專利名稱：采用改進(jìn)正則化方法抑制dgps整周模糊度病態(tài)性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS (Difference GlobalPositioning System,差分全球定位系統(tǒng))整周模糊度病態(tài)性的方法,屬于抑制DGPS整周模糊度求解過程中存在的病態(tài)問題的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在利用DGPS進(jìn)行高精度定位和姿態(tài)測量時(shí)，最為重要的就是整周模糊度的求解。在DGPS進(jìn)行高精度定位的數(shù)據(jù)處理中，一般都是基于最小二乘理論(Least SquareMethod)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)的，傳統(tǒng)的處理方法是首先進(jìn)行最小二乘估計(jì)，得到模糊度的浮點(diǎn)解，然后結(jié)合各種搜索模糊度的方法來確定模糊度。在眾多的求解整周模糊度的方法中，LAMBDA (Least-squares AMBiguityDecorrelation Adjustment)方法應(yīng)用最為廣泛。采用LAMBDA方法準(zhǔn)確地確定整周模糊度需要兩個(gè)前提，一是較準(zhǔn)確地模糊度浮點(diǎn)解；二是較為合理的方差-協(xié)方差陣。但是對(duì)于DGPS的快速高精度定位而言，觀測量之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，會(huì)導(dǎo)致DGPS求解中的法方程嚴(yán)重病態(tài)。當(dāng)法方程嚴(yán)重病態(tài)時(shí)，法方程的求逆會(huì)不穩(wěn)定，原始數(shù)據(jù)的微小變化都會(huì)造成解的較大變化，導(dǎo)致結(jié)果質(zhì)量降低，又由于觀測噪聲不可避免，也將會(huì)導(dǎo)致DGPS整周模糊度的浮點(diǎn)解與準(zhǔn)確值的差值很大，這個(gè)時(shí)候采用LAMBDA方法也難以準(zhǔn)確求解整周模糊度，所以以往只有通過觀測時(shí)間來改善法矩陣的狀態(tài)和模糊度的浮點(diǎn)解準(zhǔn)確性，這樣也就降低了快速定位的效率，無法滿足快速定位的需求。因此在DGPS整周模糊度求解時(shí)必須考慮其存在的病態(tài)問題并進(jìn)行改善和解決。在改善法矩陣病態(tài)性研究方面，主要方法有嶺估計(jì)法、截?cái)嗥娈愔捣?、QR分解算法、Tikhonov正則化法和基于信噪比的正則化方法等，其中Tikhonov正則化法應(yīng)用較為廣泛。正則化的目的是對(duì)病態(tài)問題進(jìn)行求解并得到穩(wěn)定的解。在正則化方法中，其核心步驟就是選擇合適的正則化矩陣和相應(yīng)的參數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)的Tikhonov正則化方法中，采用的是單位矩陣作為正則化矩陣，而正則化參數(shù)選擇為I。近些年，對(duì)于正則化方法研究中，也出現(xiàn)了許多正則化矩陣和參數(shù)的選取方法，如嶺跡法、L-curve曲線法、廣義交叉檢核法(GCV)等，但是這些方法也相應(yīng)存在著各自的缺陷。嶺跡法是將各分量畫在同一張圖上，選擇正則化參數(shù)使得正則化方程值大體趨于穩(wěn)定，這種方法的缺點(diǎn)是缺乏嚴(yán)格的理論根據(jù)，正則化參數(shù)的選取具有一定的主觀隨意性；L-CUrve曲線法是通過選擇不同的正則化參數(shù)值，經(jīng)過作圖擬合，得到合理的正則化參數(shù)，這種方法較為直觀，但是至今也沒有完整正確的理論對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的解釋和說明；GCV不依賴任何先驗(yàn)信息和假設(shè)，僅從實(shí)際觀測中提取信息，它不需要準(zhǔn)確知道觀測信息的方差因子，但利用GCV求解正則化參數(shù)時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象，所求得的值也不穩(wěn)定。整周模糊度一旦出現(xiàn)問題，就將導(dǎo)致大量系統(tǒng)性的粗差，從而嚴(yán)重影響定位的精度和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改善和解決DGPS整周模糊度求解過程中存在的病態(tài)性問題，提出了一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS整周模糊度病態(tài)性的方法，本發(fā)明解決了DGPS整周模糊度求解中的病態(tài)問題，從而能得到穩(wěn)定的整周模糊度解，實(shí)現(xiàn)DGPS的高精度定位和姿態(tài)測量。