海上精密单点定位保护水平质量检核方法及系统技术方案

本发明专利技术属于海上定位技术领域，特别涉及一种海上精密单点定位保护水平质量检核方法及系统，依据卫星导航系统精密单点定位观测方程，获取观测历元后验残差序列V，计算后验残差欧氏距离||V||，然后利用中值滤波对后验残差的欧氏距离进行平滑处理，获取对应历元i后验残差欧氏距离的中值滤波值，采用变量MedianV

【技术实现步骤摘要】
海上精密单点定位保护水平质量检核方法及系统
本专利技术属于海上定位
，特别涉及一种用于海上精密单点定位保护水平质量检核方法及系统。
技术介绍
精密单点定位技术由于单机作业、操作简便、高精度等优点，被广泛应用于海上测绘领域。在海上定位测量中，精密单点定位受人为因素、仪器因素、外界环境等方面的影响，原始观测数据容易包含较大的粗差，导致定位质量存在不可靠的情况。精密单点定位精度决定了该技术的应用范围和领域，而精密单点定位质量则是该技术取得广泛应用的重要保障。不同于陆地测量环境，海上测量环境中大多为动态定位模式，测量不具备复现性，在海上也缺乏像IGS长期观测站这种已知高精度的外部质量检核信息，那么如何有效快速检核海上精密单点定位精度和可靠性就是一个亟待解决的问题。精密单点定位结果的质量检核方法通常可以分为两大类，一类是内部质量检核方法，另一类是外部质量检核方法。内部质量检核方法是采用观测条件、位置解算过程中以及位置结果中的相关参数信息来判定定位结果质量的可靠性。现有数据探测法可以发现并消除观测数据中的粗差，基于卡尔曼滤波预计残差的方法来检核质量可靠性，但是预计残差存在二次估计或假设观测值不相关的局限性。数据剔除率、观测值的周跳比率、精度因子、模糊度固定率等指标也相继被用于质量检核，速度/加速度检验、向前-向后滤波检验以及GNSS系统间交叉验证等方法来评估动态精密单点定位质量，其中前两种方法不适用于高动态实时的定位模式，而且这些方法中阈值的选取对结果具有重要影响，但是阈值的设置通常需要依靠经验值。外部质量检核方法是将定位结果与外部质量检核信息进行对比，从而客观评价定位结果的精度和可靠性。外部质量检核方法可信度高，但是需要外部信息支持；外部质量检核信息，严格意义上要采用不同的测量设备独立获取观测数据进行定位，而且外部质量检核信息的定位精度要高于待检核值的定位精度，可以是已有IGS长期观测站坐标、RTK模糊度固定解、国际知名研究机构开发的精密单点定位数据处理软件解算出的定位结果或者是通过其他高精度测量手段获取的定位结果，如惯性导航系统等。常用的在线精密单点定位数据处理软件对用户专业水平要求较低，虽然可以满足实时性的应用需求，但是在实际应用中仍存在诸多不便之处，价格昂贵、需要开发机构的相关授权、运行平台限制等，并不适用于复现性较差的动态精密单点定位的质量检核。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种基于中值滤波的海上精密单点定位保护水平质量检核方法及系统，用于快速检核海上精密单点定位质量。该系统可以有效界定精密单点定位位置偏差水平，还可以反映观测数据粗差等异常的影响，可适用于复现性较差的动态海上精密单点定位的质量检核。按照本专利技术所提供的设计方案，一种海上精密单点定位保护水平质量检核方法，包含如下内容：依据卫星导航系统精密单点定位观测方程，获取观测历元后验残差序列，其中，精密单点定位观测方程包含卫星信号伪距观测方程和载波相位观测方程；采用卡尔曼滤波方法求解后验残差欧式距离||V||，并利用中值滤波对欧式距离进行平滑处理，采用MedianVi表示中值滤波处理的后验残差欧式距离；设定后验残差的保护水平计算公式，根据该计算公式并采用中值滤波处理后的后验残差欧式距离来确定精密单点定位的保护水平，以评价精密单点定位的质量水平。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，根据GNSS卫星信号，获取卫星天线相位中心和接收机天线相位中心的几何距离，结合卫星钟差、接收机钟差、卫星轨道误差、对流层延迟误差、电离层延迟误差及卫星、接收机在卫星信号频率上的伪距和载波相位硬件延迟误差构建精密单点定位观测方程。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，精密单点定位观测方程采用消电离层的函数模型以及高度角的随机模型来消除电离层延迟误差的一阶导数对精密单点定位精度的影响。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，依据观测站和卫星距离的单位向量、坐标系转换向量、对流层湿分量及映射函数，将消电离层的函数模型中伪距观测方程和载波相位观测方程进行线性化处理，并采用卡尔曼滤波方法对精密单点定位观测方程进行求解。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，假设k时刻观测到m颗卫星，n为未知参数个数，将精密单点定位观测方程转换为误差方程的形式，相应的误差方程表示为：其中，v是后验残差，H是观测矩阵，是参数平差值，l是常数项，∑k为精密单点定位观测方程中伪距观测量和载波相位观测量的方差-协方差矩阵。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，利用中值滤波对后验残差欧氏距离进行平滑处理，首先根据后验残差计算后验残差的欧式距离，将后验残差欧氏距离按照历元排序，根据经验值确定滤波窗口大小，通过移动滤波窗口对窗口内的数据值进行排序处理，将窗口内数据列的中间值作为中心数据的新值，完成对后验残差欧式距离的平滑处理。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，假设历元i的后验残差欧式距离为V，中值滤波的窗口大小为n，历元的i中值滤波变量表示为MedianVi＝(Vi-n,Vi-n+1...,Vi-1,Vi,Vi+1,Vi+2...,Vi+n)，相应的顺序统计信息为随机变量，对相应数值按照升序排列，则中值滤波数值MedianVi表示为：其中，k＝0，1，2……等常数。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，基于完好性理论，采用中值滤波的后验残差计算精密单点定位的保护水平，界定精密单点定位位置偏差水平。作为本专利技术海上精密单点定位保护水平质量检核方法，进一步地，中值滤波的后验残差保护水平的计算公式为：HPL＝kIBPL||MedianV||σH,VPL＝kIBPL||MedianV||σV,其中，||Median(V)||为中值滤波处理的后验残差欧式距离，kIBPL为完好性风险值，σH为精密单点定位在水平方向的中误差，σV为精密单点定位在垂直方向的中误差；σxx、σyy、σzz分别是观测方程中位置参数(x,y,z)所对应的均方差，其值均通过卡尔曼滤波方法求解得出。进一步地，本专利技术还提供一种海上精密单点定位保护水平质量检核系统，包含：数据获取模块、数据处理模块和数据评估模块，其中，数据获取模块，采用GNSS接收机，获取卫星信号，建立海上卫星导航系统精密单点定位观测方程，精密单点定位观测方程包含伪距观测方程和载波相位观测方程；数据处理模块，采用卡尔曼滤波方法进行精密单点定位观测方程解算，解算得到后验残差，并利用中值滤波对后验残差的欧氏距离进行平滑处理，获取对应历元后验残差的中值滤波变量，采用MedianVi表示；数据评估模块，基于完好性理论，采用中值滤波处理的后验残差欧式距离，求取精密单点定位的保护水平，界定海上精密单点定位位置偏差水平，反映观测数据异常影响，检核海上精密单点定位的质量。本专利技术的有益效果：本专利技术考虑到易受海上恶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上精密单点定位保护水平质量检核方法，其特征在于，包含如下内容：/n依据卫星导航系统精密单点定位观测方程，获取观测历元后验残差序列，其中，精密单点定位观测方程包含卫星信号伪距观测方程和载波相位观测方程；/n采用卡尔曼滤波方法求解后验残差欧式距离||V||，并利用中值滤波对欧式距离进行平滑处理，采用MedianV

