慣性輔助的多頻多模GNSS周跳修復方法及系統(tǒng)與流程
本發(fā)明屬于gnss/sins組合導航領域，尤其涉及一種慣性輔助的多頻多模gnss周跳修復方法及系統(tǒng)。
背景技術：
全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(gnss,globalnavigationsatellitesystem)已經(jīng)進入了一個多頻多模的新時代，以gps、glonass、bds和galileo為代表的四大系統(tǒng)正穩(wěn)步發(fā)展。截止目前，gps已有10顆衛(wèi)星可以發(fā)射l5頻率信號，glonass下一代衛(wèi)星glonass-k也將具備發(fā)射第三頻率信號，bds在軌衛(wèi)星包括14顆北斗2代衛(wèi)星和5顆北斗3代衛(wèi)星，所有衛(wèi)星具備發(fā)射三頻信號，而galileo在軌衛(wèi)星有11顆可以正常工作，所有衛(wèi)星能夠發(fā)射多頻信號。多頻多模的gnss增加了可見的衛(wèi)星數(shù)，帶來了更多的觀測值，極大地改善了衛(wèi)星幾何構型，具有更好的定位精度和和收斂速度，同時也提高了gnss定位的連續(xù)性和可靠性。
多頻多模的衛(wèi)星信號給gnss數(shù)據(jù)處理帶來了更多的挑戰(zhàn)，其中周跳修復是gnss數(shù)據(jù)預處理中的重要環(huán)節(jié)。周跳是指載波相位發(fā)生整周跳變的現(xiàn)象，它會導致模糊度重新初始化，如果不將其修復，會引起定位精度下降，嚴重時甚至會導致定位重新收斂。周跳修復過程包括周跳探測、整數(shù)值估計以及相位觀測值改正。目前，周跳修復包括無幾何模式和幾何模式兩大類，均采用超寬巷-寬巷-窄巷的組合方式逐級修復，但針對當前多頻多模gnss周跳修復，存在如下問題：
1)不同系統(tǒng)不同頻率的觀測值在不同的電離層條件下，需要選取不同的超寬巷-寬巷-窄巷組合，隨著觀測值種類的增加，將形成更為復雜的組合對，不利于周跳修復的統(tǒng)一處理。
2)采用組合方式進行逐級修復周跳，如果某個組合不能成功修復周跳，那么所有頻率上的周跳修復都將失敗，且這種組合方式中的窄巷受到各種誤差的影響，固定同樣困難。
3)當前周跳修復技術僅利用了gnss自身的觀測信息，隨著gnss應用領域的拓寬，出現(xiàn)了城市峽谷、高動態(tài)條件、信號干擾等復雜環(huán)境，衛(wèi)星數(shù)小于4顆，觀測值質量不佳，將嚴重影響周跳修復的成功率。
4)采用lambda方法固定周跳整數(shù)值，雖然可靠性好，但受到各種誤差影響，固定率整體比較低，周跳修復容易失敗。
技術實現(xiàn)要素：
針對以上問題，本發(fā)明給出了一種捷聯(lián)慣導(sins，starpdowninertialnavigationsystem)輔助多頻多模gnss周跳修復的方法，采用非差非組合的統(tǒng)一處理方式以及三步走的周跳固定方法，能夠穩(wěn)健的修復gnss不同系統(tǒng)不同頻率上的周跳值，為后續(xù)定位解算處理提供干凈無污染的觀測數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供的技術方案為一種慣性輔助的多頻多模gnss周跳修復方法，包括以下步驟，
步驟1，對所有衛(wèi)星進行周跳探測，判斷存在周跳的衛(wèi)星，在確定周跳參數(shù)后，形成各系統(tǒng)各頻率上偽距與相位的非差非組合歷元間差分觀測方程，
