双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法技术

本发明专利技术提供了一种双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，首先建立一种包含已知的超短基线在载体坐标系上的投影矢量、俯仰角和方位角或仅是俯仰角信息的基线约束观测量和观测方程，在此基础上，联合已知的双差载波相位值和双差伪距观测量值，构建双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型，并利用序贯卡尔曼滤波计算得到最优的载波相位双差整周模糊度浮点解向量。实施本发明专利技术提供的一种双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，大大简化了算法的实现；由于对双差整周模糊度施加了更紧的约束条件，使得计算得到的浮点解向量更接近真值，从而大大提高了浮点解向量的后续整数解向量的求解成功率和收敛速度。

【技术实现步骤摘要】
双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法
本专利技术涉及定位导航
，尤其涉及一种双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法。
技术介绍
GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)是能够实现全球、全天候、高精度的定位导航，它的出现和快速发展，对人们的日常生活和生产方式都起着至关重要的作用。目前，精度最高的卫星导航定位方式为RTK(RealTimeKinematic，载波相位差分技术)技术，其相对定位精度可达到毫米级，甚至更高。随着定位导航产业的发展，特别是车载应用对亚米级和厘米级定位精度的迫切需求，采用RTK或者地基、星基增强信号实现高精度定位均需要使用卫星信号的载波相位信息。采用载波相位实现精确定位的代价是复杂的整周模糊度解算技术和周跳检测及修复技术。其中，整周模糊度解算技术目前研究成果丰富，已有较为成熟的技术方案。多GNSS定姿定向技术：采用多个GNSS接收机构成一个或者多个安装关系固定的超短基线，来确定基线的姿态和方位，已经应用于很多领域。多GNSS定姿定向的核心即是载波相位双差整周模糊度的求解，目前已经发展了很多双差整周模糊度求解的方法和技术，比如应用最为广泛的LAMBDA以及各种改进的LAMBDA算法。但目前的大多数整周模糊度的求解方法，均需要首先确定一个双差模糊度浮点向量以及该向量对应的不确定性矩阵，然后利用LAMBDA以及各种改进的LAMBDA算法来计算双差模糊度整数向量。而双差模糊度浮点向量与正确的模糊度整数向量越接近，不确定性越小，则后续模糊度整数向量求解的成功率越高，计算效率也越高。在传统的基于双差载波相位和双差伪距测量并通过最小二乘或者卡尔曼滤波进行浮点解向量求解的基础上，已经发展了各种整周模糊度求解的优化计算策略和方法，例如：将基线长度这一事先可知的信息作为对浮点解的进一步约束；将已知的俯仰角和姿态角作为进一步的约束；将一定时间间隔内旋转的角度变化作为进一步的约束。现有专利研究了将基线长度作为计算模糊度浮点向量的约束方法，即将其作为估计模糊度浮点向量的一个观测，但也仅限于基线长度。专利[CN201410568818.3]利用了惯性导航输出的姿态以及已知的基线在体坐标系上矢量，但仅利用这些信息，采用最小二乘法计算一个双差模糊度浮点向量，而没有利用传统已知的双差载波相位和双差伪距测量。专利[CN201510958214.4]也利用了MEMS传感器计算的姿态信息，但该方法主要利用该信息来进一步压缩搜索空间。专利[CN201410000540.X]则是将惯性导航输出的姿态以及已知的基线在体坐标系上矢量，计算出来的ECEF坐标系下的基线矢量作为滤波器状态向量的初始解来提高滤波效率，并在整周模糊度搜索时作为检验的约束来使用。专利[CN201610125152.3]则仅仅在约束最小二乘中利用基线长度约束来优化求解双差模糊度浮点向量。综上所述，在已知概略的俯仰角和方位角或仅已知俯仰角以及基线向量在体坐标系上投影向量的情况下，对于超短基线双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度，已有的方法还没有给出一个统一的计算框架，来综合利用包括双差伪距、双差载波相位以及上述约束在内的所有可用测量信息，获得一个最优的双差模糊度浮点向量及其误差分布，并进一步提供给LAMBDA以及各种改进的LAMBDA算法。
