CN116068602A - 基于卫星筛选分级的gnss整周模糊度快速确定方法 - Google Patents

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CN116068602A CN202310152837.7A CN202310152837A CN116068602A CN 116068602 A CN116068602 A CN 116068602A CN 202310152837 A CN202310152837 A CN 202310152837A CN 116068602 A CN116068602 A CN 116068602A
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining 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
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/43Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
    • G01S19/44Carrier phase ambiguity resolution; Floating ambiguity; LAMBDA [Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment] method

Abstract

本发明涉及一种基于卫星筛选分级的GNSS整周模糊度快速确定方法。该方法包括:对单历元的所有观测卫星进行筛选分级,分为参考卫星、I类卫星和II类卫星;建立I类卫星对和II类卫星对的双差载波相位观测方程;解算检核所述的I类卫星对的双差整周模糊度,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,再解算I类卫星对可用于定位的局部解;将所述I类卫星对用于定位的局部解代入到II类卫星对的双差载波相位观测方程,取整解算II类卫星对的双差整周模糊度;以及根据I类卫星对和II类卫星对的双差整周模糊度,确定GNSS单历元双差整周模糊度。

Description

基于卫星筛选分级的GNSS整周模糊度快速确定方法
本申请是申请日为2020年6月28日、申请号为202010599437.7、发明名称为“GNSS单历元双差整周模糊度快速确定方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及GNSS单历元双差整周模糊度快速确定技术,尤其涉及将GNSS接收机应用于建筑塔机(建筑施工塔吊机或塔吊机)安全监控领域。
背景技术
在高精度卫星定位领域,一般采用GNSS载波相位测量法。载波相位信号是周期性的正弦信号,而相位测量只能测量其不足一个波长的部分,因而存在整周不确定性的问题,即整周模糊度(也称整周未知数)的问题。整周模糊度的快速确定是高精度卫星实时动态定位的关键之一。
为了快速确定整周未知数,本领域的工作人员进行了各种努力,开发了各种方法,取得了很多成就。但是在实际工程应用实践中,尤其是在建筑施工塔吊机系统中,在要求更高精度的实时定位的情况下,目前的方法仍然有改进的必要,来减少运算量,提高确定效率。
发明内容
本发明鉴于现有技术的以上情况作出,用以解决现有技术中存在的一项或更多项的问题,至少提供一种有益的选择。
根据本发明的一个方面,提供了一种基于卫星筛选分级的GNSS整周模糊度快速确定方法,所述方法包括:卫星筛选分级处理步骤,对单历元的所有观测卫星进行筛选分级,分为参考卫星、I类卫星和II类卫星,I类卫星是卫星空间几何分布相对较佳的预定数量的卫星,II类卫星是参考卫星和I类卫星之外的卫星,是卫星空间几何分布相对较差的卫星,双差载波相位观测方程建立步骤,建立I类卫星对的双差载波相位观测方程和II类卫星对的双差载波相位观测方程;I类卫星对局部解算步骤,解算检核所述的I类卫星对的双差整周模糊度,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,再解算I类卫星对可用于定位的局部解;II类卫星对双差整周模糊度确定步骤,将所述I类卫星对用于定位的局部解代入到II类卫星对的双差载波相位观测方程,取整解算II类卫星对的双差整周模糊度;以及根据I类卫星对的双差整周模糊度和II类卫星对的双差整周模糊度,确定GNSS单历元双差整周模糊度。
根据本发明的又一个方面,提供了一种建筑塔机卫星定位智能监控系统,所述系统包括基准站和监控站的GNSS接收机以及通信链路,所述GNSS接收机使用前述的建筑塔机(塔吊机)GNSS单历元双差整周模糊度快速确定方法。
所述GNSS接收机安装在塔吊机的施工现场附近的基准站GNSS接收机和塔臂或塔身上的监控站GNSS接收机。
根据本发明的一些实施方式,可以更快速高效地解算整周未知数,不影响GNSS系统的定位精度和定位可靠性。
根据本发明的一些实施方式,对单历元的所有观测卫星进行筛选分级,控制预定数量的I类卫星,进而大幅压缩了卫星对双差模糊度的搜索空间,加快了GNSS单历元双差整周模糊度解算效率,从而可以适当提高GNSS接收机采样率。例如将GNSS接收机采样率提高到10Hz。
附图说明
结合附图可以更好地理解本发明,附图是示意性的,不是对本发明的保护范围的限制。
图1示出了依据本发明的一种实施方式的GNSS单历元双差整周模糊度快速确定方法的示意性流程。
图2示出了依据本发明的一种实施方式的I类卫星对的双差整周模糊度解算检核方法的示意性流程。
