一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法，为了探测载波相位是否存在周跳，根据伪距与载波相位观测值计算载波差量，并利用Gaussian膨胀法确定载波差量周跳判决门限值；为了减小异常电离层干扰对载波相位平滑伪距精度影响，通过计算伪码‑载波偏离度以自适应调节Hatch滤波器平滑窗口时间长度，当电离层出现异常时减小载波相位在平滑滤波器中的权重。本发明专利技术能够有效提高伪距平滑精度，同时能够提高机载端位置计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法
本专利技术属于星基导航增强系统领域，具体涉及一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法。
技术介绍
飞机的精密进近与着陆是飞行过程中最为关键的阶段，其对导航系统精度与完好性的要求较高，将北斗作为一种主要的导航设备应用于飞机的进近与着陆是未来民用航空导航的发展趋势。民用航空导航使用的北斗标准定位服务，难以满足其在定位精度、连续性、完好性和可用性等方面的需求，因此出现了基于北斗的各种增强系统，其中地基增强系统(GroundBasedAugmentationSystem,GBAS)通过差分定位提高了卫星导航精度，并增加了一系列完好性监测算法，能够为机场覆盖终端区空域范围内的配置相应机载设备的飞机提供I类(CAT-I)甚至更高等级精密进近、着陆引导服务.美国、欧洲、日本等先后开展了基于全球定位系统(globalpositioningsystem，GPS)的地基增强系统研究工作，其中美国Honeywell公司研制的满足CAT-I类精密进近GBAS于2009年获得首次系统设计认证，澳大利亚悉尼机场于2009年安装了Honeywell研制的SLS-4000型GBAS。我国的北斗卫星导航系统(BeidouNavigationSystem,BDS)截止2012年已经具备向亚太地区提供无源定位、导航与授时服务，2014年我国正式启动基于BDS的地基增强系统工程建设，目前已经投入使用，在全国建设了150个框架基站，能够提供米级精度的定位服务。目前国内科研院所正在积极开展基于北斗的差分定位与完好性监测等相关研究工作。地基增强系统基准站接收机能够实时接收卫星信号并根据卫星的轨道参数计算得到卫星的空间位置坐标，利用卫星的空间位置坐标以及基准站的精确位置信息可以得到基准站与卫星的几何距离值，与卫星播发的伪距信息进一步可以得到伪距差分修正值。由于一个C/A码的波长约300m，其测量噪声误差一般为波长的1％，即为3m，同时多路径误差会影响伪距测量精度，而载波相位测量值虽然含有整周模糊度，但是其非常平滑，其精度高达毫米量级。载波相位平滑伪距将伪距无整周模糊度与载波相位观测量高精度的特点相结合，能够有效提高伪距测量精度。目前用于伪距平滑的方法主要有Hatch滤波器和Kalman滤波器，这两种方法都能实现伪距的平滑，但是对平滑过程中电离层异常以及相位周跳的研究较少。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法，利用伪距与载波相位观测值计算载波差量，从而判断载波相位是否存在周跳，进一步当载波相位无周跳发生时，根据伪距与载波相位观测值计算伪码-载波偏离度，以此判断电离层是否存在异常，如果电离层发生异常，则自适应调节Hatch滤波器平滑窗口时间大小，克服异常电离层干扰对伪距平滑精度影响。技术方案：本专利技术所述的一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法，包括以下步骤：步骤1，根据北斗卫星导航系统(BeidouNavigationSystem,BDS)接收机伪距与载波相位观测值计算载波差量，并与计算得到的载波差量门限值进行比较，如果载波差量大于载波差量门限值，说明载波相位发生周跳，则初始化滤波器，否则根据伪距与载波相位观测值计算伪码-载波偏离度值，并与设置的伪码-载波偏离度门限值进行比较；步骤2，如果伪码-载波偏离度大于门限值，则说明电离层发生异常，此时平滑窗口时间为T1，如果伪码-载波偏离度不大于门限值，说明电离层较为平稳，此时设置平滑窗口时间为T2，利用Hatch滤波器对伪距进行平滑；步骤1中，根据如下公式计算载波差量temp：temp＝|λ(φk-φk-1)-(ρk-ρk-1)|，式中，λ为载波波长，φk和φk-1分别为历元k时刻的载波相位观测值和k-1时刻的载波相位观测值，ρk和ρk-1分别为k时刻的伪距观测值和k-1时刻的伪距观测值。步骤1中，根据如下方法计算得到载波差量门限值：步骤1-1，计算得到每颗卫星每个历元时刻的载波差量；步骤1-2，按卫星仰角划分载波差量区间，以10°为一个区间进行划分，并分别计算每个区间内载波差量的均值μelev与标准差σelev；步骤1-3，利用5阶多项式拟合其它角度均值与标准差，其表达式为：y＝A5x5+A4x4+A3x3+A2x2+A1x+A0，式中，Ai为需要拟合的第i个参数，i取值为0～5，x为输入卫星仰角，其取值分别为5°、15°、25°、35°、45°、55°、65°、75°、85°，y为需要拟合的载波差量均值或者标准差；步骤1-4，对步骤1-1得到的载波差量进行归一化；步骤1-5，统计归一化后的载波差量，绘制归一化后载波差量分布直方图，并根据每个间隔点内的载波差量数据个数与载波差量总个数计算其概率密度值，即利用间隔内载波差量数据个数除以载波差量总个数，由此得到其概率密度值；步骤1-6，计算膨胀系数f；步骤1-7，根据得到的膨胀系数f以及均值μelev与标准差σelev获得该组样本数据的载波差量门限值Thresholdelev：Thresholdelev＝μelev±6fσelev。