CN115586555A - 一种基于ost与adop耦合的gnss部分模糊度固定方法 - Google Patents

一种基于ost与adop耦合的gnss部分模糊度固定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115586555A
CN115586555A CN202211311946.0A CN202211311946A CN115586555A CN 115586555 A CN115586555 A CN 115586555A CN 202211311946 A CN202211311946 A CN 202211311946A CN 115586555 A CN115586555 A CN 115586555A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ambiguity
adop
subset
satellite
reliability
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211311946.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张成龙
陈雯
董大南
彭宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China Normal University
Original Assignee
East China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China Normal University filed Critical East China Normal University
Priority to CN202211311946.0A priority Critical patent/CN115586555A/zh
Publication of CN115586555A publication Critical patent/CN115586555A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
    • G01S19/44—Carrier phase ambiguity resolution; Floating ambiguity; LAMBDA [Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment] method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • 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
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/258—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS relating to the satellite constellation, e.g. almanac, ephemeris data, lists of satellites in view

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于OST与ADOP耦合的GNSS部分模糊度固定方法，其特点是采用最优停止理论对全集合模糊度进行可靠性检验，若通过则获得当前历元固定解并结束，反之则进行下一步筛选，剔除一颗卫星后再进行可靠性检验，若通过则结束当前历元的循环，反之则继续剔除一颗卫星，直至选出ADOP最小的且可靠性检验成功的模糊度子集，若只剩一颗卫星依然没有通过可靠性检验，则当前历元保持浮点解。本发明与现有技术相比具有确保获得的模糊度子集为最优，提升部分模糊度搜索效率并保证位置结果的准确性，减少大量搜索模糊度子集的复杂性，尤其适用于实际场景的精确定位，具有良好的应用前景。

Description

一种基于OST与ADOP耦合的GNSS部分模糊度固定方法
技术领域
本发明涉及GNSS高精度定位技术领域，特别是一种基于OST(Optimal StoppingTheory)与ADOP(Ambiguity Dilution of Precision)耦合的GNSS(Global NavigationSatellite System)部分模糊度固定方法。
背景技术
载波相位观测值作为GNSS的重要观测值，它的正确固定对于高精度GNSS参数解的获取至关重要。得益于稳定的解算模型与精密的模糊度固定算法，无论是相对定位还是精密单点定位载波相位模糊度都能得到较为准确的固定。随着多系统多频观测的出现以及观测过程中的不确定性因素的增加，导致模糊度正确固定的难度增加，固定效率降低，给GNSS高精度精密定位的发展提出了挑战。