所述非差非組合歷元間差分觀測方程中，對多頻多系統(tǒng)gnss的相位和偽距觀測值不進行任何組合，直接采用獨立的原始觀測值，設選取某個衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差為基準，其它衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差描述為系統(tǒng)間偏差，經(jīng)過歷元間差分后，只保留基準鐘差的變化量，去掉系統(tǒng)間偏差的變化量；待估參數(shù)還包括一個位置變化量、一個鐘差變化量和每顆衛(wèi)星上的電離層變化量；
步驟2，利用每顆衛(wèi)星的多頻相位觀測值預估電離層的活躍程度，根據(jù)電離層活躍程度選擇一階線性模型或二階曲線模型，采用窗口內數(shù)據(jù)進行建模預報，并根據(jù)模擬預報殘差確定時變電離層的預報方差；
步驟3，進行慣性輔助周跳解算，包括根據(jù)gnss/sins緊組合遞推得到高精度的位置及其方差，減去上一歷元解算的位置得到位置變化量，聯(lián)同預報的時變電離層信息，一起作為虛擬觀測，約束周跳修復方程中的參數(shù)，采用附有約束的最小二乘進行求解；
步驟4，對周跳修復方程的驗后殘差進行檢驗，若驗后殘差過大，則判定為漏檢的小周跳，則添加該觀測值對應的衛(wèi)星上的新周跳參數(shù)，然后重新進行解算，直到所有驗后殘差通過檢驗，得到浮點的周跳值及其協(xié)方差；
步驟5，采用三步法進行周跳值固定；
步驟6，將固定的周跳值修復到原始相位觀測值上，再次進行周跳探測，如果未探測出周跳，則周跳修復檢驗通過，得到正確固定的周跳值，并最終修復相位觀測值。
而且，步驟1中，使用gf組合和mw組合確定含有周跳的觀測值并設相應的周跳參數(shù)。
而且，步驟2中，利用不同頻率上的相位差值形成電離層延遲觀測量，通過歷元差分得到電離層相對變化量，以檢測該信號穿刺點處的電離層活躍程度；在電離層平靜時，采用一階線性模型，當電離層活躍時，采用二階曲線模型，擬合窗口內的數(shù)據(jù)并進行預報。
而且，步驟3中，采用附有約束的最小二乘進行求解時，聯(lián)合周跳前多個歷元的觀測數(shù)據(jù)，以可用衛(wèi)星數(shù)和多余觀測數(shù)最大為準則確定歷元數(shù)目。
而且，步驟5中，第一步，對浮點的周跳值進行l(wèi)ambda固定，如果失敗，則進入取整法固定第二步，分別以小數(shù)部分閾值和取整成功率作為固定成功的準則，如果取整法固定失敗，則進入搜索法固定第三步，以浮點值為中心以步長進行搜索，當gf組合和mw組合探測不到周跳時，則搜索成功。
本發(fā)明還相應提供一種慣性輔助的多頻多模gnss周跳修復系統(tǒng)，包括以下模塊，
第一模塊，用于對所有衛(wèi)星進行周跳探測，判斷存在周跳的衛(wèi)星，在確定周跳參數(shù)后，形成各系統(tǒng)各頻率上偽距與相位的非差非組合歷元間差分觀測方程，
所述非差非組合歷元間差分觀測方程中，對多頻多系統(tǒng)gnss的相位和偽距觀測值不進行任何組合，直接采用獨立的原始觀測值，設選取某個衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差為基準，其它衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差描述為系統(tǒng)間偏差，經(jīng)過歷元間差分后，只保留基準鐘差的變化量，去掉系統(tǒng)間偏差的變化量；待估參數(shù)還包括一個位置變化量、一個鐘差變化量和每顆衛(wèi)星上的電離層變化量；
第二模塊，用于利用每顆衛(wèi)星的多頻相位觀測值預估電離層的活躍程度，根據(jù)電離層活躍程度選擇一階線性模型或二階曲線模型，采用窗口內數(shù)據(jù)進行建模預報，并根據(jù)模擬預報殘差確定時變電離層的預報方差；
第三模塊，用于進行慣性輔助周跳解算，包括根據(jù)gnss/sins緊組合遞推得到高精度的位置及其方差，減去上一歷元解算的位置得到位置變化量，聯(lián)同預報的時變電離層信息，一起作為虛擬觀測，約束周跳修復方程中的參數(shù)，采用附有約束的最小二乘進行求解；
