一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法技术方案

本发明专利技术提出了一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法，本发明专利技术利用短基线的GLONASS双差观测量对接收机间载波相位频间偏差进行标定。本发明专利技术首先录入观测数据，利用GPS+BDS双差观测量得到固定解的基线向量，然后筛选数据，确定参考卫星，确定参数个数，建立参数估计模型，最后对接收机间载波相位频间偏差进行采样，利用最小二乘平差批处理解算双差模糊度浮点解，通过ratio检验搜索固定模糊度并评定接收机间载波相位频间偏差的标定值。本发明专利技术可以提高基线解算中GLONASS整周模糊度的可靠性，有利于快速、实时的相对定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GLONASS相对定位领域，具体的为一种利用GLONASS系统双差观测量对任意两台接收机之间的载波相位频间偏差进行标定的方法。
技术介绍
GLONASS是继GPS之后第二个星座完整并在轨运行的GNSS系统，却不及GPS使用广泛，而且快速、实时精密定位和相对定位的精度不高，主要原因之一就是GLONASS系统在接收机端产生的载波相位频间偏差(inter-frequencybias，IFB)的影响。与采用码分多址的GPS系统不同的是，GLONASS系统采用频分多址技术，每颗卫星发射的载波频率各不相同，而不同频率的卫星信号会进入接收机内部对应的频率通道，由此会产生不同的IFB。所以在处理GLONASS的载波相位值时不能使用常规的GPS数据处理方法，特别是利用传统方法处理双差数据时，由于不同卫星的IFB不同，GLONASS双差载波相位方程不能消除IFB，影响了整周模糊度的固定，从而降低了定位的精度。基于IFB的一些特性，比如IFB和卫星的频率成线性关系；L1和L2频段有相同大小的IFB(单位/米)，而且非常稳定，大小在区间[-0.1,0.1](单位/米)的范围内，目前大部分研究方法都采用了同时估计IFB和模糊度参数。但是由于这两部分参数强相关，需要长时间的观测数据才可能解算获得，所以不能提供较为精确的IFB先验改正值，很难用于快速、实时定位。在实际应用中，一旦得到任意两个GLONASS接收机间的IFB，就可以和GPS相对定位一样，利用载波相位双差观测量对模糊度进行准确求解和固定，进而得到精确的载波相位观测值，也可以更好地实现GLONASS和其他GNSS系统的组合定位。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，设计了一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差的标定方法。此方法估计得到的接收机间的IFB标定值，用于快速、实时相对定位，可以提高基线解算中GLONASS整周模糊度的可靠性和固定成功率，进而提高GLONASS的相对定位精度与可用性；本专利技术的技术方案是：一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：优先选取短基线，即选取距离尽可能短的两个测站。读取观测数据文件和导航文件进行数据录入。对观测数据进行周跳探测扫描，标记所有发生周跳的历元。步骤2：利用GPS+BDS双差观测量解算步骤1中短基线形成的基线向量，获得固定解的基线向量。步骤3：对步骤1中的原始观测数据进行筛选，优先选取连续弧段、GLONASS卫星个数不小于4的数据。确定所有历元的参考卫星，计算待估参数个数，其中，对步骤1中标记的发生周跳的历元设置新的模糊度参数，而未发生周跳的历元保持模糊度参数不变。步骤4：建立参数估计模型，包括函数模型和随机模型，具体步骤如下：步骤4.1：对每个历元的卫星形成载波相位双差观测方程：其中，n为频段1或2，A为基准站接收机名称，B为流动站接收机名称，i、j为卫星号，j为参考卫星，为频段为n的卫星i的波长，为频段为n的卫星j的波长，为接收机A和接收机B对卫星i的单差相位观测值，为接收机A和接收机B对卫星j的单差相位观测值，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差卫地距，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差模糊度，为接收机A和接收机B对卫星j的单差模糊度，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差频间偏差，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差观测噪声。其中，可以表示为：γABij=(ki-kj)ΔγAB---(0.2)]]>其中，ki和kj分别为卫星i和卫星j对应的频率通道号，ΔγAB为接收机A和接收机B间的频间偏差，即为待标定值。步骤4.2：利用广播星历计算卫星位置,根据基站坐标和基线向量计算式(1.1)中的双差伪距观测值步骤4.3：计算每个历元参考卫星的单差模糊度计算公式为：其中，为单差伪距观测值。步骤4.4：利用最小二乘平差，单个历元的法方程为：其中，为待估参数。对所有历元的法方程进行叠加，形成最终的法方程，令：其中，n为卫星的个数。总的法方程简写为：NBBx^-W=0---(1.6)]]>其中，为双差模糊度。步骤4.5：使用仰角函数法来确定观测值的方差协方差矩阵。对于在测站A观测到高度角为Ele的卫星i而言，其观测值的方差表示为：其中σ2为观测值的先验方差，载波相位观测值一般取为0.002m。