本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域，具體是一種全部解失敗下的部分解定位方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程領(lǐng)域和導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)Χㄎ坏木群退俣扔钟辛烁叩囊?。在全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(gnss)中，基本的觀測(cè)量包括偽距、載波相位和多普勒觀測(cè)值。相對(duì)于偽距定位，利用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位精度更高但存在整周計(jì)數(shù)的問(wèn)題。由于載波信號(hào)沒(méi)有標(biāo)記，所以到達(dá)接收機(jī)端時(shí)信號(hào)從發(fā)射時(shí)刻到接收時(shí)刻一共經(jīng)歷了多少周就是一個(gè)未知數(shù)，即整周模糊度問(wèn)題。

如果要實(shí)現(xiàn)快速定位或者提高定位結(jié)果精度就必須要解決整周模糊度的問(wèn)題。即整周模糊度的解算和有效性檢驗(yàn)。早期的模糊度解算方法不管是基于雙頻數(shù)據(jù)還是三頻數(shù)據(jù)提出的方法都可以概述為全部解法，即先求出所有的模糊度候選解然后根據(jù)條件選出最優(yōu)的一組。后來(lái)隨著gnss的發(fā)展和衛(wèi)星的系統(tǒng)的增多，有部分學(xué)者又提出部分解法，即如果部分解的定位結(jié)果滿足定位要求就不必再等待新歷元的觀測(cè)數(shù)據(jù)。與全部解相比，部分解更容易，可靠性更高，但部分解的解算效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出了一種全部解失敗下的部分解定位方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于它得到的坐標(biāo)結(jié)果幾乎不受數(shù)學(xué)模型中模糊度參數(shù)不同選擇的影響，而且即使針對(duì)整周模糊度的部分解不足以定位時(shí)，該方法仍然可以提供一個(gè)優(yōu)于浮點(diǎn)解的坐標(biāo)位置。

本發(fā)明采用下面的技術(shù)方案：

一種全部解失敗下的部分解定位方法，包括：

構(gòu)建載波相位觀測(cè)方程和誤差方程，計(jì)算得到整周模糊度浮點(diǎn)解，采用搜索方法得到整周模糊度候選組合；

根據(jù)所述整周模糊度候選組合選取部分整周模糊度候選組合；

對(duì)所述部分整周模糊度候選組合進(jìn)行有效性檢驗(yàn)；

選取通過(guò)有效性檢驗(yàn)的部分整周模糊度候選組合的公共部分作為整周模糊度部分解；計(jì)算所述部分模糊度解對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)部分解定位。

進(jìn)一步的，所述選取部分整周模糊度候選組合采用：根據(jù)觀測(cè)方程得到整周模糊度候選組合，按照所述整周模糊度候選組合的殘差平方和從小到大進(jìn)行排列，取殘差平方和小于設(shè)定值的前k個(gè)整周模糊度候選組合作為所述部分整周模糊度候選組合。

進(jìn)一步的，載波相位觀測(cè)方程為：ax+bn＝l，q為方差協(xié)方差矩陣，

方差-協(xié)方差矩陣q為為整周模糊度浮點(diǎn)解。

進(jìn)一步的，對(duì)所述部分整周模糊度候選組合進(jìn)行有效性檢驗(yàn)的方法為：以所述部分整周模糊度候選組合為中心，構(gòu)建面積相同的w個(gè)區(qū)域，所述整周模糊度浮點(diǎn)解一一落入每個(gè)區(qū)域中，所述區(qū)域面積小于設(shè)定值；采用所述整周模糊度浮點(diǎn)解與部分整周模糊度的候選組合之間的相對(duì)位置函數(shù)進(jìn)行有效性檢驗(yàn)。

進(jìn)一步的，采用所述整周模糊度浮點(diǎn)解與部分整周模糊度的候選組合之間的相對(duì)位置函數(shù)進(jìn)行有效性檢驗(yàn)的方法為：假設(shè)正確整周模糊度為所述部分整周模糊度候選組合之一，則該事件成功的概率為：

失敗的概率為：

其中f是部分整周模糊度候選組合與正確整周模糊度之間的相對(duì)位置函數(shù)，為整周模糊度浮點(diǎn)解，j表示衛(wèi)星的個(gè)數(shù)，n為其他整數(shù)點(diǎn)；

n為整周模糊度空間的維數(shù)。

進(jìn)一步的，計(jì)算所述部分模糊度解對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)采用：依次計(jì)算部分整周模糊度候選組合中的每一個(gè)整周模糊度解作為正確整周模糊度的概率，選取所述概率與其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)之加權(quán)平均最終的坐標(biāo)解為：

其中p(ai)為所述部分模糊度解依次作為正確整周模糊度的概率；其中xi為所述部分模糊度解一一對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)；

