一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法技术

本发明专利技术公开了一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，首先建立多频GNSS非组合几何相关函数模型，在观测值方程的参数域对基础模糊度进行重参化，得到超宽巷、宽巷和窄巷模糊度参数形式；然后基于各级模糊度的浮点解，以高置信度为阈值条件进行模糊度候选值选取，将全概率的无穷候选值问题约化为有限计算问题，从而得到基于有限个整数候选向量的全概率整数解；再基于加权平均准则，计算得到模糊度全概率整数解方差，对各级模糊度解算的精度评价；最后，依据条件方差公式对下一级的模糊度进行约束，实现各级模糊度的解算。本方法将常规的逐级整数固定模式转变为逐级全概率解算模式，在规避模糊度错误固定风险的同时，能够有效提高定位利用效率。有效提高定位利用效率。有效提高定位利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法


[0001]本专利技术属于GNSS(Global Navigation Satellite System)定位与导航
，涉及GNSS整周模糊度解算技术，主要涉及了一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着无人驾驶、智能机器人等新兴智能化产业的发展，现代位置服务需求的内涵也在同步发生显著变化，在满足精度的前提下，定位系统对环境的适应能力和结果的可信程度成为愈加重要的性能指标；尤其在无人驾驶、航空进近等涉及生命安全的领域，定位的可靠性尤为重要。高精度卫星定位主要依赖载波观测值，通过混合整数模型恢复模糊度的整数特性，进而通过精密的载波测距信息解算高精度定位结果。当前，以误差无偏性假设(即观测误差符合高斯白噪声)为前提的混合整数估计理论已较为成熟。然而，在城市环境等复杂观测条件下，卫星信号易受建筑物和林荫等的遮挡、反射、折射等影响，导致可视卫星数量不足、观测粗差频繁、多路径效应强等问题，未模型化误差问题严重，从而使得观测值误差的无偏性假设难以满足。在此情况下，依据目前常用的整数模糊度解算体系(即将模糊度浮点解固定为一个整数向量)，无法得到理想的固定效果，且难以对模糊度固定的效果进行客观评价。
[0003]从概率角度而言，任何一组同维度的整数向量均有可能是模糊度的真值。因此，从严密的统计理论出发，应该利用全部可能为模糊度的整数向量，依概率得到模糊度的全概率整数解。相比将模糊度固定为一个特定的整数向量，全概率整数解从理论上更为严密，没有丢失其它整数向量为模糊度真值的可能性，因此理论上没有引入纳伪和弃真两类错误，是兼顾高精度定位利用率和可靠性的理想方案。
[0004]无论是何种整数模糊度解算方法，模糊度整数特性的恢复效果均取决于模糊度浮点解的精度(即方差)，浮点解精度越高，恢复的整数解越接近于客观真值。而模糊度浮点解的精度主要取决于参数解算模型的强度。目前诸多研究表明，利用多频观测值组合能够较容易地解算超宽巷/宽巷模糊度，其能够更好地抵抗观测噪声和系统误差的影响，上一级的模糊度固定能对下一级的模糊度固定起到整数约束作用。在分步解算的前提下，利用全概率整数解方法保障各级定位解的可靠性，将能进一步兼顾定位的实时性、利用率和可靠性。目前，全概率整数解尚未建立实用化的方法体系，尤其是对整数候选向量从无穷到有限的合理约化以及全概率整数解的精度评估缺少方法支撑，将其应用于多频GNSS模糊度解算体系还需进一步研究和深化。

