基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法技术

一种基于LASSO跟踪偏差修正的鲁棒矢量接收机技术。基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法包括通过全局检测判断矢量接收机跟踪环路输出的误差观测量是否存在故障；利用局部检测确定矢量接收机故障所在的跟踪通道；利用LASSO估计出故障通道的误差观测量偏差值；利用估计出的偏差值对矢量接收机的误差观测量进行修正，得到无偏差的误差观测量；将无偏差的误差观测量送入导航滤波器，进行用户状态更新。本发明专利技术方法可实现由于多径和非视线传播等多种因素引起的GNSS矢量接收机的跟踪偏差修正，最终提高矢量接收机在复杂环境下的跟踪和定位性能。

【技术实现步骤摘要】
基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法
本专利技术属于卫星导航矢量接收机
，特别是涉及一种基于LASSO(最小绝对值收敛和选择算子)的矢量接收机跟踪偏差估计方法，可以用于多径和非视线(Non-Line-of-Sight,NLOS)传播等因素引起的矢量接收机跟踪偏差的估计和修正，最终提高GNSS矢量接收机在复杂环境下的工作性能。
技术介绍
全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)在海、陆、空、天四维空间，能够突破时间和空间的限制，为其覆盖范围内的用户提供高精度的位置、速度和时间信息，并成为实现全球无缝隙连续导航、定位和授时的首选技术之一。随着GNSS应用领域的不断拓展，用户接收机逐渐从开阔的室外环境向密集城区和室内环境扩展，但此时，到达接收机的卫星信号非常微弱且同时伴随着严重的多径和非视线，其中多径是指直达信号和反射信号同时进入接收机，而非视线则是指直达信号被遮挡，仅有反射信号进入接收机。多径和非视线将导致现有接收机出现较大的定位误差甚至不能正常工作。矢量接收机通过利用各跟踪通道间信息的相关性来提高接收机性能，突破了传统标量接收机各跟踪通道相互独立、无法实现通道间信息共享的缺陷。矢量接收机中本地参考信号来源于导航解反馈参数，因此当个别通道因为信号质量下降导致其失锁时，该失锁通道在信号恢复时能立即进入跟踪状态而不需要重新捕获。因此矢量接收机为复杂环境下GNSS的持续导航定位提供了可靠保障。然而，矢量接收机各跟踪通道之间的相互辅助也带来了误差的相互传递，比如，当某颗卫星信号存在多径或非视线传播时，该跟踪通道的跟踪偏差送入导航滤波器所导致的导航解误差会进一步传递到矢量接收机的各跟踪通道，从而导致矢量接收机的跟踪和定位性能下降。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法，该方法能够实现矢量接收机跟踪偏差的估计和修正，从而提高GNSS接收机在复杂环境下的工作性能。为了达到上述目的，本专利技术提供的基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法包括按顺序进行的下列步骤：1)在矢量接收机中插入故障检测模块，利用故障检测模块对矢量接收机进行全局检测，以判断矢量接收机输出的误差观测量是否存在故障；2)在误差观测量中存在故障时，对各跟踪通道分别进行局部检测，以识别出存在故障的跟踪通道；3)利用LASSO估计存在故障的跟踪通道的偏差值；4)利用上述估计的存在故障的跟踪通道的偏差值对矢量接收机的误差观测量进行修正，得到修正后的误差观测量；5)将上述修正后的误差观测量送入导航滤波器，得到矢量接收机的状态误差更新值。在步骤1)中，所述的在矢量接收机中插入故障检测模块，利用故障检测模块对矢量接收机进行全局检测，以判断矢量接收机输出的误差观测量是否存在故障的方法是：首先，根据所需的虚警率计算全局检测门限，并根据矢量接收机各跟踪通道的误差观测量残差计算全局检验统计量；其次，判断全局检验通道是否超过全局检测门限，若超过全局检测门限，则认为矢量接收机所跟踪的信号中存在潜在的故障信号，需要进行局部检测以识别出故障所在的跟踪通道，否则认为无故障，进入常规矢量接收机的后续处理环节。在步骤2)中，所述的在误差观测量中存在故障时，对各跟踪通道分别进行局部检测，以识别出存在故障的跟踪通道的方法是：首先，计算根据设定的虚警率来计算局部检测门限，并根据矢量接收机各跟踪通道的误差观测量残差计算各跟踪通道对应的局部检验统计量；其次，逐个判断各跟踪通道的局部检验统计量是否超过局部检测门限，若不超过，则认为该跟踪通道不存在故障，否则认为该跟踪通道存在故障。在步骤3)中，所述的利用LASSO估计存在故障的跟踪通道的偏差值的方法是：首先，计算观测矩阵对应的正交投影矩阵Pproject＝(I-Hk(HkHHk)-1HkH)，并将矢量接收机各跟踪通道的误差观测量投影到观测空间的正交补空间其次，计算新的观测矩阵其中Wk为设定的对角加权矩阵，并计算加权后的偏差矢量θk＝Wkbk，由于偏差矢量bk是未知的，其初始化值设为全0矢量；根据上述结果建立如下的偏差优化求解的代价函数：其中λk是递归因子；利用LASSO来求解上述代价函数，得到存在故障的跟踪通道的偏差值。在步骤4)中，所述的利用上述估计的存在故障的跟踪通道的偏差值对矢量接收机的误差观测量进行修正，得到修正后的误差观测量的方法是：利用估计的偏差值对矢量接收机的误差观测量进行修正，得到修正后的误差观测量，可表示为：其中为存在偏差时矢量接收机的误差观测量。在步骤5)中，所述的将上述修正后的误差观测量送入导航滤波器，得到矢量接收机的状态误差更新值的方法是：将上述修正后的误差观测量送入导航滤波器，得到矢量接收机状态误差的更新值：其中Kk为导航滤波器的增益矩阵，然后根据导航滤波器得到的矢量接收机的状态误差更新值对矢量接收机进行状态更新：其中为接收机状态的先验预测值。本专利技术提供的基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术可实现多径和非视线所引起的矢量接收机跟踪环路偏差估计和修正，最终提高矢量接收机在复杂环境下的工作性能；(2)矢量接收机中插入故障检测模块，首先通过全局检测确定是否有故障存在，再通过局部检测确定出故障所在通道，避免了无故障时开启偏差估计算法所带来的运算量，同时确定出故障通道便于有针对性地进行偏差修正；(3)矢量接收机本身具有对弱信号环境鲁棒的特性，本专利技术方法进一步提高了矢量接收机在多径和非视线传播环境下的工作性能，从而为复杂环境下GNSS接收机的鲁棒性提供了重要基础。附图说明图1为本专利技术提供的基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法流程图。图2(a)为无偏差时各跟踪通道的误差观测量的对比。图2(b)为有偏差时各跟踪通道的误差观测量的对比。图3对比了有无偏差时全局检测的检验统计量与相应的检测门限。图4(a)为无偏差时各跟踪通道的局部检验统计量与相应的检测门限。图4(b)为有偏差时各跟踪通道的局部检验统计量与相应的检测门限。图5(a)为加入偏差后各跟踪通道的伪距误差观测量。图5(b)为所加入的偏差真值和对应的估计结果。图6(a)不同情况下矢量接收机的水平运动轨迹。图6(b)为不同情况下水平定位的均方误差值。图7为偏差估计的均方根误差(RootMeanSquareError,RMSE)随C/N0的变化，不同曲线为不同偏差值时的估计性能。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供的基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法包括按顺序进行的下列步骤：1)在矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法，其特征在于：所述的方法包括按顺序进行的下列步骤：/n1)在矢量接收机中插入故障检测模块，利用故障检测模块对矢量接收机进行全局检测，以判断矢量接收机输出的误差观测量是否存在故障；/n2)在误差观测量中存在故障时，对各跟踪通道分别进行局部检测，以识别出存在故障的跟踪通道；/n3)利用LASSO估计存在故障的跟踪通道的偏差值；/n4)利用上述估计的存在故障的跟踪通道的偏差值对矢量接收机的误差观测量进行修正，得到修正后的误差观测量；/n5)将上述修正后的误差观测量送入导航滤波器，得到矢量接收机的状态误差更新值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法，其特征在于：所述的方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在矢量接收机中插入故障检测模块，利用故障检测模块对矢量接收机进行全局检测，以判断矢量接收机输出的误差观测量是否存在故障；
2)在误差观测量中存在故障时，对各跟踪通道分别进行局部检测，以识别出存在故障的跟踪通道；
3)利用LASSO估计存在故障的跟踪通道的偏差值；
4)利用上述估计的存在故障的跟踪通道的偏差值对矢量接收机的误差观测量进行修正，得到修正后的误差观测量；
5)将上述修正后的误差观测量送入导航滤波器，得到矢量接收机的状态误差更新值。


2.根据权利要求1所述的基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的在矢量接收机中插入故障检测模块，利用故障检测模块对矢量接收机进行全局检测，以判断矢量接收机输出的误差观测量是否存在故障的方法是：
首先，根据所需的虚警率计算全局检测门限，并根据矢量接收机各跟踪通道的误差观测量残差计算全局检验统计量；其次，判断全局检验通道是否超过全局检测门限，若超过全局检测门限，则认为矢量接收机所跟踪的信号中存在潜在的故障信号，需要进行局部检测以识别出故障所在的跟踪通道，否则认为无故障，进入常规矢量接收机的后续处理环节。


3.根据权利要求1所述的基于LASSO的矢量接收机跟踪偏差估计方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的在误差观测量中存在故障时，对各跟踪通道分别进行局部检测，以识别出存在故障的跟踪通道的方法是：
首先，计算根据设定的虚警率来计算局部检测门限，并根据矢量接收机各跟踪通道的误差观测量残差计算各跟踪通道对应的局部检验统计量；其次，逐个判断各跟踪通道的局部检验统计量是否超过局部检测门限，若不超过，则认...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾琼琼，吴仁彪，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津;12