惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法及系统，包括对所有卫星进行周跳探测，判断存在周跳的卫星，在确定周跳参数后，形成各系统各频率上伪距与相位的非差非组合历元间差分观测方程，只引入一个钟差变化量参数；根据电离层活跃程度采用滑动窗口内不同阶次的拟合函数对时变电离层进行建模和预报；进行惯性辅助周跳解算，对周跳修复方程的验后残差进行检验；采用三步法进行周跳值固定，并进周跳修复，最终修复相位观测值。本发明专利技术可以在动态复杂环境下，准确的修复GNSS不同系统不同频率上的周跳值，为后续定位解算处理提供干净无污染的观测数据。

【技术实现步骤摘要】
惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法及系统
本专利技术属于GNSS/SINS组合导航领域，尤其涉及一种惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法及系统。
技术介绍
全球导航卫星系统(GNSS,GlobalNavigationSatelliteSystem)已经进入了一个多频多模的新时代，以GPS、GLONASS、BDS和Galileo为代表的四大系统正稳步发展。截止目前，GPS已有10颗卫星可以发射L5频率信号，GLONASS下一代卫星GLONASS-K也将具备发射第三频率信号，BDS在轨卫星包括14颗北斗2代卫星和5颗北斗3代卫星，所有卫星具备发射三频信号，而Galileo在轨卫星有11颗可以正常工作，所有卫星能够发射多频信号。多频多模的GNSS增加了可见的卫星数，带来了更多的观测值，极大地改善了卫星几何构型，具有更好的定位精度和和收敛速度，同时也提高了GNSS定位的连续性和可靠性。多频多模的卫星信号给GNSS数据处理带来了更多的挑战，其中周跳修复是GNSS数据预处理中的重要环节。周跳是指载波相位发生整周跳变的现象，它会导致模糊度重新初始化，如果不将其修复，会引起定位精度下降，严重时甚至会导致定位重新收敛。周跳修复过程包括周跳探测、整数值估计以及相位观测值改正。目前，周跳修复包括无几何模式和几何模式两大类，均采用超宽巷-宽巷-窄巷的组合方式逐级修复，但针对当前多频多模GNSS周跳修复，存在如下问题：1)不同系统不同频率的观测值在不同的电离层条件下，需要选取不同的超宽巷-宽巷-窄巷组合，随着观测值种类的增加，将形成更为复杂的组合对，不利于周跳修复的统一处理。2)采用组合方式进行逐级修复周跳，如果某个组合不能成功修复周跳，那么所有频率上的周跳修复都将失败，且这种组合方式中的窄巷受到各种误差的影响，固定同样困难。3)当前周跳修复技术仅利用了GNSS自身的观测信息，随着GNSS应用领域的拓宽，出现了城市峡谷、高动态条件、信号干扰等复杂环境，卫星数小于4颗，观测值质量不佳，将严重影响周跳修复的成功率。4)采用LAMBDA方法固定周跳整数值，虽然可靠性好，但受到各种误差影响，固定率整体比较低，周跳修复容易失败。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术给出了一种捷联惯导(SINS，StarpdownInertialNavigationSystem)辅助多频多模GNSS周跳修复的方法，采用非差非组合的统一处理方式以及三步走的周跳固定方法，能够稳健的修复GNSS不同系统不同频率上的周跳值，为后续定位解算处理提供干净无污染的观测数据。本专利技术提供的技术方案为一种惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法，包括以下步骤，步骤1，对所有卫星进行周跳探测，判断存在周跳的卫星，在确定周跳参数后，形成各系统各频率上伪距与相位的非差非组合历元间差分观测方程，所述非差非组合历元间差分观测方程中，对多频多系统GNSS的相位和伪距观测值不进行任何组合，直接采用独立的原始观测值，设选取某个卫星系统钟差为基准，其它卫星系统钟差描述为系统间偏差，经过历元间差分后，只保留基准钟差的变化量，去掉系统间偏差的变化量；待估参数还包括一个位置变化量、一个钟差变化量和每颗卫星上的电离层变化量；步骤2，利用每颗卫星的多频相位观测值预估电离层的活跃程度，根据电离层活跃程度选择一阶线性模型或二阶曲线模型，采用窗口内数据进行建模预报，