第四模塊，用于對周跳修復方程的驗后殘差進行檢驗，若驗后殘差過大，則判定為漏檢的小周跳，則添加該觀測值對應的衛(wèi)星上的新周跳參數(shù)，然后重新進行解算，直到所有驗后殘差通過檢驗，得到浮點的周跳值及其協(xié)方差；
第五模塊，用于采用三步法進行周跳值固定；
第六模塊，用于將固定的周跳值修復到原始相位觀測值上，再次進行周跳探測，如果未探測出周跳，則周跳修復檢驗通過，得到正確固定的周跳值，并最終修復相位觀測值。
而且，第一模塊中，使用gf組合和mw組合確定含有周跳的觀測值并設相應的周跳參數(shù)。
而且，第二模塊中，利用不同頻率上的相位差值形成電離層延遲觀測量，通過歷元差分得到電離層相對變化量，以檢測該信號穿刺點處的電離層活躍程度；在電離層平靜時，采用一階線性模型，當電離層活躍時，采用二階曲線模型，擬合窗口內的數(shù)據(jù)并進行預報。
而且，第三模塊中，采用附有約束的最小二乘進行求解時，聯(lián)合周跳前多個歷元的觀測數(shù)據(jù)，以可用衛(wèi)星數(shù)和多余觀測數(shù)最大為準則確定歷元數(shù)目。
而且，第五模塊中，第一步，對浮點的周跳值進行l(wèi)ambda固定，如果失敗，則進入取整法固定第二步，分別以小數(shù)部分閾值和取整成功率作為固定成功的準則，如果取整法固定失敗，則進入搜索法固定第三步，以浮點值為中心以步長進行搜索，當gf組合和mw組合探測不到周跳時，則搜索成功。
本發(fā)明建立了周跳修復的非差非組合觀測模型，使用自適應的時變電離層預報信息和慣性遞推的高精度位置信息，輔助周跳修復，具有以下優(yōu)點：
1)采用非差非組合的方式，對于各系統(tǒng)各頻率上的周跳具有簡單統(tǒng)一的觀測方程形式，可方便加入新系統(tǒng)新頻率上的周跳觀測方程，并且只需要一個鐘差變化量參數(shù)；
2)根據(jù)電離層活躍程度選擇不同的電離層建模模型，提高了電離層的預報精度，拓寬了該方法的適用性；
3)使用慣性遞推的高精度位置信息約束周跳修復方程，即使衛(wèi)星數(shù)小于4顆也能進行周跳值解算，從而更好的應對地面復雜觀測環(huán)境；
4)采取lambda固定、取整固定和搜索固定三步走的方案，極大的提高了周跳整數(shù)值的固定率，周跳修復更容易成功。
本發(fā)明可以在動態(tài)復雜環(huán)境下，準確地修復gnss不同系統(tǒng)不同頻率上的周跳值，為后續(xù)定位解算處理提供干凈無污染的觀測數(shù)據(jù)。本發(fā)明技術方案處于世界行業(yè)領先地位，具有重大的市場價值。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例的慣性輔助的多頻多模gnss周跳修復原理示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例的gnss/sins緊組合結構圖；
圖3為本發(fā)明實施例的周跳修復方程形成過程示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例的時變電離層建模與預報流程圖；
圖5為本發(fā)明實施例的慣性信息約束周跳修復方程的流程圖；
圖6為本發(fā)明實施例的周跳整數(shù)值固定的三步法流程圖；
圖7為本發(fā)明實施例的周跳修復質量控制與檢驗流程圖。
具體實施方式
下面將結合本發(fā)明實施例及附圖，對本發(fā)明技術方案的實施進行詳細完整地描述。
本發(fā)明提出一種慣性輔助的多頻多模gnss周跳修復方法，周跳修復的歷元間差分模型采用非差非組合且只含一個鐘差變化量參數(shù)，根據(jù)電離層活躍程度選擇時變電離層的建模方法，利用慣性輔助增強周跳解算方程的強度，采取lambda固定、取整固定和搜索固定三步走的方案固定周跳，并用周跳探測檢驗周跳固定解的正確性。
