【技术实现步骤摘要】
一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法
本专利技术涉及GNSS卫星导航数据处理
，尤其涉及一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法。
技术介绍
采用GNSS的时间差分载波相位观测量可以在单站情况下进行精密的速度测量，然而这种GNSS测速方法存在如下两点不足：第一，该方法是一种历元间平均速度测量方法，而不是瞬时速度测量方法；第二，该方法只能得到观测历元处的速度值，而无法直接得到其他时刻处(不在观测历元处)的速度。对上述速度进行中心差分而得到的加速度也将存在类似的缺陷。然而在很多科学和工程领域，人们感兴趣的是载体的瞬时速度和/或瞬时加速度，而不是历元间平均速度和平均加速度。
技术实现思路
专利技术目的：针对单站情况下，通过GNSS载波相位观测量载体的瞬时速度和瞬时加速度的过程中，存在的无法测量瞬时速度和除观测历元处之外其他时刻处的速度无法直接获取的问题，本专利技术提出一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法。技术方案：为实...
【技术保护点】
1.一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法，其特征在于，所述方法具体包括有如下步骤：/nS1：采集预设时间段内的GNSS载波相位观测量；/nS2：将所述GNSS载波相位观测量进行历元间差分操作，构建时间差分载波相位观测量及对应的第一观测方程；/nS3：通过最小二乘法逐历元处理所述时间差分载波相位观测量，获取历元间位移和接收机钟差的增量向量及其协方差矩阵，并计算得到位移增量和接收机钟差增量组成的增量向量的估计值在相邻历元间的互协方差矩阵；/nS4：从所述位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量的估计值中，提取出三个不同方向的位移增量，并分别组成三个序列，所...
【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法，其特征在于，所述方法具体包括有如下步骤：
S1：采集预设时间段内的GNSS载波相位观测量；
S2：将所述GNSS载波相位观测量进行历元间差分操作，构建时间差分载波相位观测量及对应的第一观测方程；
S3：通过最小二乘法逐历元处理所述时间差分载波相位观测量，获取历元间位移和接收机钟差的增量向量及其协方差矩阵，并计算得到位移增量和接收机钟差增量组成的增量向量的估计值在相邻历元间的互协方差矩阵；
S4：从所述位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量的估计值中，提取出三个不同方向的位移增量，并分别组成三个序列，所述三个序列即为相应方向的位移增量序列，同时将所述位移增量序列称为位移增量序列观测向量，将所述位移增量序列观测向量表示为y，对应的观测误差表示为e，观测误差的协方差矩阵表示为Qee，所述观测误差的协方差矩阵通过协方差矩阵和互协方差矩阵进行构建；
S5：根据所述位移增量序列观测向量y和观测误差的协方差矩阵Qee，获取相应方向位移的稀疏核函数模型；
S6：根据所述稀疏核函数模型，确定出相应方向的速度模型和加速度模型，获取瞬时速度和加速度大小。
2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法，其特征在于，在所述步骤S2中，构建所述时间差分载波相位观测量及对应的第一观测方程，具体如下：
S2.1：根据所述预设时间段内的GNSS载波相位观测量，将前后两个历元处的载波相位观测量相减，得到所述预设时间段内所有的时间差分载波相位观测量；
S2.2：将任一历元处所有可见卫星所对应的时间差分载波相位观测量组成观测向量，并将所述观测向量表示为所述观测向量对应于第一观测方程，所述第一观测方程具体为：
其中：为第k历元处的观测向量，Hk为第k历元处的观测矩阵，hk为第k历元处的位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量，εk为第k历元处的载波相位观测量的观测误差，εk-1为第k-1历元处的载波相位观测量的观测误差。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过最小二乘法逐历元处理所述时间差分载波相位观测量，具体为：
其中：
为第k历元处的位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量的估计值，Hk为第k历元处的观测矩阵，Qεε,k为εk的协方差矩阵，εk为第k历元处的载波相位观测量的观测误差，Qhh,k为的协方差矩阵，Qεε,k-1为εk-1的协方差矩阵，εk-1为第k-1历元处的载波相位观测量的观测误差，为第k历元处的观测向量。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量的估计值在相邻历元间的互协方差矩阵的计算公式，具体为：