图3示出了依据本发明一种实施方式的GNSS单历元双差整周模糊度快速确定装置的示意性方框图。
具体实施方式
图1示出了依据本发明的一种实施方式的GNSS单历元双差整周模糊度确定方法的示意性流程。
如图1所示,依据本发明的一种实施方式的GNSS单历元双差整周模糊度快速确定方法的示意性流程。首先在步骤S10进行卫星筛选分级处理,即,对单历元的所有观测卫星进行筛选分级,分为参考卫星、I类卫星和II类卫星,I类卫星是卫星空间几何分布相对较佳的预定数量的卫星,II类卫星是参考卫星和I类卫星之外的卫星,是卫星空间几何分布相对较差的卫星。
根据一种实施方式,在步骤S10中,首先,将卫星高度角最大的卫星确定为参考卫星;然后,针对参考卫星之外的卫星,按照两两相邻卫星进行卫星方位角差比较,得到卫星方位角差最小的两颗卫星,保留这两颗卫星中卫星高度角小的卫星,然后重复,得到预定数量的卫星确定为I类卫星;最后,将剩余卫星确定为II类卫星。
根据一种实施方式,将预定数量预定为5-7颗。根据另一种实施方式,预定数量可以根据GNSS接收机采样间隔如下地确定:
Figure BDA0004091410550000041
其中,SatNum为所述预定数量,T为GNSS接收机采样间隔,
Figure BDA0004091410550000042
其中:F为GNSS接收机采样率。
然后,在步骤S20的双差载波相位观测方程建立步骤,建立I类卫星对的双差载波相位观测方程和II类卫星对的双差载波相位观测方程。
根据一种实施方式,在步骤S20,如下地建立I类卫星对的双差载波相位观测方程:
Figure BDA0004091410550000051
以及如下地建立II类卫星对的双差载波相位观测方程:
Figure BDA0004091410550000052
其中,s为I类卫星对的总数,j1表示I类卫星,j1=1,2,…,s,k为II类卫星对的总数,j2表示II类卫星,j2=1,2,…,k,i表示参考卫星,λ为频率信号的波长,下标b表示基准站,下标m表示监控站,
Figure BDA0004091410550000053
表示I类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure BDA0004091410550000054
表示I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure BDA0004091410550000055
Figure BDA0004091410550000056
表示I类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure BDA0004091410550000057
表示I类卫星对的双差整周模糊度,
Figure BDA0004091410550000058
表示II类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure BDA0004091410550000059
表示II类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure BDA00040914105500000510
Figure BDA00040914105500000511
表示II类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure BDA00040914105500000512
表示II类卫星对的双差整周模糊度,
Figure BDA00040914105500000513
Figure BDA00040914105500000514
为监控站m的三维坐标改正数,1+s+k为正整数,指本历元观测的卫星的总数。
接着,在步骤S30的I类卫星对局部解算步骤,解算检核所述的I类卫星对的双差整周模糊度,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,再解算I类卫星对可用于定位的局部解。
根据一种实施方式,如图2所示,在S30如下地进行I类卫星对的双差整周模糊度解算:
步骤S1,确定主频率信号和辅频率信号。在一种实施方式中,将GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的第一频率信号,或者所述第一频率信号与第二频率信号和/或第三频率信号进行多频率信号的线性组合而形成的组合频率信号,确定为主频率信号,而将所述主频率信号之外的第二频率信号或第三频率信号或组合频率信号确定为辅频率信号,GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的第一频率信号是GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的主要频率信号;
步骤S2,建立主频率信号的双差载波相位观测方程和辅频率信号的双差载波相位观测方程。
根据一种实施方式,如下地建立主频率信号的双差载波相位观测方程和辅频率信号的双差载波相位观测方程:
Figure BDA0004091410550000061
其中,λ为频率信号的波长,包括主频率信号和辅频率信号的波长,当λ为主频率信号的波长时,建立的为主频率信号的双差载波相位观测方程,当λ为辅频率信号的波长时,建立的为辅频率信号的双差载波相位观测方程,
其中,下标b表示基准站,下标m表示监控站,上标i表示卫星高度角最大的参考卫星,上标j表示除所述参考卫星之外的卫星,j1=1,2,…,s,
Figure BDA0004091410550000071
为I类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure BDA0004091410550000072
为I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure BDA0004091410550000073
Figure BDA0004091410550000074
为I类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure BDA0004091410550000075
为I类卫星对的双差整周模糊度,
Figure BDA0004091410550000076
Figure BDA0004091410550000077
为监控站m的三维坐标改正数,s是正整数,指本历元观测卫星中I类卫星对的总数;
步骤S3,利用辅频率信号的双差载波相位观测方程,确定主频率信号的双差整周模糊度的候选组。
根据一种实施方式,如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的候选组:
首先,如下地计算辅频率信号的双差整周模糊度的初值:
Figure BDA0004091410550000078
其中,
Figure BDA0004091410550000079
为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的初值,
Figure BDA00040914105500000710
为辅频率信号fFu的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure BDA00040914105500000711
为辅频率信号fFu的双差载波相位观测值,λfFu为辅频率信号fFu的波长;
其次,利用所述初值,确定辅频率信号的双差整周模糊度的候选值:
针对卫星对i和j1
Figure BDA0004091410550000081
其中,i为参考卫星,j1为I类卫星,j1=1,2,…,s,ELength指I类卫星对i和j1的误差带的带长,
Figure BDA0004091410550000082
其中:σ为GNSS单历元伪距差分观测值的中误差,
Figure BDA0004091410550000083
为辅频率信号的波长,l=2~5,int(·)表示取整运算,
Figure BDA0004091410550000084
为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的候选值,
Figure BDA0004091410550000085
w为候选值个数;
再次,利用如下地关系式,将
Figure BDA0004091410550000086
Figure BDA0004091410550000087
确定为主频率信号fZhu的双差整周模糊度的候选值:
Figure BDA0004091410550000088
其中:
Figure BDA0004091410550000089
其中,u为误差带,
Figure BDA00040914105500000810
为主频率信号fZhu经站星间双差后的残余误差及测量噪声,
Figure BDA00040914105500000811
为辅频率信号fFu经站星间双差后的残余误差及测量噪声,
Figure BDA00040914105500000812
为主频率信号的波长,
Figure BDA00040914105500000813
为辅频率信号的波长,
Figure BDA00040914105500000814
为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的候选值,EWide指I类卫星对i和j1的误差带的带宽,在一种实施方式中,可以如下地确定EWide
Figure BDA0004091410550000091
其中:Lbm为基准站b与监控站m之间形成的基线长度Lbm
Figure BDA0004091410550000092
为主频率信号fZ h的双差整周模糊度候选值,
Figure BDA0004091410550000093
v为候选值个数;
最后,I类卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选值如下地表示:
Figure BDA0004091410550000094
对所述候选值进行
Figure BDA0004091410550000095
组排列组合,获得单历元所有的卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选组,t表示候选组总数;
步骤S4,利用主频率信号的双差载波相位观测方程,对所述候选组进行显著性检验,将通过显著性检验的候选组确定为最优组。根据一种实施方式,如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的最优组:
首先,将主频率信号的双差整周模糊度的t组候选组依次代入主频率信号的双差载波相位观测方程中,根据最小二乘间接平差原理,对应的主频率信号的双差载波相位观测方程的误差方程为:
Figure BDA0004091410550000101
写成矩阵形式为:
Figure BDA0004091410550000102
其中,
Figure BDA0004091410550000103
Figure BDA0004091410550000104
下标b表示基准站,下标m表示监控站,上标i表示卫星高度角最大的参考卫星,上标j1表示所述参考卫星外的卫星,j1=1,2,…,s,
Figure BDA0004091410550000105
为I类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure BDA0004091410550000106
为主频率信号的波长,
Figure BDA0004091410550000107
为I类卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选组;
Figure BDA0004091410550000108
为I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure BDA0004091410550000109
Figure BDA00040914105500001010
为卫地距方向余弦系数,
Figure BDA00040914105500001011
为I类卫星对的双差载波相位观测值的残差,
Figure BDA00040914105500001012
为主频率信号的双差载波相位观测方程的常数项,
Figure BDA00040914105500001013
Figure BDA00040914105500001014
为监控站m的三维坐标改正数;
其次,根据最小二乘参数估计方法,如下地计算主频率信号的双差载波相位观测方程的单位权方差因子:
Figure BDA0004091410550000111
其中:s为I类卫星对的总数,P为I类卫星对的双差载波相位观测值的权矩阵;
由t组候选组,可以计算获得t个单位权方差因子,用集合表示为
Figure BDA0004091410550000112
接着,对集合{Ω}中的元素进行从小到大排序,获得集合{Ω}={Ω1 Ω2 …Ωt},构造显著性检验值:
Figure BDA0004091410550000113
将ratio>R的Ω1所对应的双差整周模糊度的候选组确定为最优组,即
Figure BDA0004091410550000114
其中R=1.8~3;
步骤S5,利用主频率信号的双差载波相位观测方程,确定主频率信号的双差整周模糊度的取整组。根据一种实施方式,如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的取整组:
首先,将所确定的主频率信号的双差整周模糊度的最优组
Figure BDA0004091410550000115
代入主频率信号的双差载波相位观测方程,采用最小二乘参数间接平差方法,计算获得监控站m的三维坐标改正数,并将三维坐标改正数代回主频率信号的双差载波相位观测方程,如下地解算主频率信号的双差整周模糊度的实数解:
Figure BDA0004091410550000121
然后,将实数解按照“四舍六入、遇五奇进偶不进”原则取整运算,如下地获得主频率信号的双差整周模糊度的取整组:
Figure BDA0004091410550000122
其中,
Figure BDA0004091410550000123
为主频率信号的双差整周模糊度的整数组;
步骤S6,检核所述最优组和所述取整组的一致性。根据一种实施方式,如下地检核主频率信号的双差整周模糊度的所述最优组与所述取整组的一致性:
针对I类卫星对i和j1的双差整周模糊度,判断最优组中的
Figure BDA0004091410550000124
与取整组中
Figure BDA0004091410550000131
是否相等,j1=1,2,…,s;
如果
Figure BDA0004091410550000132
则判定为I类卫星对的双差整周模糊度解算检核通过,表示卫星对i和j1的双差整周模糊度解算成功;
如果
Figure BDA0004091410550000133
则判定为I类卫星对的双差整周模糊度解算检核不通过,表示卫星对i和j1的双差整周模糊度解算失败;
步骤S7,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,即:
Figure BDA0004091410550000134
根据一种实施方式,如果在步骤S6,I类卫星对的双差整周模糊度解算检核不通过,则还包括更新I类卫星和II类卫星和更新I类卫星对以及II类卫星对的双差载波相位观测方程,用更新后的方程做局部解解算。
根据一种实施方式,如下地更新I类卫星和II类卫星:将所述的双差整周解算成功的卫星j1保留在I类卫星中,反之,将所述的双差整周模糊度解算失败的卫星j1从I类卫星中剔除,归入II类卫星中。
根据一种实施方式,如下地更新I类卫星对的双差载波相位观测方程:
Figure BDA0004091410550000135
其中:s1≤s
以及如下地更新II类卫星对的双差载波相位观测方程:
Figure BDA0004091410550000141
其中:k2≥k
其中,s1为更新的I类卫星对的总数,s为原I类卫星对的总数,j1表示I类卫星,j1=1,2,…,s1,k1为更新的II类卫星对的总数,k为原II类卫星对的总数,j2表示II类卫星,j2=1,2,…,k2,i表示参考卫星,λ为频率信号的波长,下标b表示基准站,下标m表示监控站,
Figure BDA0004091410550000142
表示I类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure BDA0004091410550000143
表示I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure BDA0004091410550000144
Figure BDA0004091410550000145
表示I类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure BDA0004091410550000146
表示I类卫星对的双差整周模糊度,
Figure BDA0004091410550000147
表示II类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure BDA0004091410550000148
表示II类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure BDA0004091410550000149
Figure BDA00040914105500001410
表示II类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure BDA00040914105500001411
表示II类卫星对的双差整周模糊度,
Figure BDA00040914105500001412
Figure BDA00040914105500001413
为监控站m的三维坐标改正数,1+s1+k2为正整数,指本历元观测的卫星的总数,1+s1+k2=1+s+k。
接着,在步骤S40的II类卫星对双差整周模糊度确定步骤,将所述I类卫星对用于定位的局部解代入到II类卫星对的双差载波相位观测方程,取整解算II类卫星对的双差整周模糊度。
在一种实施方式中,如下地解算II类卫星对的双差整周模糊度的实数解:
Figure BDA0004091410550000151
然后,将实数解按照“四舍六入、遇五奇进偶不进”原则取整运算,如下地获得频率信号的双差整周模糊度的取整组:
Figure BDA0004091410550000152
其中,
Figure BDA0004091410550000153
为II类卫星对的双差整周模糊度的整数解。
然后,在步骤S50,根据I类卫星对的双差整周模糊度和II类卫星对的双差整周模糊度,确定GNSS单历元双差整周模糊度。
根据一种实施方式,组合所述的检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度
Figure BDA0004091410550000161
和II类卫星对的双差整周模糊度
Figure BDA0004091410550000162
直接确定GNSS单历元双差整周模糊度,即:
Figure BDA0004091410550000163
根据本发明的一种实施方式,在所述方法中,可以适用于GNSS接收机数据采样率不低于1Hz的实时定位。
本发明的前述方法可以应用于建筑塔机卫星定位智能监控系统,所述系统包括基准站和监控站的GNSS接收机以及通信链路,所述GNSS接收机使用前述的建筑塔机(塔吊机)GNSS单历元双差整周模糊度快速确定方法。所述GNSS接收机安装在塔吊机的施工现场附近的基准站GNSS接收机和塔臂或塔身上的监控站GNSS接收机。
该建筑塔机卫星定位智能监控系统可以包括一种GNSS单历元双差整周模糊度快速确定装置。图3示出了依据本发明一种实施方式的GNSS单历元双差整周模糊度快速确定装置的示意性方框图。如图3所示,该装置包括:
卫星筛选分级处理单元100,对单历元的所有观测卫星进行筛选分级,分为参考卫星、I类卫星和II类卫星,I类卫星是卫星空间几何分布相对较佳的预定数量的卫星,II类卫星是参考卫星和I类卫星之外的卫星,是卫星空间几何分布相对较差的卫星;
双差载波相位观测方程建立单元200,建立I类卫星对的双差载波相位观测方程和II类卫星对的双差载波相位观测方程;
I类卫星对局部解算单元300,解算检核所述的I类卫星对的双差整周模糊度,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,再解算I类卫星对可用于定位的局部解;
II类卫星对双差整周模糊度确定单元400,将所述I类卫星对用于定位的局部解代入到II类卫星对的双差载波相位观测方程,取整解算II类卫星对的双差整周模糊度;以及
GNSS单历元双差整周模糊度快速确定单元500,根据I类卫星对的双差整周模糊度和II类卫星对的双差整周模糊度,确定GNSS单历元双差整周模糊度。
以上的单元分别执行前述的卫星筛选分级处理步骤S10、双差载波相位观测方程建立步骤S20、I类卫星对局部解算步骤S30、II类卫星对双差整周模糊度确定步骤S40、GNSS单历元双差整周模糊度快速确定步骤S50的操作,具体地,可以参见前面对应步骤的说明。以上的单元和装置可以分别或组合地由经过编程的独立的芯片、专门制造的芯片、现场可编程门阵列等硬件单独实现。也可以由具有计算处理能力的机器结合软件实现。
本发明的上述详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容,以用于实施本发明的优选方面,并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此,在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明,并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外,为了获得本发明的附加有用实施例,在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合,然而这些方式没有特别地被例举出来。

Claims (7)

1.一种基于卫星筛选分级的GNSS整周模糊度快速确定方法,所述方法包括:
卫星筛选分级处理步骤,对单历元的所有观测卫星进行筛选分级,分为参考卫星、I类卫星和II类卫星,I类卫星是卫星空间几何分布相对较佳的预定数量的卫星,II类卫星是参考卫星和I类卫星之外的卫星,是卫星空间几何分布相对较差的卫星;
双差载波相位观测方程建立步骤,建立I类卫星对的双差载波相位观测方程和II类卫星对的双差载波相位观测方程;
I类卫星对局部解算步骤,解算检核所述的I类卫星对的双差整周模糊度,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,再解算I类卫星对可用于定位的局部解;
II类卫星对双差整周模糊度确定步骤,将所述I类卫星对用于定位的局部解代入到II类卫星对的双差载波相位观测方程,取整解算II类卫星对的双差整周模糊度;以及
GNSS单历元双差整周模糊度快速确定步骤,根据I类卫星对的双差整周模糊度和II类卫星对的双差整周模糊度,确定GNSS单历元双差整周模糊度,
其中,在所述I类卫星对局部解算步骤中,如下地解算检核I类卫星对的双差整周模糊度:
步骤S1,确定主频率信号和辅频率信号,
将GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的第一频率信号,或者所述第一频率信号与第二频率信号和/或第三频率信号进行多频率信号的线性组合而形成的组合频率信号,确定为主频率信号,而将所述主频率信号之外的第二频率信号或第三频率信号或组合频率信号确定为辅频率信号,GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的第一频率信号是GPS、GLONASS、BDS或Galileo系统的主要频率信号;
步骤S2,建立主频率信号的双差载波相位观测方程和辅频率信号的双差载波相位观测方程,
如下地建立主频率信号的双差载波相位观测方程和辅频率信号的双差载波相位观测方程:
Figure FDA0004091410540000021
其中,λ为频率信号的波长,包括主频率信号和辅频率信号的波长,当λ为主频率信号的波长时,建立的为主频率信号的双差载波相位观测方程,当λ为辅频率信号的波长时,建立的为辅频率信号的双差载波相位观测方程,
其中,下标b表示基准站,下标m表示监控站,上标i表示卫星高度角最大的参考卫星,上标j表示除所述参考卫星之外的卫星,j1=1,2,…,s,
Figure FDA0004091410540000022
为I类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure FDA0004091410540000023
为I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure FDA0004091410540000024
Figure FDA0004091410540000025
为I类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure FDA0004091410540000026
为I类卫星对的双差整周模糊度,
Figure FDA0004091410540000027
Figure FDA0004091410540000028
为监控站m的三维坐标改正数,s是正整数,指本历元观测卫星中I类卫星对的总数;
步骤S3,利用辅频率信号的双差载波相位观测方程,确定主频率信号的双差整周模糊度的候选组,
如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的候选组:
首先,如下地计算辅频率信号的双差整周模糊度的初值:
Figure FDA0004091410540000031
其中,
Figure FDA0004091410540000032
为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的初值,
Figure FDA0004091410540000033
为辅频率信号fFu的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure FDA0004091410540000034
为辅频率信号fFu的双差载波相位观测值,
Figure FDA0004091410540000035
为辅频率信号fFu的波长;
其次,利用所述初值,确定辅频率信号的双差整周模糊度的候选值:
针对卫星对i和j1
Figure FDA0004091410540000036
其中,i表示参考卫星,j1为I类卫星,j1=1,2,…,s,ELength指I类卫星对i和j1的误差带的带长,
Figure FDA0004091410540000041
为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的候选值,
Figure FDA0004091410540000042
w为候选值个数;
再次,利用如下地关系式,将
Figure FDA0004091410540000043
Figure FDA0004091410540000044
确定为主频率信号fZhu的双差整周模糊度的候选值:
Figure FDA0004091410540000045
其中:
Figure FDA0004091410540000046
其中,u为误差带,
Figure FDA0004091410540000047
为主频率信号fZhu经站星间双差后的残余误差及测量噪声,
Figure FDA0004091410540000048
为辅频率信号fFu经站星间双差后的残余误差及测量噪声,
Figure FDA0004091410540000049
为主频率信号的波长,
Figure FDA00040914105400000410
为辅频率信号的波长,
Figure FDA00040914105400000411
为辅频率信号fFu的双差整周模糊度的候选值,EWide指I类卫星对i和j1的误差带的带宽,
Figure FDA00040914105400000412
为主频率信号fZhu的双差整周模糊度候选值,
Figure FDA00040914105400000413
v为候选值个数;
最后,I类卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选值如下地表示:
Figure FDA00040914105400000414
对所述候选值进行
Figure FDA0004091410540000051
组排列组合,获得I类卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选组,t表示候选组总数;
步骤S4,利用主频率信号的双差载波相位观测方程,对所述候选组进行显著性检验,将通过显著性检验的候选组确定为最优组,
如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的最优组:
首先,将主频率信号的双差整周模糊度的t组候选组依次代入主频率信号的双差载波相位观测方程中,根据最小二乘间接平差原理,对应的主频率信号的双差载波相位观测方程的误差方程为:
Figure FDA0004091410540000052
写成矩阵形式为:
Figure FDA0004091410540000053
其中,
Figure FDA0004091410540000054
Figure FDA0004091410540000055
下标b表示基准站,下标m表示监控站,上标i表示卫星高度角最大的参考卫星,上标j1表示I类卫星,j1=1,2,…,s,
Figure FDA0004091410540000061
为I类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure FDA0004091410540000062
为主频率信号的波长,
Figure FDA0004091410540000063
为I类卫星对的主频率信号的双差整周模糊度的候选组;
Figure FDA0004091410540000064
为I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure FDA0004091410540000065
Figure FDA0004091410540000066
Figure FDA0004091410540000067
为卫地距方向余弦系数,
Figure FDA0004091410540000068
为I类卫星对的双差载波相位观测值的残差,
Figure FDA0004091410540000069
为主频率信号的双差载波相位观测方程的常数项,
Figure FDA00040914105400000610
Figure FDA00040914105400000611
为监控站m的三维坐标改正数;
其次,根据最小二乘参数估计方法,如下地计算主频率信号的双差载波相位观测方程的单位权方差因子:
Figure FDA00040914105400000612
其中:s为I类卫星对的总数,P为I类卫星对的双差载波相位观测值的权矩阵;
由t组候选组,可以计算获得t个单位权方差因子,用集合表示为
Figure FDA00040914105400000613
接着,对集合{Ω}中的元素进行从小到大排序,获得集合{Ω}={Ω1 Ω2 … Ωt},构造显著性检验值:
Figure FDA00040914105400000614
将ratio>R的Ω1所对应的双差整周模糊度的候选组确定为最优组,即
Figure FDA00040914105400000615
其中R=1.8~3;
步骤S5,利用主频率信号的双差载波相位观测方程,确定主频率信号的双差整周模糊度的取整组,
如下地确定主频率信号的双差整周模糊度的取整组:
首先,将所确定的主频率信号的双差整周模糊度的最优组
Figure FDA0004091410540000071
代入主频率信号的双差载波相位观测方程,采用最小二乘参数间接平差方法,计算获得监控站m的三维坐标改正数,并将三维坐标改正数代回主频率信号的双差载波相位观测方程,如下地解算主频率信号的双差整周模糊度的实数解:
Figure FDA0004091410540000072
然后,将实数解按照“四舍六入、遇五奇进偶不进”原则取整运算,如下地获得主频率信号的双差整周模糊度的取整组:
Figure FDA0004091410540000073
其中,
Figure FDA0004091410540000081
为主频率信号的双差整周模糊度的整数组;
步骤S6,检核所述最优组和所述取整组的一致性,
如下地检核主频率信号的双差整周模糊度的所述最优组与所述取整组的一致性:
针对I类卫星对i和j1的双差整周模糊度,判断最优组中的
