本发明专利技术涉及一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，包括：步骤S1：获取系统状态方程；步骤S2：获取伪距与载波相位的观测值，建立三差观测方程；步骤S3：获取GPS L1频率载波相位，结合系统状态方程得到启动卡尔曼滤波所需初值与方差；步骤S4：利用前一历元的状态向量的观测值，结合系统状态方程分别得到各历元的状态向量预测值，并进一步得到各历元的状态向量的预测值和观测值之差，并将状态向量的预测值和观测值之差超过预配置的限值的状态向量的观测值判定为异常数据，反之则作为正常数据；步骤S5：基于正常数据，利用卡尔曼滤波解算得到各异常数据的最优估值对探测出的异常数据进行替换，实时修复观测值中的异常误差。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高定位精度等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星导航定位的，尤其是涉及一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法。
技术介绍
1、近年来，智能手机已在大众生活中实现普及，基于智能手机的gnss定位技术也实现了快速发展和广泛应用。尤其是2016年一些手机操作系统提供了获取伪距、载波等gnss观测值的接口，这为智能手机实现精密定位奠定了基础。但由于智能手机采用了低成本的gnss芯片与天线，导致其观测值质量较差，易频繁出现异常误差。这类异常误差严重影响了智能手机的定位性能，导致其难以满足持续高精度定位需求。
2、目前应对gnss观测值中异常误差的研究主要集中在测地型接收机方面。主要方法有基于多项式拟合的异常误差探测与修复方法，这类方法对观测值质量有较高要求；基于turboedit的异常误差探测与修复方法，这类方法要求观测值至少有两个或以上频率，而智能手机多频数据可用情况不佳；基于mw组合的异常误差探测与修复方法，这类方法只能用于事后处理。以上对于异常误差探测与修复方法有不同的侧重点，而智能手机由于自身各种限制无法直接使用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提供一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法，其特征在于，包括：
4、步骤s1：获取系统状态方程，其中，所述系统状态方程依据伪距与载波相位观测值连续光滑的特性建立；
5、步骤s2：获取伪距与载波相位的观测值，并基于获取的伪距与载波相位的观测值，结合系统状态方程，建立三差观测方程；
6、步骤s3：获取gps l1频率载波相位，结合系统状态方程得到启动卡尔曼滤波所需初值与方差；
7、步骤s4：利用前一历元的状态向量的观测值，结合系统状态方程分别得到各历元的状态向量预测值，并进一步得到各历元的状态向量的预测值和观测值之差，并将状态向量的预测值和观测值之差超过预配置的限值的状态向量的观测值判定为异常数据，反之则作为正常数据；
8、步骤s5：基于正常数据，利用卡尔曼滤波解算得到各异常数据的最优估值对探测出的异常数据进行替换，实时修复观测值中的异常误差。
9、所述系统状态方程为：
10、x(k)＝fx(k-1)+gw(k-1)
11、其中：x(k)为k历元的状态向量，x(k-1)为k-1历元的状态向量，w(k-1)为k-1历元的系统动态噪声，f为系统状态转移矩阵，g为动态噪声矩阵，
12、所述系统状态转移矩阵f具体为：
13、
14、其中：t为采样间隔，
15、所述动态噪声矩阵g具体为：
16、g＝(t3/6,t2/2,t)t。
17、所述系统状态方程的建立过程具体包括：
18、步骤s11：分别获取手机测量的与一个卫星的星地距离和固定站测量的与该卫星的星地距离，并计算两者之差得到对应于该卫星的单差星地距离；
19、步骤s12：获取两个不同卫星的对单差星地距离，并求差得到双差星地距离；
20、步骤s13：对双差星地距离在历元间求差，得到三差量；
21、步骤s14：将三差量表达为二阶递推方程，得到状态向量：
22、
23、其中：为k历元的星地距离，为k历元的星地距离变化率，为k历元的星地距离变化加速度，r为流动站编号，j为固定站的编号，p和q均为卫星编号；
24、步骤s15基于得到的状态向量建立系统状态方程。
25、所述步骤s2具体包括：
26、步骤s21：获取手机的伪距与载波相位的观测值，并基于获取的伪距与载波相位的观测值得到伪距与载波相位的单差观测值；
27、步骤s22：利用得到的伪距与载波相位的单差观测值得到伪距与载波相位双差观测值；
28、步骤s23：利用得到的伪距与载波相位双差观测值，得到伪距与载波相位的三差观测值及方差；
29、步骤s24：基于得到的伪距与载波相位的三差观测值及方差建立三差观测方程。
