一種bds和gps觀測信息融合的寬巷模糊度解算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)衛(wèi)星定位方法，特別涉及基于載波的多頻 多系統(tǒng)RTK(Real-Time Kinematic)中模糊度的快速準(zhǔn)確解算。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于載波的RTK (Real-Time Kinematic)技術(shù)是目前應(yīng)用范圍最廣的GNSS精密定 位技術(shù)之一，它能夠讓用戶便捷、實時地獲得厘米級的定位結(jié)果，已在精密工程測量、國土 資源調(diào)查等領(lǐng)域等到廣泛應(yīng)用。近年來隨著我國北斗系統(tǒng)（BDS)的運行，Galileo、IRNSS 等建設(shè)推進(jìn)和GPS、GLONASS提升完善，衛(wèi)星導(dǎo)航已進(jìn)入多系統(tǒng)并存的嶄新時代，多模多頻 觀測信息為衛(wèi)星定位精度、可靠性等性能提升提供了新的技術(shù)條件，進(jìn)一步激發(fā)了衛(wèi)星定 位新理論、新方法研究的熱潮。滿足精度和可靠性的中長基線RTK逐漸成為發(fā)展的熱點和 趨勢，而模糊度快速準(zhǔn)確解算則是這一技術(shù)的核心問題。目前針對雙頻情況中長基線的電 離層影響問題，模糊度求解常用"三步法"，即先利用寬巷組合的長波特性確定寬巷模糊度， 然后利用電離層無關(guān)組合同步估計對流層天頂延遲濕分量和基頻模糊度浮點解，最后通過 整數(shù)搜索方法求取基頻模糊度固定解。在這一過程中，寬巷模糊度的快速準(zhǔn)確求解是整個 算法的前提。
[0003] 目前雙頻寬巷模糊度求解的常用方法有雙頻P碼與相位觀測值線性組合法（Mff方 法）和寬巷組合定義法（WL方法），但Mff法受偽距觀測值噪聲影響較大，特別是對于雙差偽 距觀測誤差在一定時間內(nèi)不符合白噪聲特性時，Mff方法解算成功率較低；而WL方法無法削 弱雙差電離層的影響而使基線距離受限。而多頻GNSS信號可以構(gòu)成具有諸多優(yōu)點的觀測 值組合，能夠很好的改正大氣誤差、提高模糊度的固定效率，因此能夠快速可靠地固定三頻 的超寬巷或?qū)捪锬：?，甚至實現(xiàn)單歷元可靠固定。但對于雙頻情況，寬巷模糊度的解算仍 然是一個亟需解決的先行問題：Mff組合方法雖然消除了電離層和對流層延遲的影響，但其 基于單個衛(wèi)星對解算，沒有充分利用各衛(wèi)星對間相互提供的冗余信息，需依托較長的時間 才能達(dá)到較高的成功率，且其基于幾何無關(guān)模式，較難與三頻觀測信息進(jìn)行有效的融合；而 常規(guī)的WL方法無法有效地解決影響中長基線模糊度固定的主要影響因素一電離層延遲問 題。
[0004] 2012年12月，我國自主建設(shè)的北斗系統(tǒng)正式完成區(qū)域組網(wǎng)，開始正式向亞太地區(qū) 提供導(dǎo)航、定位等服務(wù)。北斗系統(tǒng)是世界上現(xiàn)有的唯一建設(shè)完善的全系統(tǒng)衛(wèi)星播發(fā)三頻信 號的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，充分發(fā)揮北斗的三頻優(yōu)勢，更好地實現(xiàn)與目前以雙頻為主的GPS、 GLONASS等衛(wèi)星系統(tǒng)觀測信息的融合，成為推進(jìn)衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的一項重要內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種BDS和GPS觀測信息融合的寬巷模糊度解 算方法，顯著提升雙頻系統(tǒng)尤其是低高度角衛(wèi)星寬巷模糊度解算的精度和解算速度，從而 保障中長基線RTK定位的時效性和可靠性。