技术实现思路
本专利技术提供一种双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，解决了通过引入已知的基线向量在载体坐标系上的投影向量、俯仰角和方位角或仅是俯仰角，建立新的约束观测量与观测方程，并在此基础上，联合传统的双差载波相位值和双差伪距测量值，构建新的卡尔曼滤波模型，并采用序贯滤波的方法对其进行滤波处理，得到更接近真值的整周模糊度浮点解向量的技术问题。为解决以上技术问题，本专利技术提供一种双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，所述双GNSS接收机设有第一GNSS接收机和第二GNSS接收机，所述第一GNSS接收机和第二GNSS接收机分别设有第一天线和第二天线，已知所述第一天线与第二天线构成的基线向量在载体坐标系上的投影向量、基线相对于参考坐标系在第一时刻的俯仰角、方位角，则构成第一基线约束观测量和第一观测方程；或仅已知所述基线向量在载体坐标系上的投影向量、基线相对于参考坐标系在所述第一时刻的俯仰角，并定义载体坐标系x轴与基线平行，则构成第二基线约束观测量和第二观测方程；在所述第一基线约束观测量和第一观测方程或第二基线约束观测量和第二观测方程的基础上，已知所述第一GNSS接收机和第二GNSS接收机在所述第一时刻接收到的可见卫星和可见参考卫星的载波相位双差测量值及伪距双差测量值，则构建成第一双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型或第二双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型，计算得到双差整周模糊度浮点解向量。进一步地，定义所述第一天线和第二天线分别用r和b来表示，所述基线向量在载体坐标系上的投影向量用lB来表示，所述俯仰角和方位角分别用θk和ψk来表示，所述第一时刻用k(下一时刻即为k+1)来表示，所述可见卫星和可见参考卫星分别用j和m来表示，所述载波相位双差测量值用来表示，所述伪距双差测量值用来表示，所述第一天线r到第二天线b之间的基线长度用l来表示，则，所述第一基线约束观测量为：所述第一观测方程为：所述第二基线约束观测量为：zc1,k＝sin(θk)*l(4)所述第二观测方程为：cov(zc1,k)＝sin2(θk)*var(δl)+sin2(θk)l2*var(δθk)(6)其中，表示k时刻载体坐标系B到参考坐标系N之间的方向余弦矩阵(所述俯仰角θk和方位角ψk的函数，因俯仰角θk和方位角ψk已知，则该矩阵已知)，表示k时刻地心地固地球坐标系E到参考坐标系N的转换矩阵，[xkykzk]T表示k时刻所述第一天线r和第二天线b构成的天线矢量在地心地固地球坐标系上的投影向量，δlB为lB的测量误差，cov(δlB)为δlB的误差协方差矩阵，为所述俯仰角θk和方位角ψk的测量误差，为的误差协方差矩阵，δl表示基线长度l的误差，var(δl)表示δl的方差，表示中实现天向投影的行分量，δθk表示所述俯仰角θk的误差，var(δθk)表示δθk的方差，T表示矩阵转置。进一步地，所述第一双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型为：pk＝[xkykzk]T(12)其中，xk表示卡尔曼滤波模型的状态向量，表示状态转移矩阵，表示k时刻可见卫星j与可见参考卫星m之间、以及所述第一天线r和第二天线b之间的双差载波相位整周模糊度，J表示k时刻除可见参考卫星m外还有J个可见卫星j，I(J+3)*(J+3)为J+3维的单位矩阵，表示k时刻天线r到可见卫星j的单位矢量地心地固地球坐标系上的投影，表示k时刻天线r到可见参考卫星m的单位矢量地心地固地球坐标系上的投影，cov(zΦ,k)表示双差载波相位测量向量的协方差矩阵，cov(zρ,k)表示双差伪距测量向量的协方差矩阵，01*J表示1行J列的0矩阵，λ表示载波波长，03*J表示3行J列的0矩阵，01*J表示1行J列的0矩阵。更进一步地，将所述第一双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型中的公式：替换为：所述公式(7本文档来自技高网...

