【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星导航定位，具体涉及一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法。
技术介绍
1、北斗卫星导航系统（beidou navigation satellite system, bds）是我国自主研制的全球导航卫星系统（global navigation satellite system, gnss），它具有独特的星座构型、新型的导航信号体制，具有短报文通信、与其他卫星系统兼容互操作能力，满足陆、海、空、天等各类用户不同精度的导航、定位与授时服务需求。目前，北斗系统已广泛应用于交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域，产生了显著的经济和社会效益。除此之外，基于卫星导航观测数据的遥感监测技术，如利用卫星信号的反射原理可以反演水面高度变化等，已经应用于内陆湖泊水位及海平面高度反演中。
2、传统的海平面高测量主要依靠验潮站和卫星测高等手段，但验潮站容易受到地面沉降的影响，而卫星测高数据在沿海地区的精度较低。基于全球导航卫星系统的反演技术（gnss-r）是岸基海面高监测的重要手段。但目前基于gnss技术的海面高反演大多依靠信噪比（signal-to-noise ratio，snr）观测值及伪距和载波相位组合观测值进行的，然而基于snr和组合观测值的水面高反演过程中需考虑电离层、对流层等延迟的改正，水面高反演较为复杂。因此亟需一种简单有效的基于全球导航卫星系统的海平面高反演方法。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：构建伪距和载波相位观测值的非差非组合观测值，以进行误差修正；
4、步骤s2：构建双频无电离层组合观测值，并通过所述非差非组合观测值进行参数重组，以构建定位模型；
5、步骤s3：利用卡尔曼滤波算法对所述定位模型进行参数估计，得到测站坐标、各卫星的残差序列、卫星高度角和方位角信息；
6、步骤s4：通过所述测站坐标、各卫星的残差序列、卫星高度角和方位角信息，选取非收敛过程且方位角为待测水域位置且高度角小于设定阈值的目标时段序列进行分析；
7、步骤s5：采用隆布—史卡构法lomb-scargle对各目标时段序列进行谱分析，提取最大和次最大波峰所对应的频率，当所述最大和次最大波峰所对应的频率求得的高差范围小于设定阈值时，则通过对应的测站高度计算海平面高度，否则重复步骤s4和s5。
8、优选地，步骤s1中所述非差非组合观测值的表达式为：
9、；
10、式中，表示伪距，表示载波相位，s和r分别为卫星和测站的编号，i为频率编号，i=1,2，t表示北斗卫星系统，为北斗卫星系统t中卫星s到测站r的几何距离，和分别表示接收机和卫星的钟差，表示对流层湿延迟的投影函数，表示天顶对流层湿延迟，表示l1波段在卫星入射方向的电离层延迟，表示与频率相关的系数，和分别表示测站和卫星端的未标定伪距硬件延迟，和分别表示测站和卫星端的未校正载波相位硬件延迟，为载波的波长，为具有整数特性的相位模糊度，和分别为伪距和载波相位观测值的噪声以及未模型化的多路径效应。
11、优选地，所述双频无电离层组合观测值的表达式为：
12、；
13、；
14、式中，表示伪距的无电离层组合观测值，表示载波相位的无电离层组合观测值，和表示无电离层组合系数，if表示无电离层组合。
15、优选地，步骤s2中进行参数重组后，构建的定位模型表达式为：
16、；
17、其中，
18、；
19、为接收机端未标定相位延迟，在无电离层组合精密单点定位中被接收机钟参数吸收，共同构建新的接收机参数；为双频观测值的模糊度参数构建成无电离层组合形式
20、优选地，步骤s3包括以下步骤：
21、步骤s31：将步骤s2中的定位模型转化为矩阵形式：
22、；
23、式中，k表示当前历元；lk表示观测值向量，即伪距和载波相位观测值； ak表示设计矩阵；xk表示状态向量，包含了位置参数和模糊度参数；vk表示残差向量；
24、步骤s32：建立参数估计状态方程：
25、；
26、式中，表示状态转移方程的系数矩阵，表示均值为零且方差为的正态白噪声；
27、步骤s33：将步骤s31和步骤s32的公式进行联立，采用采用卡尔曼滤波参数估计方法估计出测站的坐标（x, y, z），并同时输出各卫星的残差序列、卫星高度角和方位角序列。
28、优选地，所述非收敛过程为：当测站坐标（x, y, z）三个方向与测站已知值之差大于阈值时为收敛过程。
29、优选地，步骤s5包括以下步骤：
30、步骤s51：将各目标时段序列带入隆布—史卡构法lomb-scargle，输出功率谱序列；
31、步骤s52：提取出功率谱序列中最大和次最大波峰所对应的频率和；
32、步骤s53：通过频率和和对应的频率波长，计算天线和还平面的高差；
33、步骤s54：当两个频率得到的高差的差值在是设定阈值内时，则则通过对应的测站高度计算海平面高度，否则在步骤s4中选择其他目标时段序列进行后续计算。
34、优选地，步骤s53中计算天线和还平面的高差的表达式为：
35、；
36、式中，和表示对应频率的波长。
37、优选地，步骤s54中计算海平面高度的表达式为：
38、；
39、式中，h表示通过测站坐标转化为的大地高度。
40、本专利技术还提供了一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使处理器执行时实现上述方法中的步骤。
41、本专利技术的有益效果至少包括：
42、基于北斗的伪距和载波相位信号受到水面反射影响会在观测值里呈现波动，能够实现水面高度的反演特性，提出了基于单台北斗接收机以及无电离层精密单点定位算法进行海平面高度反演的方法。该方法最大的优势在于采用单台接收机的无电离层组合精密单点定位算法，既实现了测点的位置估计，也通过伪距和载波相位残差信息进行海平面高的反演。同时，采用无电离层组合观测值消去了电离层的误差影响，而对流层通过设置参数进行估计，则残差信息中主要剩余由于水面反射信号引起的误差，更有利于水面高度的反演。在海上定位应用中，同时发挥北斗卫星导航系统的定位和水面高度反演的作用。与传统的snr方法和观测值组合法相比更为简便、可靠。同时，该方法可同时实现海上点位的位置测量及海面高监测，在海上具有更为广泛的适用性。
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1.一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：所述双频无电离层组合观测值的表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：步骤S2中进行参数重组后，构建的定位模型表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：步骤S3包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：所述非收敛过程为：当测站坐标（X, Y, Z）三个方向与测站已知值之差大于阈值时为收敛过程。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：步骤S5包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：步骤S53中计算天线和还平面的高差的表达式为：<...
【技术特征摘要】
1.一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：所述双频无电离层组合观测值的表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：步骤s2中进行参数重组后，构建的定位模型表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：步骤s3包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗无电离层组合精密单点定位的海平面高反演方法，其特征在于：所述非收敛过程为：当测...
【专利技术属性】
技术研发人员：席瑞杰，徐东升，范小春，吉柏峰，秦月，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：
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