一种非差非组合精密单点定位完好性监测方法技术

本发明专利技术公开了一种非差非组合精密单点定位完好性监测方法。所述方法包括：建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型；基于所述非差非组合PPP函数模型，输入当前历元处的可用观测量，所述可用观测量包含单频点观测量和双频点观测量；基于多重假设解分离理论，列出所有故障子集；针对每个故障子集，进行所述故障子集的时间更新和测量值更新；根据更新后的测量值，计算每个故障子集的保护水平，进而得到所述当前历元的整体保护水平；根据所述当前历元的整体保护水平进行可用性判断。本发明专利技术有效抑制了显著多路径效应对PPP函数模型完好性监测算法的影响，对海上常见危险源有很强的适应性，显著提升了PPP位置服务的可靠性。可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种非差非组合精密单点定位完好性监测方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航定位
，具体涉及一种非差非组合精密单点定位完好性监测方法。

技术介绍

[0002]精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术具有作业灵活、无需基站辅助的优势，可为海洋开发等多种场景提供分米级甚至厘米级的高精度位置服务。PPP的定位性能虽然可以满足大部分场景的要求，但在卫星信号接收受限的海上作业环境下，如钻井平台上的建筑物遮挡，船舶远洋航行受船体及冰山遮挡，以及一些海上的极端天气影响，会导致部分频点丢失以及显著多路径频发的现象，其位置服务的可靠性难以得到保障。
[0003]现有技术中，为保障PPP位置服务的可靠性，可以通过将RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)引入PPP建立PPP
‑
RAIM算法。虽然这一算法进行故障检测时能够一定程度上提高可靠性，但与PPP模型相关性较弱。为进一步提升与PPP模型契合度，基于SBAS校正信息的双频PPP算法，结合ARAIM(Advanced RAIM)完好性算法，可产生10米以内的保护水平，但构建的保护水平(Protection Level,PL)过于保守，超出高精度位置服务应用允许的误差界限范围。基于扩展卡尔曼滤波估计的PPP完好性监测算法可以实现米级至分米级高完好性保证的误差界限，但使用环境受限于开阔收星条件下的航空环境，在卫星受限的海洋作业环境中收到一定的限制。因此，面向卫星受限及显著多径频发的海上作业环境下PPP可靠性保障问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的非差非组合精密单点定位完好性监测方法。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供了一种非差非组合精密单点定位完好性监测方法，包括：
[0006]建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型；
[0007]基于所述非差非组合PPP函数模型，输入当前历元处的可用观测量，所述可用观测量包含单频点观测量和双频点观测量；
[0008]基于多重假设解分离理论，列出所有故障子集；
[0009]针对每个故障子集，进行所述故障子集的时间更新和测量值更新；
[0010]根据更新后的测量值，计算每个故障子集的保护水平，进而得到所述当前历元的整体保护水平；
[0011]根据所述当前历元的整体保护水平进行可用性判断。
[0012]在一种可选的方式中，所述建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型进一步包括：
[0013]根据GNSS观测量与待估参数，构建原始伪距与载波相位基本观测方程；
[0014]引入精密卫星轨道和种差改正，对所述原始伪距与载波相位基本观测方程进行参数规整，建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型。
[0015]在一种可选的方式中，所述原始伪距与载波相位基本观测方程为：
[0016][0017]其中，为原始伪距；为载波相位；上标s和Q分别表示卫星的PRN号和卫星系统；下标r和j分别表示接收机ID和观测值频段号；表示卫星与测站之间的几何距离；表示频率f
j
对应的载波波长；c表示真空中的光速；dt
r
和dt
s,Q
分别表示接收机和卫星钟差；表示与卫星高度角有关的湿投影函数；Z
w
表示测站的天顶湿延迟；表示频率相关的电离层延迟方法因子；和分别表示与频率相关的接收机和卫星端的非校正伪距硬件延迟；和分别表示频率相关的接收机和卫星端的非校正相位硬件延迟；表示载波相位整周模糊度；为伪距噪声；为载波相位的噪声；为f1频段上对应的斜向电离层延迟误差。
[0018]在一种可选的方式中，所述非差非组合PPP函数模型为：
[0019][0020]其中，下标j表示观测值频段号，取值为1或者2；和分别表示伪距和载波的观测量减去计算量；为方向余弦；x为相对于初始坐标的三维位置增量；为频率相关放大因子；为频率相关的卫星端差分码偏差；为卫星UCD的无电离层组合，包含于外部提供的精密卫星钟差改正；为频率f
j
对应的载波波长；c表示真空中的光速；dt
r
和为接收机和卫星钟差；为与卫星高度角有关的湿投影函数；Z
w
为测站的天顶湿延迟；是频率相关的电离层延迟方法因子和为频率相关的接收机和卫星端的非校正相位硬件延迟；为载波相位整周模糊度；为伪距的噪声；为载波相位的噪声；为f1频段上对应的斜向电离层延迟误差。
[0021]在一种可选的方式中，在所述基于多重假设解分离理论，列出所有故障子集之后，所述方法还包括：
[0022]进行状态更新；所述状态包含：误差、对流层湿延迟、电离层消息和载波相位模糊状态；
[0023]其中，利用对偶膨胀算法对多路径误差进行膨胀处理，以形成多路径误差的高斯边界。
[0024]在一种可选的方式中，所述对偶膨胀算法包含一对CDF高斯边界G
L
,G
R
，分别在实际误差分布的左侧和右侧，具体描述为：
[0025][0026]其中，G
L
为基于对偶膨胀算法建立的基于多路径误差的高斯左边界；G
R
为基于对偶膨胀算法建立的基于多路径误差的高斯右边界；G
a
为实际多径误差CDF分布；x表示多径误差。
[0027]在一种可选的方式中，所述时间更新进一步包括：
[0028]对故障子集状态和协方差矩阵分别进行从上一个历元到当前历元的传播。
[0029]在一种可选的方式中，所述测量值更新进一步包括：
[0030]执行误差处理，以产生预测的伪距和载波相位观测值。
[0031]在一种可选的方式中，所述整体保护水平PL为：
[0032][0033]其中，PL
i
和T
i
分别为故障子集i的保护水平和检测门限；N为故障子集数量；P
ap
(H
i
)为故障子集i所对应的先验故障概率；Q
‑1为正态分布的逆；σ
(i)
为故障子集i的标准差；PHMI表示危险误导信息概率。
[0034]在一种可选的方式中，所述根据所述当前历元的整体保护水平进行可用性判断进一步包括：
[0035]基于所述整体保护水平PL和所需导航性能确立的告警极限AL进行可用性判断；其中，当PL≥AL时，表示当前历元不可用；当PL<AL时，表示当前历元可用。
[0036]根据本专利技术提供的方案，建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型；基于所述非差非组合PPP函数模型，输入当前历元处的可用观测量，所述可用观测量包含单频点观测量和双频点观测量；基于多重假设解分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非差非组合精密单点定位完好性监测方法，其特征在于，所述方法包括：建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型；基于所述非差非组合PPP函数模型，输入当前历元处的可用观测量，所述可用观测量包含单频点观测量和双频点观测量；基于多重假设解分离理论，列出所有故障子集；针对每个故障子集，进行所述故障子集的时间更新和测量值更新；根据更新后的测量值，计算每个故障子集的保护水平，进而得到所述当前历元的整体保护水平；根据所述当前历元的整体保护水平进行可用性判断。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型进一步包括：根据GNSS观测量与待估参数，构建原始伪距与载波相位基本观测方程；引入精密卫星轨道和种差改正，对所述原始伪距与载波相位基本观测方程进行参数规整，建立基于GNSS观测量单双频点混合的非差非组合PPP函数模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原始伪距与载波相位基本观测方程为：其中，为原始伪距；为载波相位；上标s和Q分别表示卫星的PRN号和卫星系统；下标r和j分别表示接收机ID和观测值频段号；表示卫星与测站之间的几何距离；表示频率f
j
对应的载波波长；c表示真空中的光速；dt
r
和dt
s,Q
分别表示接收机和卫星钟差；表示与卫星高度角有关的湿投影函数；Z
w
表示测站的天顶湿延迟；表示频率相关的电离层延迟方法因子；和分别表示与频率相关的接收机和卫星端的非校正伪距硬件延迟；和分别表示频率相关的接收机和卫星端的非校正相位硬件延迟；表示载波相位整周模糊度；为伪距噪声；为载波相位的噪声；为f1频段上对应的斜向电离层延迟误差。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述非差非组合PPP函数模型为：其中，下标j表示观测值频段号，取值为1或者2；和分别表示伪距和载波的观测量减去计算量；为方向余弦；x为相对于初始坐标的三维位置增量；为频率相关放大因子；为频率相关的卫星端差分码偏差；为卫星UCD的无电离层组合，包含于外部提供的精密卫星钟差改正；为频率f
j
对应的载波波长；c表示真空中的光速；dt
r
和

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋爱国，刘靖远，邹付兵，杨福鑫，张洁，何东旭，许应龙，冼敏元，刘洪波，罗幼安，刘晓林，宋林松，李飞，刘芝亮，
申请(专利权)人：中海油田服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：