【技术特征摘要】
1.一种海上精密单点定位保护水平质量检核方法，其特征在于，包含如下内容：
依据卫星导航系统精密单点定位观测方程，获取观测历元后验残差序列，其中，精密单点定位观测方程包含卫星信号伪距观测方程和载波相位观测方程；
采用卡尔曼滤波方法求解后验残差欧式距离||V||，并利用中值滤波对欧式距离进行平滑处理，采用MedianVi表示中值滤波处理的后验残差欧式距离；
设定后验残差的保护水平计算公式，根据该计算公式并采用中值滤波处理后的后验残差欧式距离来确定精密单点定位的保护水平，以评价精密单点定位的质量水平。


2.根据权利要求1所述的海上精密单点定位保护水平质量检核方法，其特征在于，根据GNSS卫星信号，获取卫星天线相位中心和接收机天线相位中心的几何距离，结合卫星钟差、接收机钟差、卫星轨道误差、对流层延迟误差、电离层延迟误差及卫星、接收机在卫星信号频率上的伪距和载波相位硬件延迟误差构建精密单点定位观测方程。


3.根据权利要求1或2所述的海上精密单点定位保护水平质量检核方法，其特征在于，精密单点定位观测方程采用消电离层的函数模型并采用高度角的随机模型来消除电离层延迟误差的一阶导数对精密单点定位的影响。


4.根据权利要求3所述的海上精密单点定位保护水平质量检核方法，其特征在于，依据观测站和卫星距离的单位向量、坐标系转换向量、对流层湿分量及映射函数，将消电离层的函数模型中伪距观测方程和载波相位观测方程进行线性化处理，并采用卡尔曼滤波方法对精密单点定位观测方程进行求解。


5.根据权利要求4所述的海上精密单点定位保护水平质量检核方法，其特征在于，假设k时刻观测到m颗卫星，n为未知参数个数，将精密单点定位观测方程转换为误差方程的形式，相应的误差方程表示为：其中，v是后验残差，H是观测矩阵，是参数平差值，l是常数项，∑k为精密单点定位观测方程中伪距观测量和载波相位观测量的方差-协方差矩阵。


6.根据权利要求1所述的海上精密单点定位保护水平质量检核方法，其特征在于，利用中值滤波对后验残差欧氏距离进行平滑处理，首先根据后验残差计算后验残差的欧式距离，将后验残差欧氏距离按照历元排序，根据经验值确定滤波窗口大小，通过移动滤波窗口对窗口内的数据值进行排序...

【专利技术属性】
技术研发人员：关小果，韩世静，王雪平，韩晓虎，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：河南;41