一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法技术

本发明专利技术提出了一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，以固定概率最大为目标，优选三组线性组合，提高了三频周跳探测与修复的概率。现有方法中，一般分别独立考虑长波长、低组合噪声、低电离层延迟三个条件，由于三个条件无法同时满足，因此现有方法主要是定性的优选几组线性组合进行周跳探测与修复，周跳固定概率不高。本发明专利技术不再分别独立考虑这三个约束，而是将这三个约束转换为固定概率，以固定概率最大为目标，进行线性组合优选，使得三频周跳探测与修复概率最大，对充分发挥三频观测数据优势最终提高定位精度有重大意义。

A three frequency cycle slip detection and repair method based on optimal fixed probability

The invention proposes a three frequency cycle slip detection and repair method based on the optimal fixed probability. Taking the maximum fixed probability as the target, three groups of linear combinations are optimized to improve the probability of three frequency cycle slip detection and repair. In the existing methods, long wavelength, low combined noise and low ionospheric delay are generally considered separately. Because the three conditions cannot be met at the same time, the existing methods mainly select several groups of linear combinations to detect and repair cycle slips qualitatively, and the fixed probability of cycle slips is not high. The invention no longer considers the three constraints independently, but converts the three constraints into fixed probability, takes the maximum fixed probability as the goal, and carries out linear combination optimization, so as to maximize the detection and repair probability of three frequency cycle slips, which is of great significance to give full play to the advantages of three frequency observation data and ultimately improve the positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法
本专利技术涉及卫星导航系统高精度数据处理领域，特别是涉及一种三频周跳探测与修复方法。
技术介绍
载波相位观测噪声比伪距观测噪声小2个数量级，在卫星导航系统高精度数据处理领域有着广泛的应用。实际环境中，由于信号遮挡、干扰等因素影响，载波相位观测值会发生整周跳变，一般将该现象称为周跳。周跳的出现打破了载波相位连续性，在载波相位观测值应用到高精度数据处理之前，必须进行周跳探测与修复。目前，以北斗、GPS为代表的卫星导航系统可以播发三频导航信号，为周跳探测与修复方法带来了信息冗余，提供了周跳固定概率。三频周跳探测与修复方法的一般思路是选取三组线性独立的线性组合分别进行周跳探测与修复，当三个线性组合的周跳探测量固定后，再通过矩阵变换恢复各个频点的周跳值。传统方法在选取三组线性组合时，一般以长波长、低组合噪声、低电离层延迟为目标进行优选，但上述三个条件无法同时满足，因此传统方法只能给出几组相对较优的组合，三频观测数据带来的优势并未得到充分发挥。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提出一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，以固定概率最大为目标，优选三组线性组合，提高三频周跳探测与修复的概率。