虽然GNSS观测模型的强度会随着多余观测的增加而不断增强，且相应实数浮点解的精度也会增加，但这种多余观测带来的收益在到达一定水平后会降低。同理，在模糊度的固定中，并不需要所有的模糊度观测值参与固定，在高维度模糊度集合中选择合适的模糊度子集进行固定，同样能够得到高精度的基线结果。部分模糊度的概念被提出来用于寻找最合适的模糊度子集。ADOP与作为描述模糊度参数精度的指标，可以精确捕获模糊度方差协方差矩阵的内部特征。由于对模糊度平均精度信息的极高近似描述，也是对整数最小二乘模糊度成功率的较好近似，因此在部分模糊度固定中，被用于评价模糊度子集精度的指标，帮助寻找模糊度集合中精度最高的模糊度子集。
作为广泛使用的一种部分模糊度固定方法，ADOP最小优先固定法采用枚举所有模糊度子集计算ADOP值，选择最小ADOP值的模糊度组固定，固定后进行可靠性检验，若无法通过检验，则删除一颗卫星后继续寻找ADOP最小的子集进行固定并进行模糊度可靠性检验，若模糊度子集通过模糊度可靠性检验则停止搜索，否则继续删除卫星并继续搜索。可以看出，该方法在选取ADOP最小的模糊度子集时，在最坏的情况下需枚举所有模糊度子集进行检验。
现有技术的部分模糊度固定方法需要大量搜索模糊度子集，随着模糊度个数的增加，候选模糊度子集的数量会指数增加，增加了最小ADOP子集搜索的难度，占用程序运行的资源大，糊度搜索效率低，降低了程序运行的效率，位置结果的准确性差，定位精度低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于OST与ADOP耦合的GNSS部分模糊度固定方法，采用最优停止理论用于GNSS部分模糊度的搜索，能够在大量减少枚举模糊度子集个数的情况下，最大概率搜索到最小ADOP对应的模糊度子集从而完成模糊度固定，方法简便，使用效果好，定位精度高，可以有效减少普通ADOP最小的部分模糊度方法需要大量搜索模糊度子集的复杂性，并且可最大程度的确保获得的模糊度子集为最优，尽可能的提升部分模糊度搜索效率并且保证位置结果的准确性，有效解决了基于ADOP的GNSS部分模糊度固定中需要搜索大量模糊度子集的问题，尤其适用于实际场景的精确定位，具有良好的应用前景。
实现本发明目的的具体技术方案是：一种基于OST与ADOP耦合的GNSS部分模糊度固定方法，其特点是GNSS部分模糊度的搜索采用最优停止理论，在减少枚举模糊度子集个数的情况下，最大概率搜索到最小ADOP对应的模糊度子集，模糊度固定具体包括下述步骤：
步骤1，将GNSS多系统组合观测数据进行卡尔曼滤波参数解算，得到模糊度浮点解及方差协方差阵；
步骤2，从周跳指标、高度角指标、连续跟踪历元指标对模糊度浮点解进行初步筛选，得到待固定的m个浮点模糊度；
步骤3，利用LAMBDA算法对全集合模糊度进行固定并进行可靠性检验，若通过可靠性检验，则获得当前历元固定解并结束，若可靠性检验失败，则进行下一步筛选；
步骤4，剔除一颗卫星，从m个浮点模糊度中选择m-1个浮点模糊度依次生成模糊度子集，记录前37％的模糊度子集中最小的ADOP值作为参考值；依次计算剩下的模糊度子集的ADOP并与参考值比较，若大于参考值则继续比较剩下的模糊度子集，若小于参考值，则停止后续比较并利用LAMBDA对该模糊度子集进行固定和可靠性检验；
步骤5，若可靠性检验成功则结束当前历元的循环，若可靠性检验失败则继续剔除一颗卫星，然后重复步骤4，直至选出ADOP最小的且可靠性检验成功的模糊度子集，若只剩一颗卫星依然没有通过可靠性检验，则当前历元保持浮点解。
所述步骤1中，无需进行额外的选星，直接利用卡尔曼滤波求解模糊度浮点解即可。
所述步骤2中，从周跳指标、高度角指标、连续跟踪历元指标对模糊度浮点解进行初步筛选，以排除观测质量较差的卫星，得到待固定的m个浮点模糊度。
所述步骤3中，对全集和模糊度进行固定，确保最小ADOP的模糊度被选中，本发明采用的ADOP通过以下述(1)式获取：
Figure BDA0003908229940000021
其中，
Figure BDA0003908229940000031
为不同频率载波相位观测方差平方根的平均；σφj表示j频段相位观测数据方差的平方根；
Figure BDA0003908229940000032
为不同频率相位波长的阶乘；m为卫星个数；s表示第几颗卫星；ws表示第s卫星高度角定权的权重；
Figure BDA0003908229940000033
为不同频率伪距观测方差平方根的平均；σpj表示j频段伪距观测数据方差的平方根；k表示系统个数。
所述步骤4中，从m个浮点模糊度中选择n个卫星，每次对生成的前37％节点的模糊度子集进行ADOP的计算，即可得到参考ADOP值。
所述步骤5中，剔除一颗卫星后，不需要计算剩余所有模糊度子集的ADOP，只需要将每一个模糊度子集的ADOP与ADOP参考值进行比较，若小于参考值则停止继续搜索，否则继续寻找合适的模糊度子集。