【技术保护点】
双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，所述双GNSS接收机设有第一GNSS接收机和第二GNSS接收机，所述第一GNSS接收机和第二GNSS接收机分别设有第一天线和第二天线，其特征在于，已知所述第一天线与第二天线构成的基线向量在载体坐标系上的投影向量、基线相对于参考坐标系在第一时刻的俯仰角、方位角，则构成第一基线约束观测量和第一观测方程；或仅已知所述基线向量在载体坐标系上的投影向量、基线相对于参考坐标系在所述第一时刻的俯仰角，并定义载体坐标系x轴与基线平行，则构成第二基线约束观测量和第二观测方程；在所述第一基线约束观测量和第一观测方程或第二基线约束观测量和第二观测方程的基础上，已知所述第一GNSS接收机和第二GNSS接收机在所述第一时刻接收到的可见卫星和可见参考卫星的载波相位双差测量值及伪距双差测量值，则构建成第一双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型或第二双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型，计算得到双差整周模糊度浮点解向量。

【技术特征摘要】
1.双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，所述双GNSS接收机设有第一GNSS接收机和第二GNSS接收机，所述第一GNSS接收机和第二GNSS接收机分别设有第一天线和第二天线，其特征在于，已知所述第一天线与第二天线构成的基线向量在载体坐标系上的投影向量、基线相对于参考坐标系在第一时刻的俯仰角、方位角，则构成第一基线约束观测量和第一观测方程；或仅已知所述基线向量在载体坐标系上的投影向量、基线相对于参考坐标系在所述第一时刻的俯仰角，并定义载体坐标系x轴与基线平行，则构成第二基线约束观测量和第二观测方程；在所述第一基线约束观测量和第一观测方程或第二基线约束观测量和第二观测方程的基础上，已知所述第一GNSS接收机和第二GNSS接收机在所述第一时刻接收到的可见卫星和可见参考卫星的载波相位双差测量值及伪距双差测量值，则构建成第一双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型或第二双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型，计算得到双差整周模糊度浮点解向量。2.如权利要求1所述的双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，其特征在于，定义所述第一天线和第二天线分别用r和b来表示，所述基线向量在载体坐标系上的投影向量用lB来表示，所述俯仰角和方位角分别用θk和ψk来表示，所述第一时刻用k(下一时刻即为k+1)来表示，所述可见卫星和可见参考卫星分别用j和m来表示，所述载波相位双差测量值用来表示，所述伪距双差测量值用来表示，所述第一天线r到第二天线b之间的基线长度用l来表示，则，所述第一基线约束观测量为：所述第一观测方程为：所述第二基线约束观测量为：zc1,k＝sin(θk)*l(4)所述第二观测方程为：cov(zc1,k)＝sin2(θk)*var(δl)+sin2(θk)l2*var(δθk)(6)其中，表示k时刻载体坐标系B到参考坐标系N之间的方向余弦矩阵(所述俯仰角θk和方位角ψk的函数，因俯仰角θk和方位角ψk已知，则该矩阵已知)，表示k时刻地心地固地球坐标系E到参考坐标系N的转换矩阵，[xkykzk]T表示k时刻所述第一天线r和第二天线b构成的天线矢量在地心地固地球坐标系上的投影向量，δlB为lB的测量误差，cov(δlB)为δlB的误差协方差矩阵，为所述俯仰角θk和方位角ψk的测量误差，为的误差协方差矩阵，δl表示基线长度l的误差，var(δl)表示δl的方差，表示中实现天向投影的行分量，δθk表示所述俯仰角θk的误差，var(δθk)表示δθk的方差，T表示矩阵转置。3.如权利要求1或2所述的双GNSS接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法，其特征在于，所述第一双差整周模糊度卡尔曼滤波器模型为：pk＝[xkykzk]T(12)其中，xk表示卡尔曼滤波模型的状态向量，表示状态转移矩阵，表示k时刻可见卫星j与可见参考卫星m之间、以及所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪文朗，夏忠辉，张选，杨勇斌，钟诚，
申请(专利权)人：惠州市组合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44