本發(fā)明提供的一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS整周模糊度病態(tài)性的方法，包括以下幾個(gè)步驟:步驟一:采集GPS載波相位的觀測數(shù)據(jù)，建立DGPS載波相位雙差觀測方程；步驟二:根據(jù)步驟一得出的DGPS載波相位雙差觀測方程，利用最小二乘方法求解DGPS整周模糊度的浮點(diǎn)解和相應(yīng)的方差-協(xié)方差矩陣；步驟三:利用Tikhonov正則化方法對(duì)方差-協(xié)方差矩陣進(jìn)行處理，采用兩步解法構(gòu)造Tikhonov正則化方法中的正則化矩陣；步驟四:采用最小均方誤差作為標(biāo)準(zhǔn)來確定兩步解法中的正則化參數(shù)a i和α 2，相應(yīng)確定正則化矩陣R1和R2，最終得到本發(fā)明的Tikhonov正則化方法；步驟五:由步驟三和步驟四獲得的Tikhonov正則化方法抑制整周模糊度向量的病態(tài)性之后，再利用整數(shù)最小二乘法來確定最終的整周模糊度，以應(yīng)用于DGPS中。步驟一中所述 的DGPS載波相位雙差觀測方程的建立如下:兩個(gè)不同的GPS接收機(jī)在同一時(shí)刻i跟蹤到(n+1)顆衛(wèi)星，則建立的相應(yīng)的GPS載波相位雙差方程為:
權(quán)利要求
1.一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS整周模糊度病態(tài)性的方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一:采集GPS載波相位的觀測數(shù)據(jù)，建立DGPS載波相位雙差觀測方程； 兩個(gè)不同的GPS接收機(jī)在同一時(shí)刻i跟蹤到(n+1)顆衛(wèi)星，則建立的相應(yīng)的GPS載波相位雙差方程為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS整周模糊度病態(tài)性的方法，其特征在于，所述的步驟二獲取DGPS整周模糊度向量的浮點(diǎn)解I的方法是: 通過方程(2)得到誤差方程的法方程，用加權(quán)最小二乘法求解位置向量的浮點(diǎn)解i和整周模糊度的浮點(diǎn)解L函數(shù)表達(dá)式F如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS整周模糊度病態(tài)性的方法，其特征在于，步驟三中所述的Tikhonov正則化方法的函數(shù)表達(dá)式，根據(jù)下面過程得到: Tikhonov正則化方法的形式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS整周模糊度病態(tài)性的方法，其特征在于，步驟四中所述的采用最小均方誤差作為準(zhǔn)則來確定正則化參數(shù)\和α2，具體是: 首先，確定采用最小均方誤差作為標(biāo)準(zhǔn)來確定正則化參數(shù)的函數(shù)f(a)的表達(dá)式:
全文摘要
本發(fā)明是一種采用改進(jìn)正則化方法抑制DGPS整周模糊度病態(tài)性的方法，首先采集GPS載波相位的觀測數(shù)據(jù)，建立DGPS載波相位雙差觀測方程；再根據(jù)觀測方程，基于最小二乘方法，獲得DGPS整周模糊度的浮點(diǎn)解和相應(yīng)的方差-協(xié)方差矩陣；然后采用兩步解法構(gòu)造Tikhonov正則化算法中的正則化矩陣，根據(jù)DFP擬牛頓法求得相應(yīng)的正則化參數(shù)，利用得到的Tikhonov正則化算法對(duì)方差-協(xié)方差矩陣進(jìn)行處理，抑制DGPS整周模糊度的病態(tài)性，最后獲得比較準(zhǔn)確的整周模糊度。本發(fā)明方法采用改進(jìn)的Tikhonov正則化算法來抑制DGPS整周模糊度中的病態(tài)性問題，有利于得到準(zhǔn)確的整周模糊度，實(shí)現(xiàn)DGPS高精度定位和姿態(tài)測量。
文檔編號(hào)G01S19/44GK103197335SQ201310095060
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者沈鋒, 劉明凱, 祝麗業(yè), 徐定杰, 范岳, 李強(qiáng), 賀瑞, 宋金陽, 劉海峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)