一种地基高精度区域定位导航系统周跳修复方法技术方案

本申请涉及一种地基高精度区域定位导航系统周跳修复方法、装置及设备。所述方法包括：获取接收机当前时刻的多普勒观测值，根据多普勒估计值和多普勒观测值，得到当前时刻的多普勒残差；根据多普勒残差历史数据的统计特性确定周跳检测阈值；若当前时刻的多普勒残差大于周跳检测阈值，则判断接收机接收的相应基站的载波相位观测值发生周跳，再次检测到相应基站的多普勒残差小于周跳检测阈值时，根据载波相位残差对接收机接收的相应基站的载波相位观测值进行修复。本方法可以避免因周跳未发生完毕就立即进行修复产生的误差。毕就立即进行修复产生的误差。毕就立即进行修复产生的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种地基高精度区域定位导航系统周跳修复方法


[0001]本申请涉及地基无线电定位导航领域，特别是涉及一种地基高精度区域定位导航系统周跳修复方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]目前，基于位置的服务(LBS)已成为大众生活中不可缺少的重要部分，随着服务领域的扩展和服务内容的多样化，车联网、室内定位等诸多领域对精准位置服务提出了更高的要求。在高精度定位服务中，全球导航卫星系统(GNSS)是各种定位系统使用最广泛的手段，其中实时动态(RTK)和精密单点定位(PPP)是最常用的工作模式。然而，在一些复杂环境中，基于GNSS的定位服务在精度、可靠性和连续性方面存在诸多限制。人们经常穿梭在由高楼大厦组成的城市峡谷中，甚至驾驶或乘坐汽车至地下隧道、停车场。在上述场景中，GNSS信号受到遮挡、降级，导致其定位精度严重下降甚至无法提供定位服务。
[0003]地基高精度区域定位导航系统是一种安装方便、可实现在有限区域内独立提供高精度、高可靠性、高环境适应性的位置服务的定位导航系统。该系统既能够与卫星导航系统协同工作，也能够在卫星导航系统受干扰、被阻断等无法使用条件独立工作。然而在复杂的城市环境中，信号遮挡、多径反射等现象经常发生，导致接收机信号跟踪异常，与其他采用载波相位观测量实现高精度定位的系统一样，地基高精度区域定位导航系统面临周跳问题。在高精度载波相位测量中，由于信号失锁而导致的整周计数的跳变或中断称为周跳。若某一历元发生周跳，则该历元以后的所有历元的观测量都会增加同样大小的偏差从而影响测量结果。正确地探测出周跳仅仅是第一步，正确地修复周跳才能保证定位的连续性。
[0004]在地基高精度区域定位导航系统接收机的实际运行过程中，周跳并不总是瞬时发生和结束的，有时可能持续累积一段时间。目前的周跳修复方法在周跳非瞬时发生和结束的情况下，其采用的“发现即修复”的策略将导致错误修复。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够有效修复周跳的地基高精度区域定位导航系统周跳修复方法、装置及设备。
[0006]一种地基高精度区域定位导航系统周跳修复方法，所述方法包括：
[0007]根据基站的位置，接收机当前时刻状态参数，包括位置、速度、钟差以及钟漂估计值，得到接收机当前时刻的多普勒估计值；其中，接收机安装在运动载体上；
[0008]获取接收机当前时刻的多普勒观测值，根据多普勒估计值和多普勒观测值，得到当前时刻的多普勒残差；
[0009]根据多普勒残差历史数据的统计特性确定周跳检测阈值；
[0010]在利用多个基站进行运动载体导航定位时，若当前时刻的多普勒残差大于周跳检测阈值，则判断接收机接收的相应基站的载波相位观测值发生周跳，并且屏蔽相应基站的多普勒观测值和载波相位观测值；
[0011]当再次检测到相应基站的多普勒残差小于周跳检测阈值时，根据相应基站的载波相位估计值和载波相位观测值，得到当前时刻的载波相位残差，根据载波相位残差对接收机接收的相应基站的载波相位观测值进行修复。
[0012]在其中一个实施例中，根据基站的位置，接收机当前时刻状态参数，包括位置、速度、钟差以及钟漂估计值，得到接收机当前时刻的多普勒估计值，包括：
[0013][0014]其中，表示接收机接收基站i导航信号的多普勒估计值，λ是导航信号的波长，c为光速，v和df
u
分别为当前时刻接收机的速度及钟漂估计值，Ι
i
为单位观测矢量。
[0015]在其中一个实施例中，建立运动载体的运动方程，根据接收机上一时刻的状态参数，包括位置、速度、钟差和钟漂估计值以及运动方程，得到接收机当前时刻状态参数的估计值：
[0016][0017]其中，p＝(x y z)
T
为接收机的三维坐标，v＝(v
e v
n v
u
)
T
为接收机的三维速度矢量，dt
u
和df
u
分别为接收机的钟差和钟漂估计值，T
s
为信号采集周期，I为单位矩阵，下标k和k+1分别代表k时刻和k+1时刻。
[0018]在其中一个实施例中，多普勒残差表达式为：
[0019][0020]其中，ΔD
i
表示基站i对应的多普勒残差，表示接收机接收基站i导航信号的多普勒观测值，M表示基站个数；
[0021]当接收机接收的相应基站i的多普勒残差ΔD
i
