一种削弱伪距和载波多路径的定权方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种削弱伪距和载波多路径的定权方法，涉及GNSS定位技术领域，包括：获取伪距观测值和载波观测值；将伪距观测值和载波观测值作差并构造2倍一阶电离层延迟系数，消除差值残余中包含的2倍一阶电离层延迟，得到非组合伪距多路径，并利用滑动窗口平滑进行处理；根据平滑后的伪距观测值提取伪距观测值的定权指标；根据双频或者以上的载波观测值提取载波观测值的定权指标；根据两种定权指标确定定位算法中各观测值权重，完成削弱伪距和载波多路径的定权过程。本发明专利技术还提出一种定权系统，通过提取伪距观测值的定权指标和载波观测值的定权指标，以此确定定位算法中各观测值权重，从而削弱多路径对最终定位结果精度的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
一种削弱伪距和载波多路径的定权方法及系统


[0001]本专利技术涉及GNSS定位
，特别是涉及一种削弱伪距和载波多路径的定权方法及系统。

技术介绍

[0002]全球卫星导航系统GNSS在精密定位领域的应用越来越广泛；GNSS观测值包含对流层和电离层延迟误差、GLONASS的FDMA信号频间偏差、多系统GNSS定位系统间偏差等。在GNSS精密定位中，确定合适的观测值权能有效控制各种误差的影响，提高定位精度，目前采用的观测值定权方法主要有等精度定权法、高度角定权法、信噪比定权法等。高度角定权法顾及到了卫星信号传播路径上的对流层、电离层延迟和多路径效应等误差随着高度角的减小而增大的特征，且易于程序设计和实现，因此得到了广泛的应用。信噪比定权法在多路径效应严重的情况下得到了广泛应用。卫星轨道和钟差的精度也是影响GNSS精密定位的重要因素之一，对于GPS、GLONASS、Galileo等系统而言，各颗卫星轨道和钟差精度相近，定权时没有考虑其影响。但北斗卫星导航系统由GEO、IGSO和MEO三类不同高度的卫星构成，各类卫星的轨道和钟差精度有较大差别，目前GEO卫星三维精度达到米级，IGSO三维精度为20～30cm，而MEO为10～20cm。对于GPS/GLONASS/Galileo/BDS多系统联合精密定位时，不同系统的卫星轨道和钟差精度也不相同。目前的等精度定权法、高度角定权法、信噪比定权法等均没有顾及到卫星轨道和钟差的精度差异，因此，在多轨道类型、多GNSS系统精密定位中，如何合适地对观测值定权来提高定位精度成为亟待解决的问题。
[0003]而在现有公开的观测值定权方法的研究中发现，多路径误差是导致定位精度下降的主要误差之一，其变化与环境有关，在动态环境中难以准确地进行剔除，影响定位精度的提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决以上至少一种技术缺陷，提供一种削弱伪距和载波多路径的定权方法及系统，通过提取伪距多路径作为伪距观测值的定权指标、以及通过提取载波频间多路径作为载波观测值的定权指标，以此确定定位算法中各观测值权重，达到削弱多路径对最终定位结果精度影响的目的。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种削弱伪距和载波多路径的定权方法，包括以下步骤：
[0007]S1：在定位过程中，获取非差非组合的第i个频点的伪距观测值和载波观测值；
[0008]S2：将伪距观测值和载波观测值作差，利用双频或者以上的载波观测值构造2倍一阶电离层延迟系数，消除伪距观测值和载波观测值差值残余中包含的2倍一阶电离层延迟，得到非组合伪距多路径；
[0009]S3：通过滑动窗口平滑消除非组合伪距多路径中的模糊度和二阶电离层延迟，得到经过平滑后的伪距观测值；
[0010]S4：根据平滑后的伪距观测值提取伪距多路径作为伪距观测值的定权指标；
[0011]S5：根据双频或者以上的载波观测值提取载波频间多路径作为载波观测值的定权指标；
[0012]S6：根据伪距观测值的定权指标、载波观测值的定权指标确定定位算法中各观测值权重，完成削弱伪距和载波多路径的定权过程。