計(jì)算部分整周模糊度候選組合中的每一個(gè)整周模糊度解作為正確整周模糊度的概率的方法為：令a1,a2,lak，表示正確模糊度分別等于n1,n2,lnk，則ak成功的概率為其中f是部分整周模糊度候選組合與正確整周模糊度之間的相對(duì)位置函數(shù)，為整周模糊度浮點(diǎn)解，n為其他整數(shù)點(diǎn)；

n為整周模糊度空間的維數(shù)。

進(jìn)一步的，計(jì)算所述部分模糊度解對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)采用：在坐標(biāo)空間確定滿足min(max(||x-xi||))(i＝1,2,3...k)，即滿足坐標(biāo)空間最大距離誤差最小值的x值，該x值即為最終的坐標(biāo)解，x1,x2,...,xk為坐標(biāo)空間。

進(jìn)一步的，所述搜索方法為lambda法。

進(jìn)一步的，利用殘差平方和最小求解觀測(cè)方程的未知參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明是一種全部解失敗下的部分解衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法，如果正確模糊度對(duì)應(yīng)的概率p(a1)比其它模糊度大的多，該方法得到的坐標(biāo)位置就會(huì)與全部解非常接近。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于它得到的坐標(biāo)結(jié)果幾乎不受數(shù)學(xué)模型中模糊度參數(shù)不同選擇的影響，而且即使針對(duì)模糊度的部分解不足以定位，該方法仍然可以提供一個(gè)優(yōu)于浮點(diǎn)解的坐標(biāo)位置。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明方法流程圖；

圖2本發(fā)明模糊度浮點(diǎn)解可能位置示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發(fā)明的一種典型實(shí)例一種模糊度部分解選取及有效性檢驗(yàn)方法，包括以下步驟：

構(gòu)建載波相位觀測(cè)方程和誤差方程，計(jì)算得到整周模糊度浮點(diǎn)解，采用搜索方法得到整周模糊度候選組合；

根據(jù)所述整周模糊度候選組合選取部分整周模糊度候選組合；

對(duì)所述部分整周模糊度候選組合進(jìn)行有效性檢驗(yàn)；

選取通過(guò)有效性檢驗(yàn)的部分整周模糊度候選組合的公共部分作為整周模糊度部分解；計(jì)算所述部分模糊度解對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)部分解定位。

部分解的選取步驟如下：

將整周模糊度解按照對(duì)應(yīng)的殘差平方和從小到大進(jìn)行排列，分別為n1,n2,lnk,k，有無(wú)窮多個(gè)，其對(duì)應(yīng)的殘差平方和分別為

取殘差平方和較小的前面k個(gè)模糊度解，即n1,n2,lnk，建立假設(shè)檢驗(yàn)：正確模糊度應(yīng)為其中之一，對(duì)其可靠性按照后面所提供的有效性檢驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，如能通過(guò)檢驗(yàn)，則可取n1,n2,lnk相同的元素部分作為部分解。

如果k＝1，該部分解就變成全部解，可見(jiàn)兩者的一致性，同時(shí)該部分解的選取可基于全部可用衛(wèi)星信息。需要注意的是，所用數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)應(yīng)為優(yōu)選的超寬巷、寬巷和b1(或b2、b3)的模糊度。

本實(shí)施例首先由觀測(cè)方程ax+bn＝l,q為方差協(xié)方差矩陣，得：

對(duì)應(yīng)的方差-協(xié)方差矩陣為為浮點(diǎn)解，滿足令表示與在模糊度空間內(nèi)的相對(duì)位置，即模糊度殘差向量。

這里j表示的是衛(wèi)星的個(gè)數(shù)。

上述值并不是整數(shù)，都是實(shí)數(shù)，它被稱作為整周模糊度浮點(diǎn)解，用表示。

然后采用搜索方法得到整周模糊度的固定解，可以利用lambda方法等其他模糊度固定方法將實(shí)數(shù)的n固定為整數(shù)n(整數(shù)n可能由很多組，我們?nèi)∽顑?yōu)的一組作為最優(yōu)解，并輸出出來(lái))，這一組整數(shù)的n為整周模糊度整數(shù)解的候選組合，也稱為固定解。

本實(shí)施例中，以部分整周模糊度候選組合為中心，構(gòu)建面積相同的w個(gè)區(qū)域，浮點(diǎn)解一一落入每個(gè)區(qū)域中，所述區(qū)域面積小于設(shè)定值；根據(jù)浮點(diǎn)解與部分整周模糊度候選組合為中心之間的相對(duì)位置構(gòu)建上述函數(shù)。

以二維的模糊度空間為例，如圖2所示。為正確模糊度，為其他整數(shù)點(diǎn)。由于未知，是隨機(jī)的，所以整數(shù)解可能為任意的相應(yīng)的，浮點(diǎn)解可能為任意的即浮點(diǎn)解應(yīng)為模糊度空間內(nèi)的無(wú)窮四角形點(diǎn)之一。為正確模糊度的概率問(wèn)題就變成了浮點(diǎn)解為點(diǎn)的概率問(wèn)題。