本发明与现有技术相比具有方法简便，使用效果好，定位精度高，能够在大量减少枚举模糊度子集个数的情况下，最大概率搜索到最小ADOP对应的模糊度子集从而完成模糊度固定，有效减少普通ADOP最小的部分模糊度方法需要大量搜索模糊度子集的复杂性，并且可最大程度的确保获得的模糊度子集为最优，尽可能的提升部分模糊度搜索效率，并且保证位置结果的准确性，有效解决了基于ADOP的GNSS部分模糊度固定中需要搜索大量模糊度子集的问题，尤其适用于实际场景的精确定位，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为年积日2022年第313天GPS与GALIEO可见卫星颗数图；
图3为无任何部分模糊度固定算法下的年积日的模糊度固定率图；
图4为年积日2022年第313天OST-ADOP耦合模型每个历元最终选择的模糊度子集中模糊度个数图；
图5为连续多天OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的模糊度固定率图；图6为OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的模糊度固定成功率图；
图7为OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的多天解耗时图；
图8为东、北与天方向OST-ADOP耦合模型以及普通ADOP模型基线多天解均方根误差图。
具体实施方式
参阅图1，本发明具体包括如下步骤：
步骤1：将连续多天GNSS多系统短基线相对定位观测数据进行单历元解算，得到卡尔曼滤波下的模糊度浮点解与方差协方差；
步骤2：依据周跳、高度角、连续跟踪历元等指标对模糊度浮点解进行初步筛选；
步骤3：利用LAMBDA算法对全集合模糊度进行固定并设置ratio为3进行模糊度固定后的可靠性检验，检验通过则结束当前历元模糊度固定，获得参数固定解，可靠性检验失败则准备进行OST与ADOP耦合的部分模糊度固定，ADOP由下述(1)式计算：
Figure BDA0003908229940000041
其中，
Figure BDA0003908229940000042
为不同频率载波相位观测方差平方根的平均；σφj表示j频段相位观测数据方差的平方根；
Figure BDA0003908229940000043
为不同频率相位波长的阶乘；m为卫星个数；s表示第几颗卫星；ws表示第s卫星高度角定权的权重；
Figure BDA0003908229940000044
为不同频率伪距观测方差平方根的平均；σpj表示j频段伪距观测数据方差的平方根；k表示系统个数；。
步骤4：从m个浮点模糊度参数中剔除任意一颗卫星，记录
Figure BDA0003908229940000045
(n＝m-i,i＝1)的前37％个模糊度子集中最小的ADOP值作为参考值，然后将剩余模糊度子集的ADOP值依次与参考值进行比较，若小于参考值，则停止后续比较，并利用LAMBDA对当前模糊度子集进行固定并检验，若检验通过，则结束当前历元最优模糊度子集的寻找获得参数固定解，若大于参考ADOP则继续进行比较，直至
Figure BDA0003908229940000046
剩余的63％的模糊度子集全部比较结束，进行i的判断。
步骤5：若i＝m-1时仍无法得到参数固定解，则输出当前历元浮点解，若i＜m-1则i+＝1，重复步骤4。
以下通过年积日2022年第313天-320的具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
在步骤1中，以短距离相对定位为例，选取距离约为20m的两个连续观测点组成基线，选取其中年积日2022年第313天-320天的GPS与GALIEO单频双系统观测数据为实验数据，利用卡尔曼滤波解算对实验数据进行单历元解算，得到模糊度浮点解和浮点方差协方差矩阵；
在步骤2中，利用周跳指标、高度角指标以及连续跟踪历元数指标对浮点模糊度进行初步筛选，剔除低质量模糊度，尽可能降低模糊度个数，
参阅图2，年积日2022年第313天GPS与GALIEO大部分历元的可见卫星数在11～14颗左右。
在步骤3中，首先利用LAMBDA算法对全集合模糊度进行固定并进行可靠性检验。
参阅图3，无任何部分模糊度固定算法下的年积日2022年第313天～320天模糊度固定率分别为80.5％、80.9％、76.3％、80.4％、78.5％、78.7％、78.9％和77.1％。
在步骤4中，每次对
Figure BDA0003908229940000051
(n＝m-i,i+＝1)个模糊度集合进行OST-ADOP耦合模型的检测，选出其中最小ADOP的模糊度子集进行LAMBDA固定并进行可靠性检验。
参阅图4，年积日2022年第313天所有历元OST-ADOP耦合模型最终选择的最优模糊度子集中模糊度个数在6～12颗左右。
在步骤5中，依据步骤4的可靠性检验结果，结束当前历元或重复步骤4。