步骤1-4中，采用如下公式对样本参数进行归一化：式中，x表示载波差量采样数据，表示归一化后的载波差量值；步骤1-6包括：根据步骤1-5计算得到的概率密度分布情况绘制样本数据的概率密度分布图，并在其中绘制标准正态分布概率密度曲线，然后对标准正态分布的概率密度曲线进行膨胀，直至膨胀所得到的曲线完全包络样本数据的概率密度曲线两侧的样本数据，从而得到膨胀系数f。步骤1中，根据如下公式计算伪码-载波偏离度：ρk＝ρIF,k+Ik+ερ,k，φk＝ρIF,k-Ik+λN+εφ,k，ρIF,k＝rk+c[δtu,k-δts,k]+Tk，式中，ρIF,k为k时刻无电离层影响的伪距，rk为k时刻星站真实的几何距离，c为光速，δtu,k和δts,k分别为k时刻接收机钟差和卫星钟差，Ik和Tk分别为k时刻电离层延迟和对流层延迟，λ为波长，N为整周模糊度，ερ,k和εφ,k分别为k时刻接收机端伪距和相位观测误差，包括多路径误差；定义zk表示k时刻的伪距观测值ρk与载波相位观测值φk之差：zk＝ρk-φk＝2Ik+ερ,k-εφ,k-λ·N设定观测时段内，接收机一直锁定，无载波失锁和失周，整周模糊度N值保持不变，同时令δεk＝ερ,k-εφ,k，则有：式中，dzk表示待估计伪码-载波偏离度，δεk表示伪距噪声与载波相位噪声差分量，表示估计得到的电离层延时速率，其大小与卫星仰角、空间电子浓度值等因素相关，Ts＝1s，表示相邻两个历元间隔时间；为了抑制伪距噪声、多路径测量误差等对伪码-载波偏离度估计精度影响，采用二阶线性时不变低通滤波器滤除dzk中高频噪声，计算公式如下：式中，d1,k与d1,k-1为过程中间变量，Dvgck与Dvgck-1表示k时刻经过低通滤波后的伪码-载波偏离度与k-1时刻经过低通滤波后的伪码-载波偏离度；τ1＝τ2＝30s，表示单位观测时刻的长度。步骤1中，根据大量实验，设置伪码-载波偏离度门限值为0.02m/s。步骤2中，根据大量实验，设置T1为20s，T2为100s。有益效果：1、本专利技术提出的载波相位周跳判本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据北斗卫星导航系统接收机伪距与载波相位观测值计算载波差量，并与计算得到的载波差量门限值进行比较，如果载波差量大于载波差量门限值，说明载波相位发生周跳，则初始化滤波器，否则根据伪距与载波相位观测值计算伪码‑载波偏离度值，并与设置的伪码‑载波偏离度门限值进行比较；步骤2，如果伪码‑载波偏离度大于门限值，则说明电离层发生异常，此时平滑窗口时间为T1，如果伪码‑载波偏离度不大于门限值，说明电离层较为平稳，此时设置平滑窗口时间为T2，利用Hatch滤波器对伪距进行平滑。

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗的地基增强系统载波相位平滑伪距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据北斗卫星导航系统接收机伪距与载波相位观测值计算载波差量，并与计算得到的载波差量门限值进行比较，如果载波差量大于载波差量门限值，说明载波相位发生周跳，则初始化滤波器，否则根据伪距与载波相位观测值计算伪码-载波偏离度值，并与设置的伪码-载波偏离度门限值进行比较；步骤2，如果伪码-载波偏离度大于门限值，则说明电离层发生异常，此时平滑窗口时间为T1，如果伪码-载波偏离度不大于门限值，说明电离层较为平稳，此时设置平滑窗口时间为T2，利用Hatch滤波器对伪距进行平滑。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，根据如下公式计算载波差量temp：temp＝|λ(φk-φk-1)-(ρk-ρk-1)|，式中，λ为载波波长，φk和φk-1分别为历元k时刻的载波相位观测值和k-1时刻的载波相位观测值，ρk和ρk-1分别为k时刻的伪距观测值和k-1时刻的伪距观测值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，根据如下方法计算得到载波差量门限值：步骤1-1，计算得到每颗卫星每个历元时刻的载波差量；步骤1-2，按卫星仰角划分载波差量区间，以10°为一个区间进行划分，并分别计算每个区间内载波差量的均值μelev与标准差σelev；步骤1-3，利用5阶多项式拟合其它角度均值与标准差，其表达式为：y＝A5x5+A4x4+A3x3+A2x2+A1x+A0，式中，Ai为需要拟合的第i个参数，i取值为0～5，x为输入卫星仰角，其取值分别为5°、15°、25°、35°、45°、55°、65°、75°、85°，y为需要拟合的载波差量均值或者标准差；步骤1-4，对步骤1-1得到的载波差量进行归一化；步骤1-5，统计归一化后的载波差量，绘制归一化后载波差量分布直方图，并根据每个间隔点内的载波差量数据个数与载波差量总个数计算其概率密度值，即利用间隔内载波差量数据个数除以载波差量总个数，由此得到其概率密度值；步骤1-6，计算膨胀系数f；步骤1-7，根据得到的膨胀系数f以及均值μelev与标准差σelev获得该组样本数据的载波差量门限值Th...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡杰，严勇杰，石潇竹，李贺，单尧，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32