一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，包括以下步骤：数据收集、数据预处理、地形环境建模、原始观测值粗差剔除、定位应用和地形环境模型更新。本发明专利技术主要利用北斗卫星观测弧段首尾点构建接收机天线地形环境模型，通过环境模型推导出基于地形的截止高度角进行伪距及相位观测值粗差识别，替代传统的常数截止高度角法，进而定位解算时精度能够大大提升。本发明专利技术针对复杂环境，在不增加额外成本的同时，利用便捷的方法实现原始观测值粗差的有效识别，提高北斗导航系统的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法
本专利技术属于卫星定位
，具体涉及一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法。
技术介绍
卫星定位通过接收机通视观测天顶方向多颗卫星，生成伪距、相位观测值进行空间位置确定。因此，为了得到厘米甚至毫米级的接收机天线位置，一般通过将接收机安装在四周无任何遮挡的地面上。随着国家减灾防灾项目大力实施和推进，精密定位技术在相关领域得到的大规模应用，普通测量型北斗接收机在高山峡谷等环境得到大面积部署和应用。北斗天线处于周围大范围高山遮挡和地表大面积植被影响的复杂环境(以下简称复杂环境),此时北斗部分卫星的观测质量受反射和衍射因素影响产生较大的粗差，如果不被准确识别和剔除，该粗差将对定位结果产生分米甚至米级影响。当前，接收机内部和传统定位处理方法采用的截止高度角法在复杂环境下的定位结果存在精度低、可靠性差等诸多不足。截止2020年我国北斗三号已经组网完成并提供全球服务，届时将由3GEO+3IGSO+24MEO颗卫星组成。如何基于我国北斗卫星导航系统实现复杂环境原始观测值的有效剔除，提高定位精度的同时又能便于实施，且不增加额外的经济成本，对于基于北斗三代导航应用在复杂环境下的大范围应用具有重要价值。
技术实现思路
针对现有北斗导航系统定位算法中基于常数截止高度角这一粗差处理算法在高山峡谷中的不足，提出基于北斗三代卫星导航系统观测信息建立测区遮挡的地形环境模型，进而提出一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法。本专利技术的技术方案为：一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，包括以下步骤：S1：数据收集利用已经部署的北斗三代导航系统进行所需数据信息采集，获取原始观测值；S2：数据预处理基于广播星历，对S1获取的所述原始观测值进行完整性检查，利用广播星历计算卫星位置，完成后利用接收机概略坐标计算每个历元的卫星方位角、高度角信息，并将卫星视线信息进汇总，输出连续观测弧段观测值，所述弧段观测值最开始和最后的观测值记为首尾点；S3：地形环境建模对S2输出的所述弧段观测值进行处理，利用处理后的多个弧段观测值组建观测方程，选择最小二乘准则进行拟合系统求解，并采用指标RMSE利用首尾点向量对拟合精度进行评价，最终求解处拟合系数，从0至360度，以0.5度为步长，利用所述拟合系数建立地形环境模型；S4：原始观测值粗差剔除重复S2再次获取弧段观测值，并使用S3求出的所述地形环境模型推导出基于地形的截止高度角，用于对再次获取的弧段观测值进行粗差剔除，即得到干净数据；S5：定位应用利用S4处理后的干净数据进行定位解算，用于获取高于概略坐标精的高精度定位坐标；S6：地形环境模型更新利用S5获得所述高精度定位坐标后，重复S2-S3并对地形环境模型进行更新，并调整截止角常数进一步进行定位应用。进一步地，S1中所述数据信息包括伪距/相位原始数据、星历数据、接收机概略坐标、天线高。进一步地，S3中所述弧段观测值进行处理的方法为：删除因数据传输中断的首尾点，确定所有首尾点的方位范围在0-360°之间，并对范围外的点进行背景约束，以满足首尾点的范围充满0-360°，实现首尾连接。进一步地，S3中所述地形环境模型的构建方法包括以下步骤：S31：利用公式(1)进行构建观测方程：公式(1)中，n表示拟合阶数，ai、bi、ci表示拟合系数，ex表示测量高度角，x表示ex对应的方位角；S32：选择最小二乘准则进行拟合系统求解，并采用公式(2)的指标RMSE利用首尾点向量对拟合精度进行评价，最终求解处拟合系数；公式(2)中，e′i表示采用模型系数反推的虚拟卫星高度角，n＝360/0.5，i＝{0,0.5,…,360}；S33：从0至360度，以0.5度为步长，利用所述拟合系数建立地形环境模型，如公式(3)所示：公式(3)中，a′模型系数向量，e′i表示采用模型系数反推的虚拟卫星高度角，i＝{0,0.5,…,360}。进一步地，S4中所述粗差剔除的方法为：利用公式(4)和(5)替代传统粗差剔除方法，对观测值进行粗差标记并剔除，公式(4)和(5)如下所示：ex<e′x+ethreshold······(4)公式(4)和(5)中，ex表示卫星方位x对应的卫星高度角计算值；e′x表示基于地形环境模型的高度角内插值，ethreshold表示截止角常数，首次建模一般为7度；xi<x≤xi+0.5；当ex小于e′x+ethreshold时，对相应的观测历元进行剔除。进一步地，S5中所述定位解算采用RTK定位技术，即利用短基线进行高精度形变监测，监测时分别对基准站和监测站分别进行地形环境建模，并基于地形环境模型进行高精度的定位。