参阅图5，通过OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的模糊度固定率，说明在不用寻找最小ADOP对应的模糊度子集前提下，OST-ADOP耦合模型可以保证与普通ADOP模型相当的固定率。
参阅图6，通过OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的模糊度固定成功率，说明在不用寻找最小ADOP对应的模糊度子集前提下，OST-ADOP耦合模型可以保证与普通ADOP模型相当的固定成功率。
参阅图7，通过OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的多天解耗时，说明在不用寻找最小ADOP对应的模糊度子集前提下，OST-ADOP耦合模型可以节省模糊度固定需要的时间。
参阅图8a，通过东方向OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的基线多天解均方根误差，说明在不用寻找最小ADOP对应的模糊度子集以及需要的时间更少的情况下，OST-ADOP耦合模型的基线东方向精度与普通ADOP模型相当。
参阅图8b，通过北方向OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的基线多天解均方根误差，说明在不用寻找最小ADOP对应的模糊度子集以及需要的时间更少的情况下，OST-ADOP耦合模型的基线北方向精度与普通ADOP模型相当。
参阅图8c，通过天方向OST-ADOP耦合模型和普通ADOP模型的基线多天解均方根误差，说明在不用寻找最小ADOP对应的模糊度子集以及需要的时间更少的情况下，OST-ADOP耦合模型的基线天方向精度与普通ADOP模型相当。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于OST与ADOP耦合的GNSS部分模糊度固定方法，其特征在于：
采用最优停止理论进行GNSS部分模糊度的搜索，模糊度固定具体包括下述步骤：
步骤1，将GNSS多系统组合观测数据进行卡尔曼滤波参数解算，得到模糊度浮点解及方差协方差阵；
步骤2，基于周跳指标、高度角指标和连续跟踪历元数指标对模糊度浮点解进行初步筛选，得到待固定的m个浮点模糊度；
步骤3，利用LAMBDA算法对全集合模糊度进行固定并进行可靠性检验，若通过可靠性检验，则获得当前历元固定解并结束，若可靠性检验失败，则进行下一步筛选；
步骤4，剔除一颗卫星，从m个浮点模糊度中选择m-1个浮点模糊度依次生成模糊度子集，记录前37％的模糊度子集中最小的ADOP值作为参考值；依次计算剩下的模糊度子集的ADOP并与参考值比较，若大于参考值则继续比较剩下的模糊度子集；若小于参考值，则停止后续比较，并利用LAMBDA对该模糊度子集进行固定和可靠性检验；
步骤5，若可靠性检验成功则结束当前历元的循环，若可靠性检验失败则继续剔除一颗卫星，然后重复步骤4，直至选出ADOP最小的且可靠性检验成功的模糊度子集；若只剩一颗卫星依然没有通过可靠性检验，则当前历元保持浮点解。
2.根据权利要求1所述的一种基于OST与ADOP耦合的GNSS部分模糊度固定方法，其特征在于，所述步骤4从m个浮点模糊度中选择n个卫星，每次对生成的前37％节点的模糊度子集进行ADOP的计算，得到ADOP参考值，所述ADOP通过下述(1)式获取：
Figure FDA0003908229930000011
其中，
Figure FDA0003908229930000012
为不同频率载波相位观测方差平方根的平均；σφj表示j频段相位观测数据方差的平方根；
Figure FDA0003908229930000013
为不同频率相位波长的阶乘；m为卫星个数；s表示第几颗卫星；ws表示第s卫星高度角定权的权重；
Figure FDA0003908229930000014
为不同频率伪距观测方差平方根的平均；σpj表示j频段伪距观测数据方差的平方根；k表示系统个数。
3.根据权利要求1所述的基于OST与ADOP耦合的GNSS部分模糊度固定方法，其特征在于，所述步骤5中若可靠性检验失败则继续剔除一颗卫星，需将每一个模糊度子集的ADOP与ADOP参考值进行比较，若小于参考值则停止继续搜索，否则继续寻找合适的模糊度子集。
CN202211311946.0A 2022-10-25 2022-10-25 一种基于ost与adop耦合的gnss部分模糊度固定方法 Pending CN115586555A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211311946.0A CN115586555A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 一种基于ost与adop耦合的gnss部分模糊度固定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211311946.0A CN115586555A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 一种基于ost与adop耦合的gnss部分模糊度固定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115586555A true CN115586555A (zh) 2023-01-10