Figure FDA0004091410540000082
与取整组中
Figure FDA0004091410540000083
是否相等,j1=1,2,…,s;
如果
Figure FDA0004091410540000084
则判定为I类卫星对的双差整周模糊度解算检核通过,表示卫星对i和j1的双差整周模糊度解算成功;
如果
Figure FDA0004091410540000085
则判定为I类卫星对的双差整周模糊度解算检核不通过,表示卫星对i和j1的双差整周模糊度解算失败;
步骤S7,获得检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度,即:
Figure FDA0004091410540000086
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,卫星筛选分级处理步骤包括:
首先,将卫星高度角最大的卫星确定为参考卫星;
其次,针对参考卫星之外的卫星,按照两两相邻卫星进行卫星方位角差比较,得到卫星方位角差最小的两颗卫星,保留这两颗卫星中卫星高度角小的卫星,然后重复,得到预定数量的卫星确定为I类卫星;
最后,将剩余卫星确定为II类卫星。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如果在步骤S6中,I类卫星对的双差整周模糊度解算检核不通过,则所述方法还包括:
更新I类卫星和II类卫星,将所述的双差整周解算成功的卫星j1保留在I类卫星中,将所述的双差整周模糊度解算失败的卫星j1归入II类卫星中,
更新I类卫星对的双差载波相位观测方程:
Figure FDA0004091410540000091
其中:s1≤s
以及更新II类卫星对的双差载波相位观测方程:
Figure FDA0004091410540000092
其中:k2≥k
其中,s1为更新的I类卫星对的总数,s为原I类卫星对的总数,j1表示I类卫星,j1=1,2,…,s1,k2为更新的II类卫星对的总数,k为原II类卫星对的总数,j2表示II类卫星,j2=1,2,…,k2,i表示参考卫星,λ为频率信号的波长,下标b表示基准站,下标m表示监控站,
Figure FDA0004091410540000093
表示I类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure FDA0004091410540000094
表示I类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure FDA0004091410540000095
Figure FDA0004091410540000096
表示I类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure FDA0004091410540000101
表示I类卫星对的双差整周模糊度,
Figure FDA0004091410540000102
表示II类卫星对的双差载波相位观测值,
Figure FDA0004091410540000103
表示II类卫星对的站星间距离观测值与卫地距差之差,
Figure FDA0004091410540000104
Figure FDA0004091410540000105
表示II类卫星对的卫地距方向余弦系数,
Figure FDA0004091410540000106
表示II类卫星对的双差整周模糊度,
Figure FDA0004091410540000107
Figure FDA0004091410540000108
为监控站m的三维坐标改正数,1+s1+k2为正整数,指本历元观测的卫星的总数,1+s1+k2=1+s+k。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如下地解算I类卫星对可用于定位的局部解:
将所述的检核通过的I类卫星对的双差整周模糊度代入到重新建立的I类卫星对的双差载波相位观测方程,利用最小二乘参数估计方法解算得到I类卫星对可用于定位的局部解。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在所述II类卫星对双差整周模糊度确定步骤中,如下地解算II类卫星对的双差整周模糊度的实数解:
Figure FDA0004091410540000109
然后,将实数解按照“四舍六入、遇五奇进偶不进”原则取整运算,如下地获得频率信号的双差整周模糊度的取整组:
Figure FDA0004091410540000111
其中,
Figure FDA0004091410540000112
为II类卫星对的双差整周模糊度的整数解。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如下地确定EWide
Figure FDA0004091410540000113
其中:Lbm为基准站b与监控站m之间形成的基线长度。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如下地确定ELength
Figure FDA0004091410540000114
其中:σ为GNSS单历元伪距差分观测值的中误差,
Figure FDA0004091410540000121
为辅频率信号的波长,l=2~5,int(·)表示取整运算。
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