以點(diǎn)為中心，構(gòu)建大小相同無(wú)窮小的區(qū)域，其大小記為s。由于這些區(qū)域足夠小，區(qū)域內(nèi)每一點(diǎn)的概率密度值可認(rèn)為處處相等，都等于中心處的概率密度值fi，它是浮點(diǎn)解相對(duì)于正確模糊度解的位置的函數(shù)，即(計(jì)算時(shí)，可令其中函數(shù)n為模糊度的維數(shù))。

接下來(lái)對(duì)上述部分整周模糊度解進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，令a1,a2,lak,k,an，表示事件正確模糊度分別等于n1,n2,lnk,k,nn。顯然，這些事件相互獨(dú)立，當(dāng)n取+∞，其總概率之和(即正確模糊度為a1,a2,lak,k,an之一的概率)為1。令b表示事件正確模糊度為n1,n2,lnk之一，則其概率p(b)＝p(a1∪a2∪l∪ak)＝p(a1)+p(a2)+lp(ak)，事件b不成立的概率p(c)＝1-p(b)。

對(duì)于事件a1，根據(jù)前面全部解的有效性檢驗(yàn)，可知：其中

對(duì)于事件a2，如果整數(shù)點(diǎn)n1,n2，分別對(duì)應(yīng)圖2中的和為正確模糊度，用五角星表示，為其他整數(shù)點(diǎn)，用三角星表示。由于未知，是隨機(jī)的，所以整數(shù)解可能為任意的相應(yīng)的，浮點(diǎn)解可能為任意的用四角星表示。即整周模糊度浮點(diǎn)解應(yīng)為模糊度空間內(nèi)的無(wú)窮四角星點(diǎn)之一。為正確模糊度的概率問(wèn)題就變成了整周模糊度浮點(diǎn)解為點(diǎn)的概率問(wèn)題。因此，其中

…

以此類推，對(duì)于事件ak，其中

因此該部分解的成功率應(yīng)為失敗率應(yīng)為

可以看出，如果k＝1，p(c)等于全部解的失敗率，說(shuō)明了全部解與部分解有效性檢驗(yàn)方法的一致性。

計(jì)算得到模糊度解候選解n1，n2，l，nk對(duì)應(yīng)得的坐標(biāo)解x1,x2,lxk；

下面先進(jìn)行以下定義：

假設(shè)x1,x2,lxk表示對(duì)應(yīng)于模糊度候選組合n1，n2lnk的坐標(biāo)解。由于正確的模糊度解應(yīng)為n1，n2lnk為中的一個(gè)，所以正確的位置坐標(biāo)解應(yīng)是x1,x2,lxk中的一個(gè)。

定義)表示任意一個(gè)模糊度候選解用于最終定位時(shí)引起的最大用戶定位誤差。

定義表示用模糊度浮點(diǎn)解進(jìn)行定位時(shí)的最大可能定位誤差，它可以用來(lái)作為一個(gè)指標(biāo)來(lái)確保任意一個(gè)部分解的結(jié)果都要好于實(shí)數(shù)解的結(jié)果。

下面提出兩種求解部分解坐標(biāo)的方案：

(1)定義min(max(||x-xi||))(i＝1,2,3...k)表示x和x1,x2,lxk之間的最大距離誤差的最小值,x為由所有xi(i＝1,2,lk)構(gòu)成的坐標(biāo)空間中的任意一點(diǎn)。計(jì)算滿足min(max(||x-xi||))(i＝1,2,3...k)的x值，記為xmid。此時(shí)xmid應(yīng)滿足：

取xmid作為最終的坐標(biāo)解。

(2)分別計(jì)算n1,n2,lnk依次為正確模糊度的概率p(a1),p(a2),lp(ak)；

取作為最終坐標(biāo)解。

該方法得到的坐標(biāo)解是模糊度候選組合對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置的加權(quán)平均，如果正確模糊度對(duì)應(yīng)的概率p(a1)比其它模糊度大的多，該方法得到的坐標(biāo)位置就會(huì)與全部解非常接近。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于它得到的坐標(biāo)結(jié)果幾乎不受數(shù)學(xué)模型中模糊度參數(shù)不同選擇的影響，而且即使針對(duì)模糊度的部分解不足以定位，該方法仍然可以提供一個(gè)優(yōu)于浮點(diǎn)解的坐標(biāo)位置。

本發(fā)明是一種全部解失敗下的部分解衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法，如果正確模糊度對(duì)應(yīng)的概率p(a1)比其它模糊度大的多，該方法得到的坐標(biāo)位置就會(huì)與全部解非常接近。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于它得到的坐標(biāo)結(jié)果幾乎不受數(shù)學(xué)模型中模糊度參數(shù)不同選擇的影響，而且即使針對(duì)模糊度的部分解不足以定位，該方法仍然可以提供一個(gè)優(yōu)于浮點(diǎn)解的坐標(biāo)位置。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。