Family

ID=84782472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211311946.0A Pending CN115586555A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 一种基于ost与adop耦合的gnss部分模糊度固定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115586555A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117452462A (zh) * 2023-12-22 2024-01-26 华芯拓远(天津)科技有限公司 一种模型和数据相结合的部分模糊度固定方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117452462A (zh) * 2023-12-22 2024-01-26 华芯拓远(天津)科技有限公司 一种模型和数据相结合的部分模糊度固定方法
CN117452462B (zh) * 2023-12-22 2024-03-29 华芯拓远(天津)科技有限公司 一种模型和数据相结合的部分模糊度固定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112230261B (zh) 一种部分模糊度固定方法、装置、计算机设备和存储介质
CN107942346B (zh) 一种高精度gnss电离层tec观测值提取方法
TW201445168A (zh) 一種接收機和衛星定位及測速方法
CN108896040B (zh) 天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法和系统
CN103197335B (zh) 采用改进正则化方法抑制dgps整周模糊度病态性的方法
CN104392414A (zh) 一种区域cors坐标时间序列噪声模型的建立方法
CN110031879B (zh) 模糊度域信息整合的高精度后处理定位方法及系统
CN102998681A (zh) 一种卫星导航系统的高频钟差估计方法
CN109116392B (zh) 复杂环境条件下多星座gnss融合高精度动态定位方法
CN115586555A (zh) 一种基于ost与adop耦合的gnss部分模糊度固定方法
CN115343742B (zh) 一种双星八频的gnss-rtk高维度模糊度快速解算方法
CN115390082A (zh) 一种基于虚拟描述符的全局定位方法及其系统
CN108181633A (zh) 一种gnss时间频率传递接收机及接收方法
CN113065467A (zh) 一种基于深度学习的卫星图像低相干区域识别方法及装置
TW201339613A (zh) 衛星定位方法和接收機
CN114879231A (zh) Gnss信号压缩捕获方法及装置、电子设备、存储介质
CN112230254B (zh) 一种gps载波相位多径误差的校正方法及装置
CN111142125B (zh) 一种卫星完好性监测方法和系统
CN114485655B (zh) Gnss/ins组合导航数据质量控制方法
CN116299616A (zh) 一种附加已知基线约束的部分整周模糊度解算方法
CN117452462B (zh) 一种模型和数据相结合的部分模糊度固定方法
Koch et al. GNSS vector quality modelling combining Isolation Forest and Independent Vortices Search
US11947019B2 (en) Secondary code determination in a snapshot receiver based upon transmission time alignment
Jia et al. Integer Ambiguity Fixation Based on SC-PAR Algorithm
CN117434569B (zh) 基于小波去噪的固定基线长度动态解算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination