北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法、设备及存储设备技术

本发明专利技术提供了北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法、设备及存储设备，北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法仅使用相邻历元的非差非组合观测值进行周跳探测与修复，可实时运行，适用于网络RTK、单基站RTK、变形监测等观测站位置变化缓慢的应用场景，且对接收机的频率数没有要求。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术所提供的技术方案有效的利用了多系统下卫星数量增加、卫星几何机构优化的优势，适应了当前北斗和GPS从站间双差组合观测处理向非差非组合发展的趋势，简化了周跳探测的流程，提高了探测的成功率和准确率，在周跳修复的过程中使用了部分模糊度固定的方法对非整周粗差进行剔除，可有效的提高北斗和GPS的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法、设备及存储设备
本专利技术涉及卫星导航定位
，尤其涉及北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法、设备及存储设备。
技术介绍
整周模糊度是GNSS(GlobalNavigationSatellitesSystem)载波相位观测值的未知整周部分，只有正确的解算模糊度，才能利用高精度的载波相位观测值进行高精度应用，例如RTK(Real-timeKinematic)、PPP(PrecisePointPositioning)等。然而，在实际环境中，GNSS接收机在接收卫星信号过程中，卫星信号会受到外部环境的遮挡，从而导致接收机不能连续跟踪信号也称为信号失锁，当重新跟踪到卫星信号时，其载波相关观测值的未知整周部分会发生变化，这种变化即为周跳，在GNSS数据处理的过程中，必须对周跳进行处理，否则会引入误差，例如GPSL1频段的载波相位观测值发生1周的周跳，弱不能将其探测到，则会引入0.19米的误差。另外，若对发生的周跳不进行修复，则需要对该卫星进行重新初始化，影响定位的连续性。北斗和GPS静止观测站是基于北斗和GPS位置服务中的重要设施之一，例如连续运行参考站网，其是现代化、大众化、集约化、高质量测绘基准体系的重要基础设施之一，也是高精度时空位置服务的重要基础设施之一。参考站网的连续稳定的模糊度解算是实现其高精度时空基准的基础，所以参考站的周跳探测与修复对于整个连续运行参考站网络的有效运行具有十分重要的意义。另外类似的静止观测站应用还包括：北斗和GPS变形监测站、北斗和GPS气象监测站、北斗和GPS时间比对观测站等等。所以研究北斗和GPS静止观测值的周跳探测与修复具有重要的理论和应用意义。目前对实时GNSS周跳的探测和修复研究较多，主要可以分为两种：第一种即为分卫星进行单独探测，这种方法主要通过多种观测值或者不同频率间的观测值进行组合，例如Blewitt提出的经典TurboEdit方法，主要就是利用GF组合和MW组合进行周跳探测与修复。这类方法可以对每颗卫星进行探测和修复，流程简单且有效。然而，这类方法需要将多频观测值进行组合探测，或者引入噪声较大的观测值例如伪距、多普勒等，引入其他传感器观测值时会增加硬件成本。另一种方法则以历元间差分法为代表，顾及卫星的几何结构，利用粗差探测法进行周跳探测，进而采用最小二乘的方法进行周跳修复。这类方法利用了电离层延迟、对流层延迟、硬件延迟等误差的时间相关性，利用历元间差分将其消除，在高采样率(例如1Hz)时可以对单频非差非组合数据进行周跳探测与修复，缺点在于探测周跳时需要利用粗差探测的方法，当存在多个周跳时，该方法不易准确探测周跳。静止观测站多具有采样率高，卫星数多的特点，且PPP、PPP-RTK等技术的兴起也对非差非组合的周跳探测与修复提出了要求，所以使用历元间差分法进行参考站的周跳探测与修复，同时利用参考站处于静止状态的特点，迫切需要构建一种适用于北斗和GPS静止观测站的非差非组合周跳修复与探测方法，能够探测观测值中整周周跳和非整周粗差，从而保证静止观测站连续可靠的模糊度解算，实现连续可靠的高精度位置服务。