考虑到双差观测值的数学相关性，此时相位双差观测方程的权阵为：其中，下标s表示观测值类型，Ds为观测值的方差协方差矩阵，N为所有历元的双差观测方程个数之和，假设单位权方差因子为1。ΣABijσs2=(σAi)2+(σBi)2+(σAj)2+(σBj)2---(1.9)]]>ΣABiσs2=(σAi)2+(σBi)2---(1.10)]]>式(1.9)表示基准站A和流动站B同步观测卫星i、j的观测值方差之和，式(1.10)表示基准站和流动站对参考卫星的观测值方差之和。步骤5：将[-0.1,0.1]区间(单位/米)以1毫米的间隔分为200个备选值，对ΔγAB进行采样，分别代入步骤4中式(1.5)所示的法方程中，批处理解算时段内每个历元，得到双差模糊度浮点解为：x^-NBB-1W---(1.11)]]>其协方差阵为：Dx^x^=σ^02NBB-1---(1.12)]]>其中，为单位权方差。步骤6：根据步骤5解算的双差模糊度浮点解及其协方差阵利用LAMBDA法搜索模糊度，采用ratio检验判定模糊度搜索是否成功，并保存ratio值。最后，200个ratio值中的最大值对应的ΔγAB即为最终接收机间频间偏差的标定值。在上述的一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法，所述的步骤2中利用GPS+BDS双差观测量解算的已知的基线向量，参数估计中不用顾及基线向量参数。在上述的一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法，所述的步骤3中对连续弧段保持模糊度参数不变，而对发生周跳的历元重新设置模糊度参数。在上述的一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法，所述的步骤5中，将处理数据时段内每个历元的法方程叠加，采用批处理的方法，统一解算时段内所有的双差模糊度浮点解。在上述的一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：优先选取短基线，即选取距离尽可能短的两个测站；读取观测数据文件和导航文件进行数据录入；对观测数据进行周跳探测扫描，标记所有发生周跳的历元；步骤2：利用GPS+BDS双差观测量解算步骤1中短基线形成的基线向量，获得固定解的基线向量；步骤3：对步骤1中的原始观测数据进行筛选，优先选取连续弧段、GLONASS卫星个数不小于4的数据；确定所有历元的参考卫星，计算待估参数个数，其中，对步骤1中标记的发生周跳的历元设置新的模糊度参数，而未发生周跳的历元保持模糊度参数不变；步骤4：建立参数估计模型，包括函数模型和随机模型，具体步骤如下：步骤4.1：对每个历元的卫星形成载波相位双差观测方程：其中，n为频段1或2，A为基准站接收机名称，B为流动站接收机名称，i、j为卫星号，j为参考卫星，为频段为n的卫星i的波长，为频段为n的卫星j的波长，为接收机A和接收机B对卫星i的单差相位观测值，为接收机A和接收机B对卫星j的单差相位观测值，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差卫地距，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差模糊度，为接收机A和接收机B对卫星j的单差模糊度，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差频间偏差，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差观测噪声；其中，可以表示为：γABij=(ki-kj)ΔγAB---(0.2)]]>其中，ki和kj分别为卫星i和卫星j对应的频率通道号，ΔγAB为接收机A和接收机B间的频间偏差，即为待标定值；步骤4.2：利用广播星历计算卫星位置,根据基站坐标和基线向量计算式(1.1)中的双差伪距观测值步骤4.3：计算每个历元参考卫星的单差模糊度计算公式为：其中，为单差伪距观测值；步骤4.4：利用最小二乘平差，单个历元的法方程为：其中，为待估参数；对所有历元的法方程进行叠加，形成最终的法方程，令：其中，n为卫星的个数；总的法方程简写为：NBBx^-W=0---(1.6)]]>其中，为双差模糊度；步骤4.5：使用仰角函数法来确定观测值的方差协方差矩阵；对于在测站A观测到高度角为Ele的卫星i而言，其观测值的方差表示为：其中σ2为观测值的先验方差，载波相位观测值一般取为0.002m；考虑到双差观测值的数学相关性，此时相位双差观测方程的权阵为：其中，下标s表示观测值类型，Ds为观测值的方差协方差矩阵，N为所有历元的双差观测方程个数之和，假设单位权方差因子为1；ΣABijσs2=(σAi)2+(σBi)2+(σAj)2+(σBj)2---(1.9)]]>ΣABiσs2=(σAi)2+(σBi)2---(1.10)]]>式(1.9)表示基准站A和流动站B同步观测卫星i、j的观测值方差之和，式(1.10)表示基准站和流动站对参考卫星的观测值方差之和；步骤5：将[‑0.1,0.1]区间(单位/米)以1毫米的间隔分为200个备选值，对ΔγAB进行采样，分别代入步骤4中式(1.5)所示的法方程中，批处理解算时段内每个历元，得到双差模糊度浮点解为：x^=NBB-1W---(1.11)]]>其协方差阵为：Dx^x^=σ^02NBB-1---(1.12)]]>其中，为单位权方差；步骤6：根据步骤5解算的双差模糊度浮点解及其协方差阵利用LAMBDA法搜索模糊度，采用ratio检验判定模糊度搜索是否成功，并保存ratio值；最后，200个ratio值中的最大值对应的ΔγAB即为最终接收机间频间偏差的标定值。...

