專利名稱：一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及定位接收機(jī)基于載波相位定位過程中的周跳修復(fù)方法。

背景技術(shù)：
在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，主要包括載波相位定位和偽距定位兩種方式。偽距定位方式計算簡單方便，但定位精度較低；而載波相位定位，其載波相位觀測精度比偽距測量值高得多，其絕對定位精度可以達(dá)到厘米級，相對定位精度可以達(dá)到毫米級。在高精定位接收機(jī)中，普遍基于載波相位測量值來進(jìn)行定位。
載波相位測量原理根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的載波信號在傳播路徑上的相位變化值確定信號的傳播距離。衛(wèi)星發(fā)出相位為

的載波信號，此信號經(jīng)過距離ρ傳輸?shù)浇邮諜C(jī)時，其相位變?yōu)?

則由衛(wèi)星到接收機(jī)處的相位變化量為

此變化量包括整周數(shù)和不足一周的小數(shù)部分，具體可表示為
為方便計算，載波相位均以周為單位，衛(wèi)星到接收機(jī)的距離ρ表示為
其中，N0表示初始的相位整周數(shù)，ΔN為整周數(shù)變化值，

表示不足一周的小數(shù)部分；λ代表載波波長。實(shí)際的相位測量只能測定不足一周的小數(shù)部分

無法測量初始的整周數(shù)N0，整周數(shù)變化值ΔN則是通過多普勒積分由電子計數(shù)器累計得到。
但由于接收機(jī)自身故障或衛(wèi)星信號意外中斷，會引起載波鎖相環(huán)路的短暫失鎖，從而導(dǎo)致多普勒計數(shù)暫時中斷；當(dāng)環(huán)路重新鎖定后，多普勒計數(shù)重新開始，以至于造成載波相位整周數(shù)變化值ΔN的不連續(xù)計數(shù)，這種現(xiàn)象稱為周跳。所以，載波相位測量中，必須快速探測出發(fā)生周跳的位置并進(jìn)行準(zhǔn)確修復(fù)，才能保證的定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。否則，即使小數(shù)部分

的精度再高，也是沒有意義的。因此，快速準(zhǔn)確修復(fù)周跳是載波相位測量的關(guān)鍵。
常見的周跳修復(fù)算法有(1)高次差法；(2)電離層殘差法；(3)最優(yōu)奇偶向量法；(4)卡爾曼濾波法；(5)小波方法。上述各種周跳探測與修復(fù)算法的詳細(xì)內(nèi)容參見《GPS技術(shù)與應(yīng)用》，張守信著，國防工業(yè)出版社，1999年出版。這些方法各有局限性方法1難以檢測出小周跳；方法2只適用于雙頻接收機(jī)；方法3需要足夠多的冗余信息；方法4需要給定精確的濾波初值，否則容易導(dǎo)致濾波發(fā)散；方法5是目前廣泛使用的周跳探測與修復(fù)算法，通過對載波相位觀測值序列進(jìn)行小波變換，根據(jù)小波系數(shù)的模極大值點(diǎn)的位置準(zhǔn)確探測出周跳發(fā)生的歷元，但修復(fù)的準(zhǔn)確性較差。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法，以解決接收機(jī)進(jìn)行單點(diǎn)精確定位中周跳的準(zhǔn)確修復(fù)問題，以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)快速精確定位。通過對周跳發(fā)生前正常的載波相位觀測序列進(jìn)行建模處理，不需要增加額外的輔助信息，就能實(shí)現(xiàn)周跳的準(zhǔn)確修復(fù)。
本發(fā)明的工作原理選取周跳發(fā)生前n個歷元的載波相位觀測值構(gòu)成序列{Xt}，n表示序列長度，且n為自然數(shù)，其取值范圍為[7，15]。首先對{Xt}建模，得到趨勢性成分的預(yù)測值

和一次殘差序列{Yt}；其次對一次殘差序列{Yt}建模得到周期成分的預(yù)測值

和二次殘差序列{Zt}；然后對二次殘差序列{Zt}建模，得到含有隨機(jī)成份的預(yù)測值

最后根據(jù)各個模型得到的預(yù)測值進(jìn)行相應(yīng)的反變換得到周跳發(fā)生時刻第n+1歷元的載波相位的預(yù)測值

從而完成周跳的修復(fù)。其流程見附圖1所示。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處與傳統(tǒng)的周跳修復(fù)算法相比，本算法通過對周跳發(fā)生前正常的載波觀測序列進(jìn)行分解，可以快速精確完成周跳的修復(fù)。算法具有廣泛的實(shí)用性，不僅適用于雙頻接收機(jī)，而且適用于單頻接收機(jī)；計算過程簡單方便，不需要增加額外的輔助信息；同時可以對小周跳進(jìn)行精確的修復(fù)。
綜上所述，本發(fā)明的周跳修復(fù)算法，不需要額外的輔助信息，可以快速準(zhǔn)確地完成周跳的修復(fù)，這是其他周跳修復(fù)算法所不能比擬的。利用本發(fā)明能快速、方便、可靠地實(shí)現(xiàn)載波相位測量高精度定位，可廣泛應(yīng)用于高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，具有良好的市場應(yīng)用前景。