[0006] 技術(shù)方案：一種BDS和GPS觀測信息融合的寬巷模糊度解算方法，包括如下具體步 驟：
[0007] 步驟1)，利用載波、偽距組合成無幾何無電離層模型，單歷元解算BDS的超寬巷 (〇，-1，1)組合模糊度，如式（1. 1)所示：
[0008]
[0009] 式中，規(guī)(·)為站間星間雙差算子，Δ%ν(()_υ,為（〇, -ia)組合模糊度，[·]為 按四舍五入原則的取整運算符，AV為以周為單位的（〇, D組合的載波觀測值， 為以周為單位的（〇，-1，1)組合的偽距觀測值，λ% 1>1}為（〇，-1，1)組合載波觀測 值波長；
[0010] 步驟2)，采用如式（1.2)所示的無幾何模式的TCAR方法，單歷元解算BDS的寬巷 (1，-1，〇)組合模糊度：
[0012] 式中，AViVa ui1為（1，-1，〇)組合模糊度，λ u,⑶為（1，-1，〇)組合載波觀測值 波長，以周為單位的（1，-1，〇)組合的載波觀測值；Δν/為BDS的Bl頻點上的 雙差電離層延遲值；n (6,⑶和n u, U分別為（〇, -1，1)和（1，_1，〇)組合載波觀測值上 的電離層延遲因子；
[0013] 步驟3)，基于幾何相關(guān)模型，構(gòu)建同步估計BDS和GPS中各衛(wèi)星傾斜電離層延遲和 GPS寬巷模糊度的觀測模型，如式（1. 3)所示：
[0014]
[0015] υ?Ν 丄υυιυο ? ο乙 λ j < 〇/ ι
[0016] 式（I. 3)中，λ u, 1}、AVIVcvri和八▽么_1;分別為Gps雙頻（L -D組合寬巷波 長、雙差寬巷模糊度和雙差載波觀測值；AVZ^1分別為GPS在其頻點i、2上的偽 距觀測值；Δν&、ΔνΡ?2、AVTw分別為BDS在其頻點U2、3上的偽距觀測值；AVp,表 示雙差站星距離，所述雙差站星距離中包括位置增量參數(shù)；AVT表示雙差對流層延遲值； AWii表示GPS頻點1上的雙差傾斜電離層延遲值，AV/f,表示BDS頻點1上的雙差傾斜 電離層延遲值；f gl表示GPS的頻點i觀測值上的頻率，其中i取1、2 ;f bl表示BDS的頻 點i觀測值上的頻率，其中i取1、2、3 ;
為以距離為單位的GPS(1，-1)組合載 波觀測值噪聲；
分別為GPS兩個頻點上偽距觀測值噪聲；
和
分別為以距離為單位的BDS(1，_1，0)和（0, _1，1)組合載波觀測值噪聲；
分別為BDS三個偽距觀測值噪聲；
[0017] 步驟4)，設(shè)定GPS寬巷模糊度估計濾波的狀態(tài)方程；其中，所述位置增量參數(shù)采用 常速度模型，所述寬巷模糊度在無周跳的情況下采用時不變方式處理，所述雙差傾 斜電離層延遲和均采用隨機游走的方式進(jìn)行處理；
[0018] 步驟5)，對所述式（1. 3)的觀測模型進(jìn)行卡爾曼濾解算，得到GPS雙差寬巷模糊度 的浮點解和方差協(xié)方差矩陣；然后，采用LAMBDA算法進(jìn)行整數(shù)固定，得到GPS雙差寬巷模糊 度整數(shù)解。
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟4)中對所述雙差傾斜電離層延遲AVL和4￥/&采用隨機游 走的方式進(jìn)行處理時，其歷元間轉(zhuǎn)換矩陣O 1近似設(shè)置為單位陣，動態(tài)噪聲矩陣設(shè)定為