[0013]上述方案中，本方案通过提取伪距多路径作为伪距观测值的定权指标，以及通过提取载波频间多路径作为载波观测值的定权指标，以此确定定位算法中各观测值权重，从而达到削弱多路径对最终定位结果精度的影响，有效提高定位精度。
[0014]其中，在所述步骤S1中，关于非差非组合的第i个频点的伪距观测值和载波观测值，其误差组成部分为：
[0015][0016][0017]其中，P
i
表示伪距观测值；L
i
表示载波观测值；f
i
表示频率；表示载波观测值的多路径，其最大值为多路径，其最大值为表示载波观测噪声，一般小于伪距观测噪声两个数量级；ρ是实际的卫地距；c是光速；dt
r
表示接收机钟差；dt
s
表示卫星钟差；T表示对流层延迟；A是一阶电离层延迟系数；B是二阶电离层延迟系数；N
i
表示载波观测值的模糊度；
[0018]在所述步骤S2中，将伪距观测值和载波观测值作差得到P
i
‑
L
i
，忽略载波观测值的多路径和表示载波观测噪声得到：
[0019][0020]其中，o表示可忽略；接着，对于双频或者以上的载波观测值，2倍一阶电离层延迟系数具体表示为：
[0021][0022]其中，表示无电离层组合；L1表示频点1的载波观测值；λ1表示频点1的波长；N
A
表示模糊度；∈
A
表示噪声；n表示频点数量，有n≥2；a
i
表示组合系数；D1、均表示D2中间变量；将式(1)和式(2)联立，得到非组合伪距多路径表达式，具体表示为：
[0023][0024][0025]其中，表示多路径成分；Bias
i
表示在滑窗时间内是不变化的项,对进行平滑时进行消除。
[0026]其中，步骤S3的实现过程具体为：
[0027]对于窗口长度为m，第k时刻的Bias
i，k
，采用以下滑动平均方法计算得到，其中，将代入下式，计算得到的E
m
(X
k
)就是Bias
i，k
，具体为：
[0028][0029][0030]其中，表示第k时刻的多路径成分；得到经过平滑后的伪距观测值记伪距噪声是和载波噪声是具体表示为：
[0031][0032][0033]其中，表示平滑后的伪距观测值噪声；
[0034]在所述步骤S4中，将平滑后的伪距观测值噪声进行提取，用于判断当前伪距的多路径情况，对其取倒数以后得到伪距观测值的定权指标。
[0035]上述方案中，利用双频或以上的载波观测值构造2倍一阶电离层延迟观测量用以消除伪距载波观测值之差P
i
‑
L
i
残余中包含的2倍一阶电离层延迟，再通过滑动窗口平滑消除其中的模糊度和二阶电离层延迟,将非差非组合的伪距多路径提取出来。
[0036]其中，在所述步骤S5中，对于双频或者以上的载波观测值，取其中第i，j个频点作频间单差，其中i≠j，以此消除所有与频率无关且符号相同的量，得到：
[0037]L
ij
＝L
i
‑
L
j
＝
‑
I
ij
+λ
i
N
i
‑
λ
j
N
j
+M
ij
+∈
ij
[0038]其中，L
ij
表示频点i，j的频间单差；I
ij
表示频点i，j的电离层延时频间单差；N
i
表示频点i的载波观测值的模糊度；N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种削弱伪距和载波多路径的定权方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在定位过程中，获取非差非组合的第i个频点的伪距观测值和载波观测值；S2：将伪距观测值和载波观测值作差，利用双频或者以上的载波观测值构造2倍一阶电离层延迟系数，消除伪距观测值和载波观测值差值残余中包含的2倍一阶电离层延迟，得到非组合伪距多路径；S3：通过滑动窗口平滑消除非组合伪距多路径中的模糊度和二阶电离层延迟，得到经过平滑后的伪距观测值；S4：根据平滑后的伪距观测值提取伪距多路径作为伪距观测值的定权指标；S5：根据双频或者以上的载波观测值提取载波频间多路径作为载波观测值的定权指标；S6：根据伪距观测值的定权指标、载波观测值的定权指标确定定位算法中各观测值权重，完成削弱伪距和载波多路径的定权过程。2.根据权利要求1所述的一种削弱伪距和载波多路径的定权方法，其特征在于，在所述步骤S1中，关于非差非组合的第i个频点的伪距观测值和载波观测值，其误差组成部分为：步骤S1中，关于非差非组合的第i个频点的伪距观测值和载波观测值，其误差组成部分为：其中，P