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法、设备及存储设备，北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法，主要包括以下步骤：请参考图1，图1是本专利技术实施例中北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法的流程图，具体包括如下步骤：S101：获取卫星接收机观测到的北斗和GPS卫星的载波相位观测值；根据相邻历元间的载波相位观测值生成相邻历元间的载波相位差分观测值；S102：按照卫星高度角从高到低选择一颗参考卫星，根据相邻历元间的载波相位差分观测值得到各卫星与参考卫星间的双差观测值；根据双差观测值选择出不存在粗差的卫星观测值；粗差包括整周周跳和非整周的粗差；S103：剔除不存在粗差的卫星观测值，得到所有存在粗差的卫星观测值，对存在粗差的卫星观测值的模糊度进行设置，即每个存在粗差的卫星观测值的模糊度对应一个模糊度变化参数；S104：采用阻尼最小二乘法对模糊度变化参数进行求解，得到模糊度变化浮点解和协方差矩阵；模糊度变化浮点解由各卫星观测值的模糊度变化参数对应的浮点解组成；S105：根据模糊度变化浮点解和协方差矩阵，采用LAMBDA方法对模糊度变化整数解进行搜索，得到模糊度变化整数解；模糊度变化整数解由各卫星观测值的模糊度变化参数对应的整数解组成；S106：根据模糊度变化整数解，对模糊度变化整数解中未被固定的模糊度参数所对应的卫星观测值进行剔除，将模糊度变化整数解中被固定的模糊度参数对应的卫星观测值作为存在整周周跳的卫星观测值，进行周跳修复。进一步地，在所述步骤S102的具体步骤中，包括：S201：根据卫星的高度角，从高到低将所有卫星进行排序；S202：选择序号为i的卫星为参考卫星，计算得到剩余的每颗卫星与参考卫星的双差观测值；其中第一次选择的参考卫星的序号i＝1；S203：将各双差观测值的绝对值从小到大进行排序；S204：若所有的卫星观测值中有n颗不存在粗差，则从小到大依次选择n-1颗卫星对应的双差观测值求均方根误差，均方根误差RMSE的计算公式如公式(1)所示：S205：若均方根误差RMSE小于预设值X1，则序号为i的参考卫星和参与均方根误差计算的n-1颗卫星为不存在粗差的n颗卫星，到步骤S208；S206：若均方根误差RMSE大于等于预设值X1，则序号为i的参考卫星为存在粗差的卫星，将序号为i的参考卫星剔除，并判断所有的卫星是否都已经遍历；若是，则到步骤S208，否则，到步骤S207；S207：将i更新为i+1，返回步骤S202；S208：结束搜索。进一步地，在步骤S205中，预设值X1的值为1cm。进一步地，在步骤S104中，采用阻尼最小二乘法对存在粗差的卫星观测值的模糊度变化参数求解的具体方法为：对存在粗差的卫星观测值设置模糊度变化参数，如公式(2)所示：公式(2)中，为载波相位差分观测值；Δε为接收机噪声和极小的未消除的误差；ex，ey和ez为三个分量的方向余弦；和分别为相邻历元间的各位置变化分量；Δt为相邻历元间的接收机钟差变化值；根据公式(2)，构建阻尼最小二乘法方程，如公式(3)所示：其中，为待解算的未知量，代表钟差变化加模糊度变化参数；代表位置参数；P代表观测值权阵，P的取值根据双差观测值的噪声取值确定；A和B为系数矩阵，根据公式获取；代表载波相位差分观测值矩阵；PX为阻尼因子，代表先验坐标的权阵，PX的计算如公式(4)：其中，(σxσyσz)为相邻历元间标准差，为相邻历元间载波相位差分观测值的单位权方差；求解出公式(3)，即可得到模糊度变化浮点解和协方差矩阵，模糊度变化浮点解为t_N中剔除钟差变化cΔt后剩下的部分，协方差矩阵为ATPA+PX的逆。进一步地，相邻历元间标准差的值为(111)，相邻历元间载波相位差分观测值的单位权方差的值为0.0001m。进一步地，在步骤S105中，采用LAMBDA方法对模糊度变化整数解进行搜索的具体步骤为：S301：根据步骤S104中计算得到的协方差矩阵，求得模糊度变化整数解的变化范围和精度，以步骤S104中求出的模糊度变化浮点解为初始解，结合模糊度变化整数解的范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法，其特征在于：包括以下步骤：S101：获取卫星接收机观测到的北斗和GPS卫星的载波相位观测值；根据相邻历元间的载波相位观测值生成相邻历元间的载波相位差分观测值；S102：按照卫星高度角从高到低选择一颗参考卫星，根据相邻历元间的载波相位差分观测值得到各卫星与参考卫星间的双差观测值；根据双差观测值选择出不存在粗差的卫星观测值；粗差包括整周周跳和非整周的粗差；S103：剔除不存在粗差的卫星观测值，得到所有存在粗差的卫星观测值，对存在粗差的卫星观测值的模糊度进行设置，即每个存在粗差的卫星观测值的模糊度对应一个模糊度变化参数；S104：采用阻尼最小二乘法对模糊度变化参数进行求解，得到模糊度变化浮点解和协方差矩阵；模糊度变化浮点解由各卫星观测值的模糊度变化参数对应的浮点解组成；S105：根据模糊度变化浮点解和协方差矩阵，采用LAMBDA方法对模糊度变化整数解进行搜索，得到模糊度变化整数解；模糊度变化整数解由各卫星观测值的模糊度变化参数对应的整数解组成；S106：根据模糊度变化整数解，对模糊度变化整数解中未被固定的模糊度参数所对应的卫星观测值进行剔除，将模糊度变化整数解中被固定的模糊度参数对应的卫星观测值作为存在整周周跳的卫星观测值，进行周跳修复。...

