波，表示第i个载波上的电离层延迟，λi表示第i个载波的波长，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值，ρi表示伪距重构值，/>λi、Φi、ρ(ti)均为已知参数。
第六计算模块，用于
根据整周模糊度和目标卫星在当前历元的载波相位观测值，通过第六公式，确定载波相位重构值，其中，第六公式为：
其中，表示载波相位重构值，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值。
可选的，第五确定模块206包括：
第七计算模块，用于根据载波相位重构值、目标卫星在当前历元的伪距观测值、卫星的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，其中，第七公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，λi表示第i个载波的波长，表示载波相位重构值，T表示对流层延迟并且T＝Tw+Th，Tw表示第一待估参数，Th表示对流层天顶方向干延迟，Δtr表示第二待估参数，R表示接收机到目标卫星的几何距离，(Xs，Ys，Zs)表示卫星的三维坐标，(Xu，Yu，Zu)表示第三待估参数，c表示光速，Δts表示目标卫星的钟差，/>表示目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，第七公式为待解析方程；
可选的，第六确定模块207包括：
第八计算模块，用于获取至少5颗卫星的载波相位重构值、目标卫星在当前历元的伪距观测值、卫星的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式建立待解析方程，并通过卡尔曼滤波去噪方法确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数的解析值。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行前述方法实施例中相应内容。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种实施例实现方式中提供的方法。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
应该理解的是，附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备执行上述实施例所示的方法。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种载波相位重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取接收机速度和目标卫星速度，根据所述接收机速度和所述目标卫星速度，确定所述目标卫星在目标历元的多普勒重构值，所述目标历元为各历元中的任一个历元；
S2，根据各个所述多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和所述目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
S3，根据所述载波相位变化量、所述目标卫星在当前历元的伪距观测值和所述目标卫星在所述当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值；
S4，获取所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据所述载波相位观测值、所述伪距观测值和所述伪距重构值，确定载波相位重构值；
S5，根据所述载波相位重构值和所述目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，所述第一待估参数表征了目标卫星的对流层天顶方向湿延迟，所述第二待估参数表征了接收机钟差，所述第三待估参数表征了接收机在所述当前历元的接收机位置；
S6，根据S1-S5，获取至少5颗卫星的所述待解析方程，根据至少5颗卫星的所述待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定所述第一待估参数、所述第二待估参数和所述第三待估参数的解析值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
获取所述目标卫星在所述接收机处的观测向量的单位方向矢量；
所述获取接收机速度和目标卫星速度，根据所述接收机速度和所述目标卫星速度，确定所述目标卫星在各历元所对应的多普勒重构值，包括：
根据所述接收机速度、所述目标卫星速度和单位方向矢量，通过第一公式，确定所述目标卫星在各历元所对应的多普勒重构值，其中，所述第一公式为：
其中，fd表示目标卫星在目标历元的多普勒重构值，表示目标卫星速度，/>表示接收机速度，/>表示单位方向矢量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各个所述多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和所述目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，包括：
根据所述多普勒重构值，通过第二公式，确定目标卫星在所述当前历元的载波相位和所述目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，其中，所述第二公式为：
其中，ΔΦij表示目标卫星在当前历元的载波相位和所述目标历元的载波相位之间的载波相位变化量，表示各历元对应的多普勒重构值的积分量，i表示当前历元，j表示目标历元。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述载波相位变化量、所述目标卫星在当前历元的伪距观测值和所述目标卫星在所述当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值，包括：