并根据模拟预报残差确定时变电离层的预报方差；步骤3，进行惯性辅助周跳解算，包括根据GNSS/SINS紧组合递推得到高精度的位置及其方差，减去上一历元解算的位置得到位置变化量，联同预报的时变电离层信息，一起作为虚拟观测，约束周跳修复方程中的参数，采用附有约束的最小二乘进行求解；步骤4，对周跳修复方程的验后残差进行检验，若验后残差过大，则判定为漏检的小周跳，则添加该观测值对应的卫星上的新周跳参数，然后重新进行解算，直到所有验后残差通过检验，得到浮点的周跳值及其协方差；步骤5，采用三步法进行周跳值固定；步骤6，将固定的周跳值修复到原始相位观测值上，再次进行周跳探测，如果未探测出周跳，则周跳修复检验通过，得到正确固定的周跳值，并最终修复相位观测值。而且，步骤1中，使用GF组合和MW组合确定含有周跳的观测值并设相应的周跳参数。而且，步骤2中，利用不同频率上的相位差值形成电离层延迟观测量，通过历元差分得到电离层相对变化量，以检测该信号穿刺点处的电离层活跃程度；在电离层平静时，采用一阶线性模型，当电离层活跃时，采用二阶曲线模型，拟合窗口内的数据并进行预报。而且，步骤3中，采用附有约束的最小二乘进行求解时，联合周跳前多个历元的观测数据，以可用卫星数和多余观测数最大为准则确定历元数目。而且，步骤5中，第一步，对浮点的周跳值进行LAMBDA固定，如果失败，则进入取整法固定第二步，分别以小数部分阈值和取整成功率作为固定成功的准则，如果取整法固定失败，则进入搜索法固定第三步，以浮点值为中心以步长进行搜索，当GF组合和MW组合探测不到周跳时，则搜索成功。本专利技术还相应提供一种惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复系统，包括以下模块，第一模块，用于对所有卫星进行周跳探测，判断存在周跳的卫星，在确定周跳参数后，形成各系统各频率上伪距与相位的非差非组合历元间差分观测方程，所述非差非组合历元间差分观测方程中，对多频多系统GNSS的相位和伪距观测值不进行任何组合，直接采用独立的原始观测值，设选取某个卫星系统钟差为基准，其它卫星系统钟差描述为系统间偏差，经过历元间差分后，只保留基准钟差的变化量，去掉系统间偏差的变化量；待估参数还包括一个位置变化量、一个钟差变化量和每颗卫星上的电离层变化量；第二模块，用于利用每颗卫星的多频相位观测值预估电离层的活跃程度，根据电离层活跃程度选择一阶线性模型或二阶曲线模型，采用窗口内数据进行建模预报，并根据模拟预报残差确定时变电离层的预报方差；第三模块，用于进行惯性辅助周跳解算，包括根据GNSS/SINS紧组合递推得到高精度的位置及其方差，减去上一历元解算的位置得到位置变化量，联同预报的时变电离层信息，一起作为虚拟观测，约束周跳修复方程中的参数，采用附有约束的最小二乘进行求解；第四模块，用于对周跳修复方程的验后残差进行检验，若验后残差过大，则判定为漏检的小周跳，则添加该观测值对应的卫星上的新周跳参数，然后重新进行解算，直到所有验后残差通过检验，得到浮点的周跳值及其协方差；第五模块，用于采用三步法进行周跳值固定；第六模块，用于将固定的周跳值修复到原始相位观测值上，再次进行周跳探测，如果未探测出周跳，则周跳修复检验通过，得到正确固定的周跳值，并最终修复相位观测值。而且，第一模块中，使用GF组合和MW组合确定含有周跳的观测值并设相应的周跳参数。而且，第二模块中，利用不同频率上的相位差值形成电离层延迟观测量，通过历元差分得到电离层相对变化量，以检测该信号穿刺点处的电离层活跃程度；在电离层平静时，采用一阶线性模型，当电离层活跃时，采用二阶曲线模型，拟合窗口内的数据并进行预报。而且，第三模块中，采用附有约束的最小二乘进行求解时，联合周跳前多个历元的观测数据，以可用卫星数和多余观测数最大为准则确定历元数目。