周跳修復模型中，多頻多系統(tǒng)gnss的相位和偽距觀測值不進行任何組合，直接采用獨立的原始觀測值，可適用于任意系統(tǒng)和頻率上的周跳修復方程的建立，選取某個衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差為基準，其它衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差描述為系統(tǒng)間偏差，由于系統(tǒng)間偏差在時域上較為穩(wěn)定，經(jīng)過歷元間差分后，只保留基準鐘差的變化量參數(shù)，去掉系統(tǒng)間偏差的變化量。
進一步地，本發(fā)明提出使用gf(geometry-free)組合和mw(melbourne-wübbena)組合確定含有周跳的觀測值并設相應的周跳參數(shù)，沒有探測出周跳的觀測值不設周跳參數(shù)，通過方程解算后的殘差，進一步確定遺漏的小周跳，重新列得周跳修復方程再次迭代解算，直到殘差檢驗合格為止。
如圖1所示，本發(fā)明實施例包括以下流程：
步驟1，使用gf組合和mw組合對所有衛(wèi)星進行周跳探測，對于失鎖歷元過多的衛(wèi)星直接判斷為存在周跳，在確定周跳參數(shù)后，形成各系統(tǒng)各頻率上偽距與相位的非差非組合歷元間差分觀測方程，其中待估參數(shù)還包括一個位置變化量、一個鐘差變化量和每顆衛(wèi)星上的電離層變化量；
步驟2，利用每顆衛(wèi)星的多頻相位觀測值預估電離層的活躍程度，根據(jù)電離層活躍程度選擇一階線性模型或二階曲線模型，采用一定長度的窗口內數(shù)據(jù)進行建模預報，并根據(jù)模擬預報殘差確定時變電離層的預報方差；
步驟3，進行慣性輔助周跳解算，包括由gnss/sins緊組合可遞推得到高精度的位置及其方差，減去上一歷元解算的位置得到位置變化量，聯(lián)同預報的時變電離層信息，一起作為虛擬觀測，約束周跳修復方程中的參數(shù)，采用附有約束的最小二乘進行求解；
步驟4，對周跳修復方程的驗后殘差進行檢驗，若驗后殘差過大，則判定為漏檢的小周跳，則添加該觀測值對應的衛(wèi)星上的新周跳參數(shù)，然后重新進行解算，直到所有驗后殘差通過檢驗，得到浮點的周跳值及其協(xié)方差；
步驟5，采用三步法進行周跳值固定，包括第一步，對浮點的周跳值進行l(wèi)ambda固定，如果失敗，則進入取整法固定第二步，分別以小數(shù)部分閾值和取整成功率作為固定成功的準則，如果取整法固定失敗，則進入搜索法固定第三步，以浮點值為中心，以1為步長進行搜索，當gf組合和mw組合探測不到周跳時，則搜索成功；
步驟6，將固定的周跳值修復到原始相位觀測值上，再次進行gf組合和mw組合周跳探測，如果未探測出周跳，則周跳修復檢驗通過，得到正確固定的周跳值，并最終修復相位觀測值。
本發(fā)明是一種慣性輔助的多頻多模gnss周跳修復方法，涉及到的基本方程為偽距和相位觀測方程，如下：
其中p是偽距觀測值，φ是相位觀測值，λ是載波波長，ρ是衛(wèi)地距，dts是衛(wèi)星鐘差，dtr是接收機鐘差，dtrp是對流層誤差，dion是電離層誤差，n是整周模糊度，εp和εφ分別是偽距和相位觀測噪聲。
本發(fā)明涉及的慣性輔助方式采用ecef系下的gnss/sins緊組合模式，如圖2所示，sins輸出imu原始數(shù)據(jù)，包括速度增量和角度增量，進入到機械編排，經(jīng)過一些列積分操作轉換成位置、速度和姿態(tài)，此時與gnss數(shù)據(jù)進行空間同步與時間對比，一旦時間同步上，利用位置信息輔助gnss的進行粗差、周跳探測等預處理，并與gnss的載波相位、偽距和多普勒原始觀測值共同輸入到一個kalman濾波器中。