【技术特征摘要】
1.一种GLONASS系统接收机间相位频间偏差标定方法，其特征在于，包括
如下步骤：
步骤1：优先选取短基线，即选取距离尽可能短的两个测站；读取观测数据
文件和导航文件进行数据录入；对观测数据进行周跳探测扫描，标记所有发生周
跳的历元；
步骤2：利用GPS+BDS双差观测量解算步骤1中短基线形成的基线向量，
获得固定解的基线向量；
步骤3：对步骤1中的原始观测数据进行筛选，优先选取连续弧段、
GLONASS卫星个数不小于4的数据；确定所有历元的参考卫星，计算待估参数
个数，其中，对步骤1中标记的发生周跳的历元设置新的模糊度参数，而未发生
周跳的历元保持模糊度参数不变；
步骤4：建立参数估计模型，包括函数模型和随机模型，具体步骤如下：
步骤4.1：对每个历元的卫星形成载波相位双差观测方程：
其中，n为频段1或2，A为基准站接收机名称，B为流动站接收机名称，i、j
为卫星号，j为参考卫星，为频段为n的卫星i的波长，为频段为n的卫星
j的波长，为接收机A和接收机B对卫星i的单差相位观测值，为接收机
A和接收机B对卫星j的单差相位观测值，为接收机A和接收机B对卫星i和
卫星j的双差卫地距，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星j的双差模糊
度，为接收机A和接收机B对卫星j的单差模糊度，为接收机A和接收机
B对卫星i和卫星j的双差频间偏差，为接收机A和接收机B对卫星i和卫星
j的双差观测噪声；其中，可以表示为：
γABij=(ki-kj)ΔγAB---(0.2)]]>其中，ki和kj分别为卫星i和卫星j对应的频率通道号，ΔγAB为接收机A和接收

\t机B间的频间偏差，即为待标定值；
步骤4.2：利用广播星历计算卫星位置,根据基站坐标和基线向量计算式
(1.1)中的双差伪距观测值步骤4.3：计算每个历元参考卫星的单差模糊度计算公式为：
其中，为单差伪距观测值；
步骤4.4：利用最小二乘平差，单个历元的法方程为：
其中，为待估参数；对所有历元的法方程进行叠加，形成最终的法方程，
令：
其中，n为卫星的个数；总的法方程简写为：
NBBx^-W=0---(1.6)]]>其中，为双差模糊度；
步骤4.5：使用仰角函数法来确定观测值的方差协方差矩阵；
对于在测站A观测到高度角为Ele的卫星i而言，其观测值的方差表示为：
其中σ2为观测值的先验方差，载波相位观测值一般取为0.002m；考虑到双差观
测值的数学相关性，此时相位双差观测方程的权阵为：

\t其中，下标s表示观测值类型，Ds为观测值的方差协方差矩阵，N为所有历元
的双差观测方程个数之和，假设单位权方差因子为...

【专利技术属性】
技术研发人员：章红平，王倩，李团，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42