圖1是本發(fā)明技術(shù)方案的基本流程示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供的一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法，如圖1所示，設(shè)第n+1歷元時刻發(fā)生周跳，第n+1歷元前的n個歷元無周跳，其中n為自然數(shù)，其取值范圍為[7，15]，其實(shí)現(xiàn)步驟如下 第一步對載波相位觀測序列{Xt}建模，得到一次殘差序列{Yt}和含有趨勢成分的預(yù)測值

具體的實(shí)現(xiàn)過程如下 (1)將序列{Xt}進(jìn)行一次累加，生成序列{Xt1} (2)根據(jù)序列{Xt1}建立如下的微分方程 (3)采用最小二乘法求出參數(shù)a，u [a u]T＝(BT B)-1BTyN(5) 其中 yN＝[x2 x3…xn]T， (4)將參數(shù)a，u代入式(4)解微分方程，得到 (5)根據(jù)公式(7)作一次累減計算，得到還原的模型 (6)根據(jù)還原的模型計算一次殘差序列{Yt} (7)計算n+1時刻含有趨勢項的預(yù)測值
第二步建立模型，去掉一次殘差序列{Yt}中的周期成分，得到二次殘差序列{Zt}和具有周期成分的預(yù)測值

具體的實(shí)現(xiàn)過程如下 (1)將{Yt}按照如下方式展開 其中，a0，a1，…a4與b1，…b4表示各階系數(shù)，它們的估計值為 (2)計算二次殘差序列{Zt} (3)根據(jù)公式(11)計算第n+1歷元時刻的含有周期成分的預(yù)測值
第三步對二次殘差序列{Zt}建模，得到含有隨機(jī)成份的預(yù)測值

具體的實(shí)現(xiàn)過程如下 (1)根據(jù)序列對它自身過去的依賴關(guān)系，{Zt}可以表示成如下形式
(2)將公式(15)寫成矩陣形式
(3)根據(jù)最小二乘法對參數(shù)

進(jìn)行估計
其中 Z＝[z4 z5…zk]T， (4)根據(jù)公式(15)以及參數(shù)

的值計算n+1時刻的含有隨機(jī)成分的預(yù)測值

第四步計算第n+1歷元時刻的載波相位預(yù)測值
第五步計算周跳修復(fù)值ΔX
權(quán)利要求
1、一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法，設(shè)第n+1歷元時刻發(fā)生周跳，第n+1歷元前的n個歷元無周跳，其中n為自然數(shù)，其取值范圍為[7，15]，其實(shí)現(xiàn)步驟如下
第一步對載波相位觀測序列{Xt}建模，得到一次殘差序列{Yt}和含有趨勢成分的預(yù)測值
具體的實(shí)現(xiàn)過程如下
1)、將序列{Xt}進(jìn)行一次累加，生成序列{Xt1}
2)、根據(jù)序列{Xt1}建立如下的微分方程
3)、采用最小二乘法求出參數(shù)a，u
[au]T＝(BTB)-1BTyN(5)
其中
4)、將參數(shù)a，u代入式(4)解微分方程，得到
5)、根據(jù)公式(7)作一次累減計算，得到還原的模型
6)、根據(jù)還原的模型計算一次殘差序列{Yt}
7)、計算n+1時刻含有趨勢項的預(yù)測值
第二步建立模型，去掉一次殘差序列{Yt}中的周期成分，得到二次殘差序列{Zt}和具有周期成分的預(yù)測值
具體的實(shí)現(xiàn)過程如下
1)、將{Yt}按照如下方式展開
其中，a0，a1，…a4與b1，…b4表示各階系數(shù)，它們的估計值為
2)、計算二次殘差序列{Zt}
3)、根據(jù)公式(11)計算第n+1歷元時刻的含有周期成分的預(yù)測值
第三步對二次殘差序列{Zt}建模，得到含有隨機(jī)成份的預(yù)測值
具體的實(shí)現(xiàn)過程如下
1)、根據(jù)序列對它自身過去的依賴關(guān)系，{Zt}可以表示成如下形式
2)、將公式(15)寫成矩陣形式
3)、根據(jù)最小二乘法對參數(shù)
進(jìn)行估計
其中
4)、根據(jù)公式(15)以及參數(shù)
的值計算n+1時刻的含有隨機(jī)成分的預(yù)測值
第四步計算第n+1歷元時刻的載波相位的預(yù)測值
第五步計算周跳修復(fù)值ΔX
全文摘要
一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及定位接收機(jī)基于載波相位定位過程中的周跳修復(fù)方法。選取周跳發(fā)生前n個歷元的載波相位觀測值構(gòu)成序列{Xt}，首先對{Xt}建模，得到趨勢性成分的預(yù)測值xn+1和一次殘差序列{Yt}；其次對一次殘差序列{Yt}建模得到周期成分的預(yù)測值yn+1和二次殘差序列{Zt}；然后對二次殘差序列{Zt}建模，得到含有隨機(jī)成份的預(yù)測值zn+1；最后根據(jù)各個模型得到的預(yù)測值進(jìn)行相應(yīng)的反變換得到周跳發(fā)生時刻第n+1歷元的載波相位的預(yù)測值xn+1，從而完成周跳的修復(fù)。本發(fā)明不需要額外的輔助信息，可以快速準(zhǔn)確地完成周跳的修復(fù)。本發(fā)明能快速、方便、可靠地實(shí)現(xiàn)載波相位測量高精度定位，可廣泛應(yīng)用于高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)中。
文檔編號G01S19/27GK101334458SQ200810044619
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者陳小平, 藤云龍 申請人:電子科技大學(xué)