根据所述载波相位变化量，通过第三公式，确定目标卫星在当前历元和所述目标历元之间的伪距变化量，所述第三公式为：
其中，λ表示载波波长，Δρ(ti，tj)表示目标卫星在当前历元和所述目标历元之间的伪距变化量，表示目标卫星在当前历元的载波相位和所述目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
根据所述目标卫星在当前历元和所述目标历元之间的伪距变化量、所述目标卫星在当前历元的伪距观测值和所述目标卫星在所述当前历元的前一个历元的伪距平滑值，通过第四公式，确定伪距重构值，其中，所述第四公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，表示目标卫星在当前历元的前一个历元的伪距平滑值，i表示当前历元的序号，i-1表示当前历元的前一个历元的序号，/>表示目标卫星在当前历元的伪距平滑值，Δρ(ti-1，ti)表示目标卫星在当前历元和所述当前历元的前一个历元之间的伪距变化量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据所述载波相位观测值、所述伪距观测值和所述伪距重构值，确定载波相位重构值，包括：
根据所述伪距重构值和所述载波相位观测值，通过第五公式，确定整周模糊度，其中，第五公式为：
其中，Ni表示整周模糊度，Li表示第i个载波，表示第i个载波上的电离层延迟，λi表示第i个载波的波长，Φi表示目标卫星在当前历元的载波相位观测值，ρi表示伪距重构值，/>λi、Φi、ρ(ti)均为已知参数；
根据所述整周模糊度和所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值，确定所述载波相位重构值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述整周模糊度和所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值，确定所述载波相位重构值，包括：
根据整周模糊度和所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值，通过第六公式，确定载波相位重构值，其中，所述第六公式为：
其中，表示载波相位重构值，Φi表示所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括获取卫星的三位坐标、接收机的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声；
所述根据所述载波相位重构值和目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，包括：
根据所述载波相位重构值、所述目标卫星在当前历元的伪距观测值、卫星的三维坐标、光速、对流层天顶方向干延迟、目标卫星的钟差和目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式，确定第一待估参数、第二待估参数和第三待估参数形成的待解析方程，其中，所述第七公式为：
其中，ρ(ti)表示目标卫星在当前历元的伪距观测值，λi表示第i个载波的波长，表示载波相位重构值，T表示对流层延迟并且T＝Tw+Th，Tw表示第一待估参数，Th表示对流层天顶方向干延迟，Δtr表示第二待估参数，R表示接收机到目标卫星的几何距离，(Xs，Ys，Zs)表示卫星的三维坐标，(Xu，Yu，Zu)表示第三待估参数，c表示光速，Δts表示目标卫星的钟差，/>表示目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，所述第七公式为待解析方程；
所述根据至少所述5颗卫星的待解析方程，通过卡尔曼滤波去噪方法确定所述第一待估参数、所述第二待估参数和所述第三待估参数的解析值，包括：
获取至少所述5颗卫星的所述载波相位重构值、所述目标卫星在当前历元的伪距观测值、所述卫星的三维坐标、所述光速、所述对流层天顶方向干延迟、所述目标卫星的钟差和所述目标卫星在当前历元的伪距观测值的噪声，通过第七公式建立待解析方程，并通过卡尔曼滤波去噪方法确定所述第一待估参数、所述第二待估参数和所述第三待估参数的解析值。
8.一种载波相位重构装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于获取接收机接收目标卫星的卫星信号的初始时刻和至少一个瞬时时刻，根据所述初始时刻和至少一个所述瞬时时刻，确定所述接收机在所述瞬时时刻中的目标瞬时时刻的多普勒重构值，所述初始时刻表示所述目标卫星在当前历元对应的时间，所述目标瞬时时刻表示所述目标卫星在各历元中的目标历元对应的时间，所述目标历元为所述各历元中的任一个历元；
第二确定模块，用于根据各个所述多普勒重构值，确定目标卫星在当前历元的载波相位和所述目标历元的载波相位之间的载波相位变化量；
第三确定模块，用于根据所述载波相位变化量、所述目标卫星在当前历元的伪距观测值和所述目标卫星在所述当前历元的前一个历元的伪距观测值，确定伪距重构值；
第四确定模块，用于获取所述目标卫星在当前历元的载波相位观测值和伪距观测值，根据所述载波相位观测值、所述伪距观测值和所述伪距重构值，确定载波相位重构值；
第五确定模块，用于根据所述载波相位重构值和所述目标卫星在当前历元的伪距观测值，确定所述目标卫星的对流层天顶方向湿延迟的第一待估参数、接收机钟差的第二待估参数和所述接收机在所述当前历元的接收机位置的第三待估参数；
第六确定模块，用于获取至少5颗卫星的所述第一待估参数、所述第二待估参数和所述第三待估参数，根据至少所述5颗卫星的所述第一待估参数、所述第二待估参数和所述第三待估参数，通过卡尔曼滤波去噪方法确定所述目标卫星的对流层天顶方向湿延迟、所述接收机钟差和所述接收机在所述当前历元的接收机位置。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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