一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法

摘要

本发明提供了一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法。包括通过对原始观测量的多频测量值进行线性组合，得到超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量；通过三频模糊度解算算法对各组合观测量进行逐级模糊度解算，得到超宽巷模糊度整数值、宽巷模糊度整数值和窄巷组合观测量伪距的平滑值；将得到的窄巷组合观测量伪距的平滑值结合LAMBDA算法进行搜索，确定窄巷模糊度整数值；结合超宽巷模糊度整数值、宽巷模糊度整数值和窄巷模糊度整数值，得到原始整周模糊度。本发明通过三频模糊度解算算法结合LAMBDA算法求解原始整周模糊度，能在提升计算效率的同时保证原始整周模糊度值的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星监测技术领域，具体涉及一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法。

背景技术

随着GNSS系统现代化，卫星提供的频率种类日益丰富。而在接收端则掀起了一场去中心化的风潮，即将数据处理的核心进程由中心服务器处理改至由现场驻地的设备处理的边缘解算思路。为了适配该种发展方向，势必要减少数据处理的负载，减少数据处理难度才能符合解算资源相对贫乏的边缘设备解算需求。

GNSS高精度定位的核心问题就在于如何快速准确的固定原始整周模糊度。通过传统的LAMBDA算法对模糊度进行搜索，可以得到可靠的结果，但是由于搜索空间大，算法耗时较多，会增加现场驻地的设备数据处理的负载，不利于进行边缘计算。

综上所述，急需一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法，以解决提升原始整周模糊度计算效率问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法，包括以下步骤：

步骤A：通过对原始观测量的多频测量值进行线性组合，得到超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量；

步骤B：通过三频模糊度解算算法对各组合观测量进行逐级模糊度解算，得到超宽巷模糊度整数值、宽巷模糊度整数值和窄巷组合观测量伪距的平滑值；

步骤C：将步骤B中得到的窄巷组合观测量伪距的平滑值结合LAMBDA算法进行搜索，确定窄巷模糊度整数值；

步骤D：结合超宽巷模糊度整数值、宽巷模糊度整数值和通过LAMBDA算法确定的窄巷模糊度整数值，得到原始整周模糊度。

优选的，所述步骤A中，每个历元的原始观测量包括双差伪距观测量和以米为单位的双差载波相位观测量，每个历元中第

其中，

其中，

优选的，所述步骤A中，超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量均包括以周期为单位的双差载波相位观测量

其中，

优选的，所述步骤A中，通过表达式5）计算电离层延迟放大系数

优选的，所述步骤B中，进行逐级模糊度解算时先将超宽巷组合观测量的模糊度固定后得到超宽巷组合观测量伪距的平滑值，再将超宽巷组合观测量伪距的平滑值用于宽巷组合观测量的模糊度固定；将宽巷组合观测量的模糊度固定后得到宽巷组合观测量伪距的平滑值，最后将宽巷组合观测量伪距的平滑值用于求解窄巷组合观测量伪距的平滑值。

优选的，所述步骤B中通过表达式7）计算模糊度整数值：

其中，

优选的，所述步骤B中通过表达式8）计算超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量伪距的平滑值：

优选的，所述步骤C中，通过窄巷组合观测量的伪距观测量残差和载波相位观测量残差、窄巷组合观测量的载波相位观测值、窄巷组合观测量伪距的平滑值和窄巷模糊度未知数向量构建最小二乘方程后，利用LAMBDA算法进行降相关模糊度参数搜索，确定窄巷模糊度整数值

优选的，所述步骤D中，通过表达式11）计算原始整周模糊度值

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

（1）本发明中，通过TCAR（三频模糊度解算算法）结合LAMBDA算法求解原始整周模糊度，能在提升计算效率的同时保证原始整周模糊度值的可靠性，计算时间为传统计算方法的33%~50%。

（2）本发明中，通过逐级模糊度解算求解波长大于1m的超宽巷组合观测量和宽巷组合观测量的模糊度整数值，足以获得高精度的超宽巷组合观测量和宽巷组合观测量的模糊度整数值；通过LAMBDA算法搜索求得波长小于1m的窄巷组合观测量的模糊度整数值，能弥补逐级模糊度解算在求解波长小于1m的窄巷组合观测量的模糊度整数值时误差较大的缺陷，提升最终的原始整周模糊度值的可靠性，有助于实现GNSS高精度定位。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例中一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法的流程图；

图2是本申请实施例中一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法与传统计算方法的计算时间比对图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例：

参见图1，一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法，本实施例应用于北斗观测数据原始整周模糊度的固定，提升边缘计算的计算效率。

