一种适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法制造技术

一种适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，通过在不同的历元逐一剔除一颗不同的卫星进行浮点解解算并尝试进行模糊度固定，在模糊度能够固定以后，对整数模糊度进行抗差处理，并对相邻历元相同卫星的整周模糊度结果进行对比确认以达到整数模糊度搜索成功，然后进入基线固定解解算的抗差流程，从而在兼顾实时性能的前提下，提高了粗差识别的准确性，加快定向的同时，保证了定向的高精度。保证了定向的高精度。

【技术实现步骤摘要】
一种适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法


[0001]本专利技术涉及GNSS载波相位差分技术，更具体地，涉及一种适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，通过在不同的历元逐一剔除一颗不同的卫星进行浮点解解算并尝试进行模糊度固定，在模糊度能够固定以后，对整数模糊度进行抗差处理，并对相邻历元相同卫星的整周模糊度结果进行对比确认以达到整数模糊度搜索成功，然后进入基线固定解解算的抗差流程，从而在兼顾实时性能的前提下，提高了粗差识别的准确性，加快定向的同时，保证了定向的高精度。。

技术介绍

[0002]上至外大气层，中到陆地，下到深海，人类活动的各个领域都离不开定向导航技术。随着定向技术的不断发展，定向设备已成为飞机、舰船、车辆、武器装备等各种载体上必不可少的设备。快速高精度的定向在科学研究、工程建设以及现代化战争中具有重要的意义。其中，以GNSS系统为代表的星基定向系统具有精度高、定向快、结构简单、价格便宜的优点(GNSS，Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)，且其精度与时间无关，全天候且不受气象的影响，具有巨大的应用潜力。因此，深入地研究各种场景下的GNSS定向技术具有重要的意义。
[0003]GNSS定向技术是基于卫星载波相位测量的相对定位，测量不同天线之间的相对位置，通过精确的相对位置进行方位角的解算。其中的关键技术就是对两台接收机天线间双差整周模糊度的搜索解算，然后通过正确的整周模糊度解实现接收机天线间的准确定位，其得到的基线长度可以达到cm级甚至毫米级，最后通过方位角和当地水平坐标系的关系求解方位角。在两个天线距离1米的情况下，定向精度可达0.15
°
。这个过程首先需要进行浮点解的解算，然后通过模糊度的整数特性进行模糊度搜索固定，最后解算固定解基线。这个过程中，每一个环节的错误都会影响到定向的速度以及精度。
[0004]在实际应用中，理想的开阔场景并不多见，卫导天线经常会受到遮挡或干扰。在这种时候，往往会产生比较严重的多径信号，导致部分卫星观测值出现粗差。如果不能准确的识别这些粗差并妥善处理，必然会导致定向困难、定向精度不稳定。
[0005]经典的最小二乘抗差算法一般基于验后残差的统计特性构建假设检验参数，通过IGG III方案构建权函数(IGG，Institute of Geodesy&Geophysics，测量与地球物理研究所，IGG III方案由中国科学院测量与地球物理研究所提出)，通过反复迭代的方式寻找最优解。这种算法在浮点解解算阶段容易受到粗差转移的影响而产生误判，且反复迭代耗时严重；在基线固定解解算阶段难以准确识别相对较小的粗差，效果并不显著。因此，有必要开发更加高效、准确的抗差算法来解决复杂多径环境下的定向难题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，通过在不同的历元逐一剔除一颗不同的卫星进行浮点解解算并尝试进
行模糊度固定，在模糊度能够固定以后，对整数模糊度进行抗差处理，并对相邻历元相同卫星的整周模糊度结果进行对比确认以达到整数模糊度搜索成功，然后进入基线固定解解算的抗差流程，从而在兼顾实时性能的前提下，提高了粗差识别的准确性，加快定向的同时，保证了定向的高精度。
[0007]本专利技术技术解决方案如下：
[0008]一种适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤A，在不同的历元逐一剔除一颗不同的卫星进行浮点解解算并尝试进行模糊度固定；
[0010]步骤B，在模糊度能够固定以后，对整数模糊度进行抗差处理，并对相邻历元相同卫星的整周模糊度结果进行对比确认以达到整数模糊度搜索成功；
[0011]步骤C，进入基线固定解解算的抗差流程。
[0012]所述步骤A中包括，假如当前时段可观测卫星有n颗，分别用s1、s2、
……
、s
n
来表示，n为正整数，则在历元t
i
时刻剔除s1以后进行差分解算，下标i为序号，假如模糊度固定成功，则在接下来的历元均剔除s1，否则在历元t
i+1
时刻剔除s2以后进行差分解算，以此类推，循环抗差直至能够固定模糊度。
[0013]所述步骤B中包括，在常规的ratio检验和rms检验之上，增加两个模糊度确认的判定条件：
[0014]条件1，连续相邻历元，同一颗卫星的整数模糊度相等的数目不少于4颗，每个频点同一颗卫星的整数模糊度不相等的数目不大于2颗，即