而且，第五模块中，第一步，对浮点的周跳值进行LAMBDA固定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，对所有卫星进行周跳探测，判断存在周跳的卫星，在确定周跳参数后，形成各系统各频率上伪距与相位的非差非组合历元间差分观测方程，所述非差非组合历元间差分观测方程中，对多频多系统GNSS的相位和伪距观测值不进行任何组合，直接采用独立的原始观测值，设选取某个卫星系统钟差为基准，其它卫星系统钟差描述为系统间偏差，经过历元间差分后，只保留基准钟差的变化量，去掉系统间偏差的变化量；待估参数还包括一个位置变化量、一个钟差变化量和每颗卫星上的电离层变化量；步骤2，利用每颗卫星的多频相位观测值预估电离层的活跃程度，根据电离层活跃程度选择一阶线性模型或二阶曲线模型，采用窗口内数据进行建模预报，并根据模拟预报残差确定时变电离层的预报方差；步骤3，进行惯性辅助周跳解算，包括根据GNSS/SINS紧组合递推得到高精度的位置及其方差，减去上一历元解算的位置得到位置变化量，联同预报的时变电离层信息，一起作为虚拟观测，约束周跳修复方程中的参数，采用附有约束的最小二乘进行求解；步骤4，对周跳修复方程的验后残差进行检验，若验后残差过大，则判定为漏检的小周跳，则添加该观测值对应的卫星上的新周跳参数，然后重新进行解算，直到所有验后残差通过检验，得到浮点的周跳值及其协方差；步骤5，采用三步法进行周跳值固定；步骤6，将固定的周跳值修复到原始相位观测值上，再次进行周跳探测，如果未探测出周跳，则周跳修复检验通过，得到正确固定的周跳值，并最终修复相位观测值。...

【技术特征摘要】
1.一种惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，对所有卫星进行周跳探测，判断存在周跳的卫星，在确定周跳参数后，形成各系统各频率上伪距与相位的非差非组合历元间差分观测方程，所述非差非组合历元间差分观测方程中，对多频多系统GNSS的相位和伪距观测值不进行任何组合，直接采用独立的原始观测值，设选取某个卫星系统钟差为基准，其它卫星系统钟差描述为系统间偏差，经过历元间差分后，只保留基准钟差的变化量，去掉系统间偏差的变化量；待估参数还包括一个位置变化量、一个钟差变化量和每颗卫星上的电离层变化量；步骤2，利用每颗卫星的多频相位观测值预估电离层的活跃程度，根据电离层活跃程度选择一阶线性模型或二阶曲线模型，采用窗口内数据进行建模预报，并根据模拟预报残差确定时变电离层的预报方差；步骤3，进行惯性辅助周跳解算，包括根据GNSS/SINS紧组合递推得到高精度的位置及其方差，减去上一历元解算的位置得到位置变化量，联同预报的时变电离层信息，一起作为虚拟观测，约束周跳修复方程中的参数，采用附有约束的最小二乘进行求解；步骤4，对周跳修复方程的验后残差进行检验，若验后残差过大，则判定为漏检的小周跳，则添加该观测值对应的卫星上的新周跳参数，然后重新进行解算，直到所有验后残差通过检验，得到浮点的周跳值及其协方差；步骤5，采用三步法进行周跳值固定；步骤6，将固定的周跳值修复到原始相位观测值上，再次进行周跳探测，如果未探测出周跳，则周跳修复检验通过，得到正确固定的周跳值，并最终修复相位观测值。2.根据权利要求1所述惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法，其特征在于：步骤1中，使用GF组合和MW组合确定含有周跳的观测值并设相应的周跳参数。3.根据权利要求1所述惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法，其特征在于：步骤2中，利用不同频率上的相位差值形成电离层延迟观测量，通过历元差分得到电离层相对变化量，以检测该信号穿刺点处的电离层活跃程度；在电离层平静时，采用一阶线性模型，当电离层活跃时，采用二阶曲线模型，拟合窗口内的数据并进行预报。4.根据权利要求1所述惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法，其特征在于：步骤3中，采用附有约束的最小二乘进行求解时，联合周跳前多个历元的观测数据，以可用卫星数和多余观测数最大为准则确定历元数目。5.根据权利要求1或2或3或4所述惯性辅助的多频多模GNSS周跳修复方法，其特征在于：步骤5中，第一步，对浮点的周跳值进行LAMBDA固定，如果失败，则进入取整法固定第二步，分别以小数部分阈值和取整成功率作为固定成功的准则，如果取整法固定失败，则进入搜索法固定第三步，以浮点值为中心以步长进行搜索，当GF组合和MW组合探测不到周跳时，则搜索成功。6.一种惯性辅助的多频...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小红，朱锋，李盼，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42