一种基于三频模糊度解算的整周模糊度计算方法，包括以下步骤：

步骤A：通过对原始观测量的多频测量值进行线性组合，得到超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量；

本实施例中，在监测现场终端对观测到的2000个历元的观测数据进行处理，每个历元的原始观测量包括双差伪距观测量和以米为单位的双差载波相位观测量，北斗三频点频率分别为：B1：1561.098MHz、B2：1207.140MHz和B3：1268.520MHz，三个频点对应的波长分别为：

其中，

其中，

随机观测误差包括观测误差项和多径误差等非模型误差，一般包括

通过对原始观测量的多频测量值进行线性组合，得到超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量：线性组合方式是对不同频率上的载波相位测量值进行组合，实际上是通过拍频而组合出新的虚拟测量值。

通过线性组合得到的超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量均包括以周期为单位的双差载波相位观测量

其中，

将各频段的电离层延迟整理后得到的系数为电离层延迟放大系数

观测噪声放大系数

电离层延迟放大系数

表1 部分最优整线性组合系数表

本实施例中，通过对三频测量值（即原始观测量）进行线性组合而产生了一系列不同拍频波长的组合观测量，其中超宽巷组合观测量波长大于2m，宽巷组合观测量波长介于1m~2m之间，窄巷组合观测量波长小于1m。得到超宽巷组合观测量选取的线性组合系数为：

步骤B：通过三频模糊度解算算法对各组合观测量进行逐级模糊度解算，得到超宽巷模糊度整数值、宽巷模糊度整数值和窄巷组合观测量伪距的平滑值；

通过构建GF模型（几何无关模型）固定超宽巷组合观测量的模糊度，进行逐级模糊度解算时先将超宽巷组合观测量的模糊度固定后得到超宽巷组合观测量伪距的平滑值，再将超宽巷组合观测量伪距的平滑值用于宽巷组合观测量的模糊度固定；通过构建GF模型固定宽巷组合观测量的模糊度，将宽巷组合观测量的模糊度固定后得到宽巷组合观测量伪距的平滑值，最后将宽巷组合观测量伪距的平滑值用于求解窄巷组合观测量伪距的平滑值，求解窄巷组合观测量伪距的平滑值时构建GB模型（几何相关模型）进行计算，如图1所示。

通过表达式7）可计算得到超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量的模糊度整数值：

其中，

通过表达式8）计算超宽巷组合观测量、宽巷组合观测量和窄巷组合观测量的模糊度固定后的伪距的平滑值：

步骤C：将步骤B中得到的窄巷组合观测量伪距的平滑值结合LAMBDA算法进行搜索，确定窄巷模糊度整数值：通过窄巷组合的伪距观测量残差和载波相位观测量残差、窄巷组合观测量的载波相位观测值、窄巷组合观测量伪距的平滑值和窄巷模糊度未知数向量构建最小二乘方程后，利用LAMBDA算法进行降相关模糊度参数搜索，确定窄巷模糊度整数值

求解窄巷模糊度整数值时，先构建表达式9）：

其中，

令

步骤D：结合超宽巷模糊度整数值、宽巷模糊度整数值和通过LAMBDA算法确定的窄巷模糊度整数值，得到原始整周模糊度。

将通过逐级模糊度解算中通过表达式7）得到超宽巷模糊度整数值

由图2可知，本实施例中，通过TCAR（三频模糊度解算算法）结合LAMBDA算法求解每个历元原始整周模糊度的计算时间基本在0.001s~0.002s，而直接通过传统LAMBDA算法搜索每个历元原始整周模糊度的计算时间基本在0.003s~0.004s，计算时间为本申请的2倍~3倍，通过本申请的计算方法确定原始整周模糊度效率更快，可减少对终端设备CPU的占用，利于监测现场的接收端设备（或终端设备）进行边缘计算。这是由于TCAR算法基于几何无关模型，消除了星地距离、对流层延迟等几何相关项，按波长递减顺序，由易到难逐级求得组合观测值模糊度，并且求解过程无需搜索，解算效率远高于LAMBDA算法。本申请计算方法应用时自建基准站，无需通过千寻等RTK cors站账号获取rtcm改正数据，系统构架完备。通过差分技术进行延迟量消除，并同时进行观测量组合构成波长不同的观测量。为了改善TCAR模糊度固定成功率，将TCAR解算值作为约束条件辅助LAMBDA算法，使模糊度固定率得到提升。通常TCAR算法的模糊度正确固定率在80%-90%之间，通过结合LAMBDA算法能够将固定成功率提升到99%。通过将TCAR算法与LAMBDA算法结合进行原始整周模糊度解算，能够使得算法整体效率得到提升，且获得TCAR不具备的的高稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。