其中：
Rhh,k为和之间的互协方差矩阵，为第k历元处的位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量的估计值，为第k-1历元处的位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量的估计值，为第k历元处的观测向量，为第k-1历元处的观测向量，εk-1为第k-1历元处的观测向量的观测误差，Qεε,k-1为εk-1的协方差矩阵，Qεε,k为εk的协方差矩阵，εk为第k历元处的载观测向量的观测误差，Qεε,k-2为εk-2的协方差矩阵，εk-2为第k-2历元处的观测向量的观测误差，Hk为第k历元处的观测矩阵，Hk-1为第k-1历元处的观测矩阵。
5.根据权利要求4所述的一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述观测误差的协方差矩阵Qee的主对角线元素，即为所述位移增量序列观测向量对应的协方差矩阵中的对角线元素，所述观测误差的协方差矩阵Qee的次对角线元素，即为所述位移增量序列观测向量对应的互协方差矩阵中的对角线元素，所述观测误差的协方差矩阵，具体为：
其中：Qee为观测误差向量的协方差矩阵，令建模方向对应于向量hk的第j个元素，hk为第k历元处的位移增量和接收机钟差增量组成的增量参数向量，则：q1为Qhh,1的第j个对角线元素，q2为Qhh,2的第j个对角线元素，q3为Qhh,3的第j个对角线元素，qn-2为Qhh,n-2的第j个对角线元素，qn-1为Qhh,n-1的第j个对角线元素，Qhh,k为的协方差矩阵，为第k历元处的位移增量和接收机钟差增量组成的增量向量的估计值，r1为Rhh,1的第j个对角线元素，r2为Rhh,2的第j个对角线元素，rn-2为Rhh,n-2的第j个对角线元素，Rhh,k为和之间的互协方差矩阵，为第k-1历元处的位移增量和接收机钟差增量组成的增量向量的估计值。
6.根据权利要求5所述的一种基于稀疏核学习的单站GNSS瞬时速度和加速度构建方法，其特征在于，在所述步骤S5中，获取相应方向位移的稀疏核函数模型，具体如下：
S5.1：预设N组超参数，从中选出第i组超参数进行使用，所述超参数包括核函数宽度参数和正则化参数；
S5.2：根据所述选出的核函数宽度参数，采用GaussRBF核函数，将任一方向位移的时间连续函数表示为如下核函数模型，具体为：
其中：xt为t时刻相应方向的位移，n为观测历元的总个数，αj为第j个核函数的系数，K为核函数，t为时间，tj为第j个核函数的中心时刻；
S5.3：通过所述不同方向的位移增量序列和核函数模型，获取各方向的位移增量序列和核函数模型之间的关系，具体为：
其中：κkj＝K(tk,tj)-K(tk-1,tj)
dk为相应方向位移增量序列在第k历元处的值，为tk时刻处相应方向的位移，为tk-1时刻处相应方向的位移，n为观测历元的总个数，αj为第j个核函数的系数，tk为第k个观测历元对应的时间，tk-1为第k-1个观测历元对应的时间，tj为第j个核函数的中心时刻，K为核函数；
S5.4：根据所述各方向的位移增量序列和核函数模型之间的关系，确定出所述第二观测方程，具体为：
y＝Aα+e
其中：矩阵A的第k行第j列元素为：κkj＝K(tk,tj)-K(tk-1,tj)
y为位移增量序列观测向量，A为κkj组成的矩阵，K为核函数，tk为第k个观测历元对应的时间，tk-1为第k-1个观测历元对应的时间，tj为第j个核函数的中心时刻，α为所有核函数系数组成的向量，e为观测误差向量；
S5.5：将初始历元处的位移设置为零，确定出第一个核函数系数的求解公式，具体为：
α1＝-bTβ
其中：uj＝K(t1,tj)，u＝[u1u2…un]T
α1为第一个核函数的系数，b为向量u中除第一个元素之外的向量部分，K为核函数，t1为初始时间，tj为第j个核函数的中心时刻，β为待求解参数；
S5.6：将所述第一个核函数系数的求解公式代入第二观测方程中，同时令A＝[cC]，确定出待求解参数的观测方程，具体为：
其中：κkj＝K(tk,tj)-K(tk-1,tj)，uj＝K(t1,tj)，u＝[u1u2…un]T，B＝C-cbT
y为位移增量序列观测向量，A为κkj组成的矩阵，K为核函数，tk为第k个观测历元对应的时间，tk-1为第k-1个观测历元对应的时间，tj为第j...
【专利技术属性】
技术研发人员：常国宾，钱妮佳，陈超，张书毕，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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