本专利技术的有益效果为：相较于基于独立北斗系统的传统粗差剔除方法在复杂环境下仍然存在识别率低、定位精度差的问题，本专利技术主要利用北斗卫星观测弧段首尾点构建接收机天线地形环境模型，通过环境模型推导出基于地形的截止高度角进行伪距及相位观测值粗差识别，替代传统的常数截止高度角法，进而定位解算时精度能够大大提升。本专利技术针对复杂环境，在不增加额外成本的同时，利用便捷的方法实现原始观测值粗差的有效识别，提高北斗导航系统的定位精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1的方法流程图；图2是本专利技术实施例2中某山谷地形基准站与监测站24小时北斗卫星观测弧段与北斗地形环境建模结果对比图。具体实施方式实施例1：本实施例设计了一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，主要适用于例如高山峡谷等复杂地形，基于图1的方法流程图进行具体说明。S1：数据收集利用已经部署的北斗三代导航系统进行包括伪距/相位原始数据、星历数据、接收机概略坐标、天线高等所需数据信息采集，获取原始观测值。S2：数据预处理基于广播星历，对S1获取的所述原始观测值进行完整性检查，利用广播星历计算卫星位置，完成后利用接收机概略坐标计算每个历元的卫星方位角、高度角信息，并将卫星视线信息进汇总，输出连续观测弧段观测值，所述弧段观测值最开始和最后的观测值记为首尾点；S3：地形环境建模对S2输出的所述弧段观测值进行处理，处理的方法为：删除因数据传输中断的首尾点，确定所有首尾点的方位范围在0-360°之间，并对范围外的点进行背景约束，以满足首尾点的范围充满0-360°，实现首尾连接，得到处理后的弧段观测值，利用处理后的多个弧段观测值组建观测方程，选择最小二乘准则进行拟合系统求解，并采用指标RMSE利用首尾点向量对拟合精度进行评价，最终求解处拟合系数，从0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：数据收集/n利用已经部署的北斗三代导航系统进行所需数据信息采集，获取原始观测值；/nS2：数据预处理/n基于广播星历，对S1获取的所述原始观测值进行完整性检查，利用广播星历计算卫星位置，完成后利用接收机概略坐标计算每个历元的卫星方位角、高度角信息，并将卫星视线信息进汇总，输出连续观测弧段观测值，所述弧段观测值最开始和最后的观测值记为首尾点；/nS3：地形环境建模/n对S2输出的所述弧段观测值进行处理，利用处理后的多个弧段观测值组建观测方程，选择最小二乘准则进行拟合系统求解，并采用指标RMSE利用首尾点向量对拟合精度进行评价，最终求解处拟合系数，从0至360度，以0.5度为步长，利用所述拟合系数建立地形环境模型；/nS4：原始观测值粗差剔除/n重复S2再次获取弧段观测值，并使用S3求出的所述地形环境模型推导出基于地形的截止高度角，用于对再次获取的弧段观测值进行粗差剔除，即得到干净数据；/nS5：定位应用/n利用S4处理后的干净数据进行定位解算，用于获取高于概略坐标精的高精度定位坐标；/nS6：地形环境模型更新/n利用S5获得所述高精度定位坐标后，重复S2-S3并对地形环境模型进行更新，并调整截止角常数进一步进行定位应用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：数据收集
利用已经部署的北斗三代导航系统进行所需数据信息采集，获取原始观测值；
S2：数据预处理
基于广播星历，对S1获取的所述原始观测值进行完整性检查，利用广播星历计算卫星位置，完成后利用接收机概略坐标计算每个历元的卫星方位角、高度角信息，并将卫星视线信息进汇总，输出连续观测弧段观测值，所述弧段观测值最开始和最后的观测值记为首尾点；
S3：地形环境建模
对S2输出的所述弧段观测值进行处理，利用处理后的多个弧段观测值组建观测方程，选择最小二乘准则进行拟合系统求解，并采用指标RMSE利用首尾点向量对拟合精度进行评价，最终求解处拟合系数，从0至360度，以0.5度为步长，利用所述拟合系数建立地形环境模型；
S4：原始观测值粗差剔除
重复S2再次获取弧段观测值，并使用S3求出的所述地形环境模型推导出基于地形的截止高度角，用于对再次获取的弧段观测值进行粗差剔除，即得到干净数据；
S5：定位应用
利用S4处理后的干净数据进行定位解算，用于获取高于概略坐标精的高精度定位坐标；
S6：地形环境模型更新
利用S5获得所述高精度定位坐标后，重复S2-S3并对地形环境模型进行更新，并调整截止角常数进一步进行定位应用。


2.如权利要求1所述的一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，其特征在于，S1中所述数据信息包括伪距/相位原始数据、星历数据、接收机概略坐标、天线高。


3.如权利要求1所述的一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，其特征在于，S3中所述弧段观测值进行处理的方法为：删除因数据传输中断的首尾点，确定所有首尾点的方位范围在0-360°之间，并对范围外的点进行背景约束，以满足首尾点的范围充满0-360°，实现首尾连接。


4.如权利要求1所述的一种基于北斗导航系统的粗差剔除方法，其特征在于，S3中所述弧段观测值进行处理的方法为：删除因数据传输中断的首尾点，确定所有首...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩军强，涂锐，卢晓春，张睿，范丽红，张鹏飞，刘金海，王星星，洪菊，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61