30、所述三差观测方程的数学表达式为：
31、
32、其中：δp(k)i为由观测方程得到的伪距，为由观测方程得到的载波，h(k)为k历元的观测矩阵，v为测量噪声矩阵，为基于频率i得到k历元的伪距，为基于频率i得到k历元的伪距的变化率，为基于频率i得到k历元的伪距的变化加速度，为基于频率i得到k历元的载波相位，为基于频率i得到k历元的伪距的载波相位的变化率，为基于频率i得到k历元的载波相位的变化加速度，r为流动站编号，j为固定站的编号，p和q均为卫星编号。
33、所述伪距与载波相位基于手机系统的api接口得到。
34、所述步骤s3具体包括：
35、步骤s31：获取gps l1频率载波相位，并对第一历元和第二历元的gps l1频率载波相位进行差分得到三差载波相位
36、步骤s32：利用三差载波相位获得初始三差星地距离
37、步骤s33：基于初始三差星地距离得到初始三差星地距离变化率及三差星地距离变化加速度
38、步骤s34：将得到的初始三差星地距离初始三差星地距离变化率及三差星地距离变化加速度代入系统状态方程，得到初始状态和方差。
39、所述步骤s4具体包括：
40、步骤s41：利用k-1历元的状态向量x(k-1)，递推出k历元的状态向量的预测值x′(k)和其对应的方差d[x′(k)]；
41、步骤s42：基于得到的k历元的状态向量的预测值x′(k)和其对应的方差d[x′(k)]得到星地距离三差预测值
42、步骤s43：基于星地距离三差预测值分别得到伪距三差和其对应的方差，以及载波相位三差和其对应的方差；
43、步骤s44：分别计算伪距三差的预测值和观测值之差，以及载波相位三差的预测值和观测值之差，若两者中的任一者超过预配置的限值，则将该观测值判定为异常数据。
44、k历元的状态向量的观测值判定为异常数据的具体条件为：
45、
46、其中：δp(k)i为对应于频率i的k历元的伪距三差的预测值和观测值之差，为对应于频率i的k历元的载波相位三差的预测值和观测值之差，为对应于δp(k)i的方差，为对应于的方差。
47、所述步骤s5具体包括：
48、步骤s51：当某一历元内观测值中有部分为异常数据时，基于观测值中的正常数据建立观测方程，并得到卡尔曼增益矩阵k(k)：
49、k(k)＝d[x′(k)]ht(hd[x′(k)]ht+dzz)-1
50、其中：d[x′(k)]为状态向量预测值对应的方差，h为观测矩阵，dzz为量测噪声方差阵，x′(k)为k历元状态向量预测值；
51、步骤本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述系统状态方程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述系统状态方程的建立过程具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述三差观测方程的数学表达式为：
6.根据权利要求4所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述伪距与载波相位基于手机系统的API接口得到。
7.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
8.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
9.根据权利要求8所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，k历元的状态向量的观测值判定为异常数据的具体条件为：
10.根据权利要求8所述的一种基于卡尔曼滤波的手机GNSS观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
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【技术特征摘要】
1.一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述系统状态方程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述系统状态方程的建立过程具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于卡尔曼滤波的手机gnss观测值异常误差修复方法，其特征在于，所述三差观测方程的数学表达式为：
6.根据权利要求4所述的一种基...
【专利技术属性】
技术研发人员：于先文，穆宏波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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