三频周跳探测与修复方法一般需要选取三组线性独立的线性组合分别进行周跳探测与修复，当三个线性组合的周跳探测量固定后，再通过矩阵变换恢复各个频点的周跳值。传统方法在选取三组线性组合时，只能定性的以长波长、低组合噪声、低电离层延迟为目标，选取几组相对较优的组合，三频观测数据带来的优势并未得到充分发挥。本专利技术不再分别独立考虑长波长、低组合噪声、低电离层延迟三个条件，而是以最优固定概率为目标选择三组线性组合，使得周跳固定概率最大，充分发挥三频观测数据的优势，进行三频周跳探测与修复。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是：一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，对于卫星导航系统播发的三频导航信号，首先获取卫星导航系统三个频点的载波相位以及伪距，以最优固定概率为目标，构造卫星导航系统三组周跳探测组合以及对应的三组周跳探测组合探测量，恢复卫星导航系统三个频点各自的周跳值。本专利技术中，所述卫星导航系统为能够播发三频导航信号的卫星导航系统。进一步地，卫星导航系统为北斗系统或者GPS系统。对于北斗系统，三个频点分别对应其B1，B2，B3三个频点。对于GPS系统，三个频点分别对应其L1，L2，L5三个频点。本专利技术中，构造卫星导航系统三组周跳探测组合以及对应的三组周跳探测组合探测量，恢复卫星导航系统三个频点各自的周跳值，包括以下步骤：1)获取卫星导航系统三个频点的载波相位以及伪距，利用公式(1)构造卫星导航系统第一组周跳探测组合：其中，c为光速；φ1,φ2,φ3分别为三个频点以米为单位的载波相位；ρ1,ρ2,ρ3分别为三个频点以米为单位的伪距。λi,j,k为第一组周跳探测组合波长，由公式(2)计算：对于北斗系统，三个频率分别为f1,f2,f3的频点分别对应B1，B2，B3，对于GPS系统，三个频率分别为f1,f2,f3的频点分别对应L1，L2，L5。(i,j,k)为第一组周跳探测线性组合的载波系数，(l1,l2,l3)为第一组周跳探测线性组合的伪距系数，给定载波系数(i,j,k)后，伪距系数(l1,l2,l3)由公式(3)确定：其中，σρ为伪距噪声标准差，取0.3m；λ1为频率为f1的频点的波长，其通过λ1＝c/f1计算；α,β为辅助参数，由公式(3)一并求出。表1分别列出了第一组周跳探测组合固定概率从高到低排列的5组北斗系统(BDS)和GPS系统的载波系数和伪距系数：表1第一组周跳探测组合由表1可知，为满足最优固定概率，对于北斗系统和GPS系统，载波系数(i,j,k)均取(0,-1,1)，伪距系数分别取表格中对应的伪距系数。2)利用公式(4)构造卫星导航系统第一组周跳探测组合探测量：ΔL1(ind)＝L1(ind)-L1(ind-1)(4)其中，ind表示第几个历元，L1表示第一组周跳探测组合的结果，由公式(1)计算。3)利用公式(5)构造卫星导航系统第二组周跳探测组合：其中，(i,j,k)为第一组周跳探测组合中的载波系数，在步骤1)中已经给出，int(ΔL1)表示对公式(4)四舍五入取整，(m,n,t)为第二组周跳探测组合中的载波系数，λm,n,t为第二组周跳探测组合的波长，由公式(6)计算：表2分别列出了第二组周跳探测组合固定概率最高的10组BDS和GPS的载波系数表2第二组周跳探测组合由表2可知，对BDS和GPS而言，上述10组组合固定概率相同，因此，截止到此处，不能确定第二组周跳探测组合的选取，上述10组载波系数都作为备选方案参与到下面介绍的第三组周跳探测组合中。4)利用公式(7)构造卫星导航系统第二组周跳探测组合探测量：ΔL2(ind)＝L2(ind)-L2(ind-1)(7)其中，ind表示第几个历元，L2表示第二组周跳探测组合的结果，由公式(5)计算。5)利用公式(8)构造卫星导航系统第三组周跳探测组合：其中，(m,n,t)为第二组周跳探测组合的载波系数，取表2中的值。int(ΔL2)表示对公式(7)四舍五入取整。(u,v,w)为第三组周跳探测组合的载波系数。λu,v,w为第三组周跳探测组合的波长，由公式(9)计算：表3分别列出了固定概率最高的BDS和GPS的第二组和第三组载波系数：表3第二、三组周跳探测组合由表3可知，为满足最优固定概率，对于北斗系统，第二组组合的载波系数(m,n,t)取(1,-5,4),第三组组合的载波系数(u,v,w)取(-3,0,4)。对于GPS系统，第二组组合的载波系数(m,n,t)取(1,4，-5)，第三组组合的载波系数(u,v,w)取(-3,2,2)。6)利用公式(10)构造卫星导航系统第三组周跳探测组合探测量：ΔΔL3(ind)＝[L3(ind)-L3(ind-1)]-[L3(ind-1)-L3(ind-2)](10)其中，ind表示第几个历元，L3表示第三组周跳探测组合的结果，由公式(8)计算。7)恢复卫星导航系统三个频点各自的周跳值对于北斗系统，利用公式(11)恢复北斗系统三个频点各自的周跳值：对于GPS系统，利用公式(12)恢复GPS系统三个频点各自的周跳值：其中，(ΔN1,ΔN2,ΔN3)为三个频点上各自的周跳值，(int(ΔL1),int(ΔL2),int(ΔΔL3))为对公式(4)、(7)、(10)分别四舍五入取整的结果。