i
表示伪距观测值；L
i
表示载波观测值；f
i
表示频率；表示载波观测值的多路径，其最大值为径，其最大值为表示载波观测噪声，一般小于伪距观测噪声两个数量级；ρ是实际的卫地距；c是光速；dt
r
表示接收机钟差；dt
s
表示卫星钟差；T表示对流层延迟；A是一阶电离层延迟系数；B是二阶电离层延迟系数；N
i
表示载波观测值的模糊度；在所述步骤S2中，将伪距观测值和载波观测值作差得到P
i
‑
L
i
，忽略载波观测值的多路径和表示载波观测噪声得到：其中，o表示可忽略；接着，对于双频或者以上的载波观测值，2倍一阶电离层延迟系数具体表示为：
其中，表示无电离层组合；L1表示频点1的载波观测值；λ1表示频点1的波长；N
A
表示模糊度；∈
A
表示噪声；n表示频点数量，有n≥2；a
i
表示组合系数；D1、均表示D2中间变量；将式(1)和式(2)联立，得到非组合伪距多路径表达式，具体表示为：式(1)和式(2)联立，得到非组合伪距多路径表达式，具体表示为：其中，表示多路径成分；Biasi表示在滑窗时间内是不变化的项，对进行平滑时进行消除。3.根据权利要求2所述的一种削弱伪距和载波多路径的定权方法，其特征在于，步骤S3的实现过程具体为：对于窗口长度为m，第k时刻的Bias
i，k
，采用以下滑动平均方法计算得到，其中，将代入下式，计算得到的E
m
(x
k
)就是Bias
i，k
，具体为：，具体为：其中，表示第k时刻的多路径成分；得到经过平滑后的伪距观测值记伪距噪声是和载波噪声是具体表示为：具体表示为：
其中，表示平滑后的伪距观测值噪声；在所述步骤S4中，将平滑后的伪距观测值噪声进行提取，用于判断当前伪距的多路径情况，对其取倒数以后得到伪距观测值的定权指标。4.根据权利要求3所述的一种削弱伪距和载波多路径的定权方法，其特征在于，在所述步骤S5中，对于双频或者以上的载波观测值，取其中第i，j个频点作频间单差，其中i≠j，以此消除所有与频率无关且符号相同的量，得到：L
ij
＝L
i
‑
L
j
＝
‑
I
ij
+λ
i
N
i
‑
λ
j
N
j
+M
ij
+∈
ij
其中，L
ij
表示频点i，j的频间单差；I
ij
表示频点i，j的电离层延时频间单差；N
i
表示频点i的载波观测值的模糊度；N
j
表示频点j的载波观测值的模糊度；M
ij
表示频点i，j的多路径频间单差；∈
ij
表示频点i，j的频间单差组合噪声；其中，因为电离层延时空间相关性及其自身特点的原因，I
ij
变化缓慢，在一定时间内为常数项；当载波观测值没有发生周跳时，模糊度N
i
、N
j
为常数项；记历元间差分的算子为通过历元间差分消除对应的常数项，进而得到第k时刻的频间单差载波多路径，具体表示为：多路径，具体表示为：至此，得到第k时刻时，第i，j个频点的载波频间多路径作为载波观测值的定权指标。5.根据权利要求4所述的一种削弱伪距和载波多路径的定权方法，其特征在于，在步骤S6中，所述定位算法具体表示为：S6中，所述定位算法具体表示为：S6中，所述定位算法具体表示为：其中，对于第k时刻，K
k
是增益矩阵，H
k
是观测模型系数矩阵，是一步预测协方差矩阵，是状态协方差矩阵，是一步预测状态，是包含位置参数的状态，y
k
是包含伪距和载波观测值的向量；R
k
是观测噪声矩阵，也是定权指标参与削弱多路径误差并间接影响定位结果关键矩阵，其生成是以伪距噪声和载波噪声为基础，因此，在步骤S6完成削弱伪距和载波多路径的定权过程中，在代入伪距噪声和载波噪声时额外分别加上和其中第j频点需要满足j≠i即可；表示第k时刻提取第i个频点的伪距观测值的定权指标的平方；表示第k时刻提取第i个频点的载波观测值的定权指标的平方。6.一种削弱伪距和载波多路径的定权系统，其特征在于，包括观测值获取模块、非组合伪距多路径计算模块、平滑处理模块、定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德先，王江林，文述生，马然，李宁，周光海，肖浩威，黄劲风，马原，徐丹龙，杨艺，丁永祥，闫少霞，庄所增，
申请(专利权)人：广州南方卫星导航仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：