大于周跳检测阈值时，判定接收机接收的相应基站i的载波相位观测值发生周跳；当检测到基站i的载波相位观测值发生周跳后，定位解算过程中不再使用基站i的多普勒观测值和载波相位观测值。
[0022]在其中一个实施例中，当相应基站的ΔD
i
小于周跳检测阈值时，将相应基站的载波相位估计值和载波相位观测值作差，得到当前时刻的载波相位残差，将当前时刻的载波相位残差作为模糊度修正值：
[0023][0024]其中表示基站i对应的模糊度修正值，表示基站i对应的载波相位估计值，表示基站i对应的载波相位观测值；
[0025]根据模糊度修正值对接收机接收的相应基站i的载波相位观测值进行修复；
[0026]并且在定位解算过程中恢复使用修复后的相应基站i的多普勒观测值和载波相位观测值。
[0027]在其中一个实施例中，若多普勒残差历史数据的统计特性为正态分布，则计算每个基站对应的多普勒残差统计数据的标准差，并根据正态分布的3σ准则，将标准差乘以3，得到周跳检测阈值。
[0028]一种地基高精度区域定位导航系统周跳修复装置，所述装置包括：
[0029]计算估计值模块，用于根据基站的位置，接收机当前时刻状态参数，包括位置、速度、钟差以及钟漂估计值，得到接收机当前时刻的多普勒估计值；其中，接收机安装在运动载体上；
[0030]获取多普勒残差模块，用于获取接收机当前时刻的多普勒观测值，根据多普勒估计值和多普勒观测值，得到当前时刻的多普勒残差；
[0031]确定周跳检测阈值模块，用于根据多普勒残差历史数据的统计特性确定周跳检测阈值；
[0032]判断周跳模块，用于在利用多个基站进行运动载体导航定位时，若当前时刻的多普勒残差大于周跳检测阈值，则判断接收机接收的相应基站的载波相位观测值发生周跳，并且屏蔽相应基站的多普勒观测值和载波相位观测值；
[0033]周跳修复模块，用于再次检测到相应基站的多普勒残差小于周跳检测阈值时，根据相应基站的载波相位估计值和载波相位观测值，得到当前时刻的载波相位残差，根据载波相位残差对接收机接收的相应基站的载波相位观测值进行修复。
[0034]一种接收机，包括存储器和处理器，所述存储器存储有下位机程序，所述处理器执行所述下位机程序时实现以下步骤：
[0035]根据基站的位置，接收机当前时刻状态参数，包括位置、速度、钟差以及钟漂估计值，得到接收机当前时刻的多普勒估计值；其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地基高精度区域定位导航系统周跳修复方法，其特征在于，所述方法包括：根据基站的位置，接收机当前时刻状态参数，包括位置、速度、钟差以及钟漂估计值，得到接收机当前时刻的多普勒估计值；其中，所述接收机安装在运动载体上；获取接收机当前时刻的多普勒观测值，根据所述多普勒估计值和所述多普勒观测值，得到当前时刻的多普勒残差；根据多普勒残差历史数据的统计特性确定周跳检测阈值；在利用多个基站进行运动载体导航定位时，若当前时刻的多普勒残差大于所述周跳检测阈值，则判断接收机接收的相应基站的载波相位观测值发生周跳，并且屏蔽所述相应基站的多普勒观测值和载波相位观测值；当再次检测到所述相应基站的多普勒残差小于周跳检测阈值时，根据所述相应基站的所述载波相位估计值和载波相位观测值，得到当前时刻的载波相位残差，根据所述载波相位残差对所述接收机接收的相应基站的载波相位观测值进行修复。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据基站的位置，接收机当前时刻状态参数，包括位置、速度、钟差以及钟漂估计值，得到接收机当前时刻的多普勒估计值，包括：其中，表示接收机接收基站i导航信号的多普勒估计值，λ是导航信号的波长，c为光速，v和df
u
分别为当前时刻接收机的速度及钟漂估计值，Ι
i
为单位观测矢量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：建立所述运动载体的运动方程，根据接收机上一时刻的状态参数，包括位置、速度、钟差和钟漂估计值以及所述运动方程，得到接收机当前时刻状态参数的估计值：其中，p＝(x y z)
T
为接收机的三维坐标，v＝(v
e v
n v
u
)
T
为接收机的三维速度矢量，dt
u
和df
u
分别为接收机的钟差和钟漂估计值，T
s
为信号采集周期，I为单位矩阵，下标k和k+1分别代表k时刻和k+1时刻。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多普勒残差表达式为：
其中，ΔD
i
表示基站i对应的多普勒残差，表示接收机接收基站i导航信号的多普勒观测值，M表示基站个数；若当前时刻的多普勒残差大于所述周跳检测阈值，则判断接收机接收的相应基站的载波相位观测值发生周跳，并且屏蔽所述相应基站的多普勒观测值和载波相位观测值，包括：当接收机接收的相应基站i的多普勒残差ΔD
i
大于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，郭熙业，孟志军，李晓宇，刘长水，胡梅，焦婷，唐裕求，蔡文杰，欧阳闰龙，杨帆，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：