[0015][0016]其中f表示频点，m为正整数，COUNT为计数算子，N为整数模糊度，si为第i颗卫星，t、t+1表示两个相邻历元；
[0017]条件2，连续3个历元的固定解基线分量水平分量相差在0.03m以内，高程分量相差在0.05m以内，即
[0018][0019]其中E为固定解东方向基线分量，N为固定解北方向基线分量，U为固定解高程分量，t、t+1、t+2依次为第1个、第2个、第3个历元，只有当同时满足上述两个条件时，才认为模糊度整数解通过了检验，然后才能进入后续基线固定解解算的流程。
[0020]所述步骤C中包括以下步骤：
[0021]步骤C1，采用抗差最小二乘算法进行一次迭代解算初始基线固定解；
[0022]步骤C2，采用前一步解算的基线固定解对所有模糊度进行反算；
[0023]步骤C3，计算每颗卫星的PDOP位置精度因子贡献值，选取贡献值最大的4颗卫星作
为剔除的备选，通过逐一踢星的方式选取最优解。
[0024]所述步骤C1包括，载波相位非差模型为
[0025]λ1φ1＝r
‑
I1+T+δt
u
‑
δt
s
+λ1N1[0026]λ2φ2＝r
‑
I2+T+δt
u
‑
δt
s
+λ2N2[0027]其中，下标1,2表示两个频点，λ表示波长，φ表示载波相位，r表示星地距，I表示电离层延时，T表示对流层延时，δt
u
表示本地钟差，δt
s
表示卫星钟差，N表示整周模糊度，忽略接收机热噪声、多径等其他分量；
[0028]由载波相位非差模型建立单差模型，用
△
表示单差，即
[0029]Δφ＝(Δr
‑
ΔI+ΔT+Δδt
u
)/λ+ΔN
[0030]选择基准星并利用单差模型建立双差模型，用
△
表示双差，即
[0031][0032]双天线定向一般为几米的短基线，因此可忽略电离层和对流层的残余，在模糊度固定成功以后，双差模型将仅仅包含基线分量参数，即
[0033]V＝HB
[0034]其中，B为双天线基线向量，H为观测向量，V为模糊度固定以后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，在不同的历元逐一剔除一颗不同的卫星进行浮点解解算并尝试进行模糊度固定；步骤B，在模糊度能够固定以后，对整数模糊度进行抗差处理，并对相邻历元相同卫星的整周模糊度结果进行对比确认以达到整数模糊度搜索成功；步骤C，进入基线固定解解算的抗差流程。2.根据权利要求1所述的适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，其特征在于，所述步骤A中包括，假如当前时段可观测卫星有n颗，分别用s1、s2、
……
、s
n
来表示，n为正整数，则在历元t
i
时刻剔除s1以后进行差分解算，下标i为序号，假如模糊度固定成功，则在接下来的历元均剔除s1，否则在历元t
i+1
时刻剔除s2以后进行差分解算，以此类推，循环抗差直至能够固定模糊度。3.根据权利要求1所述的适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，其特征在于，所述步骤B中包括，在常规的ratio检验和rms检验之上，增加两个模糊度确认的判定条件：条件1，连续相邻历元，同一颗卫星的整数模糊度相等的数目不少于4颗，每个频点同一颗卫星的整数模糊度不相等的数目不大于2颗，即其中f表示频点，m为正整数，COUNT为计数算子，N为整数模糊度，si为第i颗卫星，t、t+1表示两个相邻历元；条件2，连续3个历元的固定解基线分量水平分量相差在0.03m以内，高程分量相差在0.05m以内，即其中E为固定解东方向基线分量，N为固定解北方向基线分量，U为固定解高程分量，t、t+1、t+2依次为第1个、第2个、第3个历元，只有当同时满足上述两个条件时，才认为模糊度整数解通过了检验，然后才能进入后续基线固定解解算的流程。4.根据权利要求1所述的适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，其特征在于，所述步骤C中包括以下步骤：步骤C1，采用抗差最小二乘算法进行一次迭代解算初始基线固定解；步骤C2，采用前一步解算的基线固定解对所有模糊度进行反算；步骤C3，计算每颗卫星的位置精度因子PDOP贡献值，选取贡献值最大的4颗卫星作为剔除的备选，通过逐一踢星的方式选取最优解。5.根据权利要求4所述的适应于复杂多径环境下的双天线定向抗差算法，其特征在于，所述步骤C1包括，载波相位非差模型为
λ1φ1＝r
‑
I1+T+δt
u
‑
δt
s
+λ1N1λ2φ2＝r
‑
I2+T+δt
u
‑
δt
s
+λ2N2其中，下标1,2表示两个频点，λ表示波长，φ表示载波相位，r表示星地距，I表示电离层延时，T表示对流层延时，δt
u
表示本地钟差，δt
s
表示卫星钟差，N表示整周模糊度，忽略接收机热噪声、多径等其他分量；由载波相位非差模型建立单差模型，用
△
表示单差，即Δφ＝(Δr
‑
ΔI+ΔT+Δδt
u
)/λ+ΔN选择基准星并利用单差模型建立双差模型，用
▽△
表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：北方雷科安徽科技有限公司，
类型：发明
国别省市：