本专利技术相比以往技术方法，具有以下明显优点：1、本专利技术不再分别独立考虑长波长、低组合噪声、低电离层延迟这三个约束，而是将这三个约束转换为固定概率，以固定概率最大为目标，进行线性组合优选，使得三频周跳探测与修复概率最大；2、本专利技术在构造第三个组合探测量时，采用了二次历元差分的方法，消弱了电离层延迟的影响，使得本专利技术在电离层活跃场景下仍然可以以较高概率进行周跳探测与修复。附图说明图1是本专利技术三频周跳探测与修复方法框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。参照图1，本专利技术一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，对于卫星导航系统播发的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，其特征在于，对于卫星导航系统播发的三频导航信号，首先获取卫星导航系统三个频点的载波相位以及伪距，以最优固定概率为目标，构造卫星导航系统三组周跳探测组合以及对应的三组周跳探测组合探测量，恢复卫星导航系统三个频点各自的周跳值。

【技术特征摘要】
1.一种基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，其特征在于，对于卫星导航系统播发的三频导航信号，首先获取卫星导航系统三个频点的载波相位以及伪距，以最优固定概率为目标，构造卫星导航系统三组周跳探测组合以及对应的三组周跳探测组合探测量，恢复卫星导航系统三个频点各自的周跳值。2.根据权利要求1所述的基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，其特征在于，卫星导航系统为北斗系统或者GPS系统。3.根据权利要求2所述的基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，其特征在于，所述卫星导航系统为北斗系统，对于北斗系统，三个频率分别为f1,f2,f3的频点分别对应B1，B2，B3；构造其三组周跳探测组合以及对应的三组周跳探测组合探测量的方法如下：(1)利用公式(1)构造第一组周跳探测组合：其中，c为光速；φ1,φ2,φ3分别为三个频点以米为单位的载波相位；ρ1,ρ2,ρ3分别为三个频点以米为单位的伪距；λi,j,k为第一组周跳探测组合波长，由公式(2)计算：(i,j,k)为第一组周跳探测线性组合的载波系数，(l1,l2,l3)为第一组周跳探测线性组合的伪距系数，给定载波系数(i,j,k)后，伪距系数(l1,l2,l3)由公式(3)确定：其中，σρ为伪距噪声标准差，取0.3m；λ1为频率为f1的频点的波长，其通过λ1＝c/f1计算得到；α,β为辅助参数，由公式(3)一并求出；(2)利用公式(4)构造第一组周跳探测组合探测量：ΔL1(ind)＝L1(ind)-L1(ind-1)(4)其中，ind表示第几个历元，L1表示第一组周跳探测组合的结果，由公式(1)计算得到；(3)利用公式(5)构造第二组周跳探测组合：其中，int(ΔL1)表示对公式(4)四舍五入取整；(m,n,t)为第二组周跳探测组合中的载波系数；λm,n,t为第二组周跳探测组合的波长，由公式(6)计算：(4)利用公式(7)构造第二组周跳探测组合探测量：ΔL2(ind)＝L2(ind)-L2(ind-1)(7)其中，ind表示第几个历元，L2表示第二组周跳探测组合的结果，由公式(5)计算；(5)利用公式(8)构造第三组周跳探测组合：其中，int(ΔL2)表示对公式(7)四舍五入取整，(u,v,w)为第三组周跳探测组合的载波系数，λu,v,w为第三组周跳探测组合的波长，由公式(9)计算：(6)利用公式(10)构造第三组周跳探测组合探测量：ΔΔL3(ind)＝[L3(ind)-L3(ind-1)]-[L3(ind-1)-L3(ind-2)](10)其中，ind表示第几个历元，L3表示第三组周跳探测组合的结果，由公式(8)计算。4.根据权利要求3所述的基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，其特征在于，步骤(1)中，第一组周跳探测组合中的载波系数(i,j,k)均取(0,-1,1),伪距系数(l1,l2,l3)取(-0.0646，0.2771，0.7874)；步骤(3)中，第二组周跳探测组合中的载波系数(m,n,t)取(1,-5,4)；步骤(5)中，第三组周跳探测组合中的载波系数(u,v,w)取(-3,0,4)。5.根据权利要求3或4所述的基于最优固定概率的三频周跳探测与修复方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏跃，王耀鼎，刘文祥，刘增军，王飞雪，楼生强，李峥嵘，李井源，黄龙，牟卫华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43