1其中譜密度qIcin設(shè)置為0. lm2/s，Δ t為歷元間時間間隔，Z1^電離層 穿刺點位置的天頂角。
[0020] 有益效果：本發(fā)明所提出的一種BDS和GPS觀測信息融合的寬巷模糊度解算方法， 首先利用BDS的三頻優(yōu)勢，單歷元優(yōu)先可靠固定BDS超寬巷和寬巷組合模糊度；其次利用 電離層延遲短期平穩(wěn)變化特性，參數(shù)化BDS和GPS各衛(wèi)星的傾斜電離層延遲值，利用電離層 頻率關(guān)系聯(lián)立不同組合觀測值，最后利用BDS和GPS共有的位置增量參數(shù)將各觀測信息進(jìn) 行融合，組成幾何相關(guān)模型進(jìn)行卡爾曼濾波解算。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的方法充分利 用BDS的三頻優(yōu)勢，使用載波、偽距組合以及分步解算的TCAR方法單個歷元完成即可靠固 定BDS兩個超寬巷或?qū)捪锝M合模糊度；其次針對GPS雙頻寬巷模糊度解算，利用電離層延遲 短期平穩(wěn)變化特性，參數(shù)化BDS和GPS各衛(wèi)星的傾斜電離層延遲值，利用電離層頻率關(guān)系聯(lián) 立不同組合觀測值（包含偽距）：其中，BDS包含三個頻點的偽距觀測值和兩個模糊度已固 定的超寬巷或?qū)捪镉^測值；GPS包含兩個頻點的偽距觀測值和含有待估寬巷模糊度的寬巷 觀測值，利用共有的位置增量參數(shù)AVa??將各觀測信息進(jìn)行融合，組成幾何相關(guān)模型進(jìn)行卡 爾曼濾波解算。基于幾何相關(guān)的模糊度解算模型，最大化地利用了各衛(wèi)星、各種組合的觀測 值，能夠顯著提升雙頻GPS寬巷模糊度解算的效率和可靠性，從而保障中長基線RTK定位的 時效性和可靠性。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1是BDS和GPS觀測信息融合的寬巷模糊度解算算法流程圖；
[0022] 圖2是BDS三頻（0, -1，1)組合模糊度單歷元解算偏差；
[0023] 圖3是BDS二頻（1，_1，0)組合模糊度單歷兀解算偏差；
[0024] 圖4是實驗所用GPS衛(wèi)星PRN 14衛(wèi)星高度角情況；
[0025] 圖5是實驗所用GPS衛(wèi)星PRN 14模糊度浮點解偏差；
[0026] 圖6是實驗所用GPS衛(wèi)星PRN 14模糊度固定解偏差；
[0027] 圖7是實驗所用GPS衛(wèi)星PRN 12衛(wèi)星高度角情況；
[0028] 圖8是實驗所用GPS衛(wèi)星PRN 12模糊度浮點解偏差；
[0029] 圖9是實驗所用GPS衛(wèi)星PRN 12模糊度固定解偏差。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0031] 如圖1所示，一種BDS和GPS觀測信息融合的寬巷模糊度解算方法，包括如下具體 步驟：
[0032] 步驟1)，由于BDS的三頻優(yōu)勢，利用載波、偽距組合成無幾何無電離層模型，單歷 元解算BDS的超寬巷（0，_1，1)組合模糊度，如式（1.1)所示：
[0033]
[0034] 式中，/W()為站間星間雙差算子，為（〇, D組合模糊度，[·]為 按四舍五入原則的取整運算符，為以周為單位的（〇, -1，1)組合的載波觀測值， 山為以周為單位的（〇，-1，1)組合的偽距觀測值，λ% 1>1}為（〇，-1，1)組合載波觀測 值波長。
[0035] 步驟2)，采用如式（1.2)所示的無幾何模式的TC