技术实现思路

[0005]本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，首先建立多频GNSS非组合几何相关函数模型，在观测值方程的参数域对基础模糊度进行重参化，得到超宽巷、宽巷和窄巷模糊度参数形式；然后基于各级模糊度的浮点解，
以高置信度为阈值条件进行模糊度候选值选取，将全概率的无穷候选值问题约化为有限计算问题，从而得到基于有限个整数候选向量的全概率整数解；其次，基于加权平均准则，计算得到模糊度全概率整数解方差，实现对各级模糊度解算的精度评价；最后，各级模糊度全概率整数解完成后，依据条件方差公式对下一级的模糊度进行约束，最终实现各级模糊度的解算。本专利技术所提方法将常规的逐级整数固定模式转变为逐级全概率解算模式，在规避模糊度错误固定风险的同时，能够有效提高定位利用效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，包括如下步骤：
[0007]S1、建立多频GNSS非组合几何相关函数模型，在观测值方程的参数域对基础模糊度进行重参化，得到超宽巷、宽巷和窄巷模糊度参数形式；
[0008]S2、基于各级模糊度的浮点解，以高置信度为阈值条件进行模糊度候选值选取，将全概率的无穷候选值问题约化为有限计算问题，得到基于有限个整数候选向量的全概率整数解；
[0009]S3、基于加权平均准则，计算得到各级模糊度全概率整数解方差，实现对模糊度解算的精度评价；
[0010]S4、各级模糊度全概率整数解完成后，依据条件方差公式对下一级的模糊度进行约束，最终实现所有模糊度的解算。
[0011]与现有技术相比，本专利技术提出的多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，以观测信息利用最为充分的非组合函数模型为基础，充分发挥多频信号组合模糊度易于固定的优势，通过全概率整数解过程，将常规的逐级整数固定模式转变为逐级全概率解算模式，使得模糊度的整数解算不再受限于前一级模糊度已固定为一个特定的整数向量，规避错误固定风险的同时，能够有效提高定位利用效率。
附图说明
[0012]图1为本专利技术多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法的流程示意图；
[0013]图2为本专利技术方法在长基线(50.8km)情况下采用北斗三号超宽巷、宽巷组合单历元获得的定位精度图；
[0014]图3为本专利技术方法在长基线(50.8km)情况下采用北斗三号窄巷组合通过多历元滤波获得的定位精度图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0016]实施例1
[0017]一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，具体步骤如下：
[0018]步骤S1、利用多频GNSS观测值，构建非组合观测方程，在观测值方程的参数域对基础模糊度进行重参化，得到超宽巷、宽巷和窄巷模糊度参数形式。
[0019]多频GNSS非组合几何相关函数模型表示为：
[0020][0021]式中，ν表示观测残差向量；下标
△
P
i
和
△
φ
i
分别表示频点i上的差分伪距和载波观测值；β1、β2和β3为三个频率上的电离层延迟因子；I为单位矩阵；λ1、λ2和λ3分别为三个频率的载波波长；和Ion分别表示基线参数和电离层参数向量；A为基线参数的设计矩阵；表示模糊度向量，下标(0,
‑
1,1)、(1,
‑
1,0)、(1,0,0)分别表示超款巷、宽巷和窄巷的组合观测值系数；l表示观测值减计算值(OMC)向量。
[0022]式(1)所示模型采用独立的非组合观测方程，没有因为观测值组合引入观测相关性，因此观测值间相互独立，便于随机模型构造也便于进行观测值的序贯解算；同时在非组合观测方程的基础上通过参数域的模糊度重参化，直接得到了超宽巷、宽巷、窄巷模糊度形式。
[0023]步骤S2、基于各级模糊度的浮点解，以高置信度为阈值条件进行模糊度候选值选取，将全概率的无穷候选值问题约化为有限计算问题，得到基于有限个整数候选向量的全概率整数解。
[0024]基于有限个整数候选向量的全概率整数解求解过程中，按步骤S1所述的观测模型，通过卡尔曼滤波浮点解解得的各级模糊度浮点解及其方差
‑
协方差矩阵后，考虑任何一组同维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立多频GNSS非组合几何相关函数模型，在观测值方程的参数域对基础模糊度进行重参化，得到超宽巷、宽巷和窄巷模糊度参数形式；S2、基于各级模糊度的浮点解，以高置信度为阈值条件进行模糊度候选值选取，将全概率的无穷候选值问题约化为有限计算问题，得到基于有限个整数候选向量的全概率整数解；S3、基于加权平均准则，计算得到各级模糊度全概率整数解方差，实现对模糊度解算的精度评价；S4、各级模糊度全概率整数解完成后，依据条件方差公式对下一级的模糊度进行约束，最终实现所有模糊度的解算。2.如权利要求1所述一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，其特征在于：所述步骤S1中多频GNSS非组合几何相关函数模型为：式中，ν表示观测残差向量；下标
△
P
i
和
△
φ
i
分别表示频点i上的差分伪距和载波观测值；β1、β2和β3为三个频率上的电离层延迟因子；I为单位矩阵；λ1、λ2和λ3分别为三个频率的载波波长；和Ion分别表示基线参数和电离层参数向量；A为基线参数的设计矩阵；表示模糊度向量，下标(0,
‑
1,1)、(1,
‑
1,0)、(1,0,0)分别表示超款巷、宽巷和窄巷的组合观测值系数；l表示观测值减计算值(OMC)向量。3.如权利要求2所述一种多频GNSS分步全概率整数模糊度解算方法，其特征在于：所述步骤S2中的高置信度阈值条件为：选取的有限个模糊度候选向量概率之和满足给定的置信度条件即其中，t表示候选模糊度的个数；表示在当前模糊度浮点解的条件下，模糊度真值为第i个模糊度候选值z<...

【专利技术属性】
技术研发人员：高旺，龚舒宁，潘树国，张泽宇，赵庆，喻国荣，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：