【技术特征摘要】
1.北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法，其特征在于：包括以下步骤：S101：获取卫星接收机观测到的北斗和GPS卫星的载波相位观测值；根据相邻历元间的载波相位观测值生成相邻历元间的载波相位差分观测值；S102：按照卫星高度角从高到低选择一颗参考卫星，根据相邻历元间的载波相位差分观测值得到各卫星与参考卫星间的双差观测值；根据双差观测值选择出不存在粗差的卫星观测值；粗差包括整周周跳和非整周的粗差；S103：剔除不存在粗差的卫星观测值，得到所有存在粗差的卫星观测值，对存在粗差的卫星观测值的模糊度进行设置，即每个存在粗差的卫星观测值的模糊度对应一个模糊度变化参数；S104：采用阻尼最小二乘法对模糊度变化参数进行求解，得到模糊度变化浮点解和协方差矩阵；模糊度变化浮点解由各卫星观测值的模糊度变化参数对应的浮点解组成；S105：根据模糊度变化浮点解和协方差矩阵，采用LAMBDA方法对模糊度变化整数解进行搜索，得到模糊度变化整数解；模糊度变化整数解由各卫星观测值的模糊度变化参数对应的整数解组成；S106：根据模糊度变化整数解，对模糊度变化整数解中未被固定的模糊度参数所对应的卫星观测值进行剔除，将模糊度变化整数解中被固定的模糊度参数对应的卫星观测值作为存在整周周跳的卫星观测值，进行周跳修复。2.如权利要求1所述的北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法，其特征在于：所述步骤S102的具体步骤中，包括：S201：根据卫星的高度角，从高到低将所有卫星进行排序；S202：选择序号为i的卫星为参考卫星，计算得到剩余的每颗卫星与参考卫星的双差观测值；其中第一次选择的参考卫星的序号i＝1；S203：将各双差观测值的绝对值从小到大进行排序；S204：若所有的卫星观测值中有n颗不存在粗差，则从小到大依次选择n-1颗卫星对应的双差观测值求均方根误差，均方根误差RMSE的计算公式如公式(1)所示：S205：若均方根误差RMSE小于预设值X1，则序号为i的参考卫星和参与均方根误差计算的n-1颗卫星为不存在粗差的n颗卫星，到步骤S208；S206：若均方根误差RMSE大于等于预设值X1，则序号为i的参考卫星为存在粗差的卫星，将序号为i的参考卫星剔除，并判断所有的卫星是否都已经遍历；若是，则到步骤S208，否则，到步骤S207；S207：将i更新为i+1，返回步骤S202；S208：结束搜索。3.如权利要求2所述的北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法，其特征在于：在步骤S205中，预设值X1的值为1cm。4.如权利要求1所述的北斗和GPS观测值周跳探测与修复方法，其特征在于：在步骤S104中，采用阻尼最小二乘法对存在粗差的卫星观测值的模糊度变化参数求解的具体方法为：对存在粗差的卫星观测值设置模糊度变化参数，如公式(2)所示：公式(2)中，为载波相位差分观测值；Δε为接收机噪声和极小的未消除的误差；ex，ey和ez为三个分量的方向余弦；和分别为相邻历元间的各位置变化分量；Δt为相邻历元间的接收机钟差变化值；根据公式(2)，构建阻尼最小二乘法方程，如公式(3)所示：其中，为待解算的未知量，代表钟差变化加模糊度变化参数；代表位置参数；P代表观测值权阵，P的取值根据双差观测值的噪声取值确定；A和B为系数矩阵，根据公式获取；代表载波相位差分观测值矩阵；PX为阻尼因子，代表先验坐标的权阵，PX的计算如公式(4)：其中，(σxσyσz)为相邻历元间标准差，为相邻历元间载波相位差分观测值的单位权方差；求解出公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹蓉，黎争，赵鹏，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42