gnss和sins的原始觀測值共同輸入到kalman濾波器中后，聯(lián)合估計導航參數(shù)(位置、速度和姿態(tài))、sins系統(tǒng)誤差以及gnss相關參數(shù)(對流層和模糊度)，并且采用閉環(huán)修正技術，對sins系統(tǒng)誤差進行反饋校正。gnss/sins緊組合狀態(tài)模型和觀測模型，分別如下：
δz＝hδx+η(3)
式(2)中，δxsins＝(δreδveφabεb)t，
根據(jù)以上基本方程，下面將結合圖1所示的技術路線，對本發(fā)明實施例中各步驟關鍵技術及實施方法展開詳細敘述。
一、非差非組合形式的周跳修復方程
對(1)式原始觀測值進行歷元間差分，得到：
其中δ表示歷元間差分算子，其它符號含義見(1)式。當存在周跳時，δn不為零，需要作為待估參數(shù)進行求解。式(4)中，δdts可以由精密星歷提供，δdtrp表示的是對流層的變化量，在極短的時間內對流層十分穩(wěn)定，該項可以忽略，δdion表示電離層變化量，通過后續(xù)電離層建模預報得到，δρ中包含衛(wèi)星位置和接收機位置，具體表達式如下：
δρ＝ρ2-ρ1＝e2(xs2-xr2)-e1(xs1-xr1)＝(e2xs2-e1xs1)-(e2-e1)xr1-e2·δxr(5)
其中ρ2，xs2和xr2分別為當前歷元的衛(wèi)地距，衛(wèi)星位置和接收機位置，ρ1，xs1和xr1分別為前一歷元的衛(wèi)地距，衛(wèi)星位置和接收機位置，
δρ＝-e2·δxr+(e2xs2-e1xs1)-(e2-e1)xr1(6)
對于不同系統(tǒng)，接收機鐘差dtr是不一樣的，但可以選定某個系統(tǒng)的鐘差作為參考，其它系統(tǒng)的鐘差表示為系統(tǒng)間偏差，即dtr＝dtr0+dtisb，而系統(tǒng)間偏差在短時間內很穩(wěn)定，因此經(jīng)過歷元間差分后可以消掉：
δdtr＝δdtr0+δdtisb＝δdtr0+0＝δdtr0(7)
式中，dtr0是參考系統(tǒng)的鐘差，dtisb是系統(tǒng)間偏差。上式表明，不同系統(tǒng)的鐘差變化量可以統(tǒng)一用一個參數(shù)表示。
根據(jù)(4)～(7)式，對于任意頻率任意系統(tǒng)上的gnss周跳，可以列得形式相同的方程，如下：
其中，
對于所有衛(wèi)星的觀測值，可形成如(8)式的大方程，由于所有參數(shù)均為線性，可以由最小二乘直接求解。其中δxr和δdtr狀態(tài)僅與歷元有關，不同歷元間的位置變化量和鐘差變化量是不同的；時變的電離層延遲δdion與歷元和衛(wèi)星均有關，不同歷元不同衛(wèi)星的電離層變化都不同；δn僅與衛(wèi)星有關，周跳后與周跳前任意歷元都具有相同的周跳值，因此與歷元無關。
由上述得到的公式，可形成非差非組合形式的周跳修復方程，流程如圖3所示，具體實施步驟如下所述：
步驟1，使用gf組合和mw組合進行周跳探測，標記存在周跳的衛(wèi)星，對于失鎖歷元大于3的衛(wèi)星直接標記為周跳；
步驟2，提取時變電離層預報信息，參見“二、時變電離層建模與預報”，提取慣性輔助信息，參見“三、sins輔助下的周跳修復”；
步驟3，讀入當前歷元的衛(wèi)星位置和衛(wèi)星鐘差，根據(jù)前一歷元儲存的衛(wèi)星位置、衛(wèi)星鐘差和接收機位置，并結合步驟2中的信息，由(9)式計算得到修正的觀測值
步驟4，根據(jù)參與解算的歷元數(shù)和衛(wèi)星，確定位置變化量、鐘差變化量、電離層變化量和周跳四類狀態(tài)的個數(shù)，其中只需要設定一個鐘差變化量，并得到形如(9)式的周跳解算方程。
由上述步驟可知，不同系統(tǒng)不同頻率信號上周跳具有統(tǒng)一的操作流程，無需區(qū)別對待，在算法實現(xiàn)上可以共用一個子函數(shù)來形成單顆衛(wèi)星的觀測方程。
二、時變電離層建模與預報
由前述形成的觀測方程是秩虧的，每顆衛(wèi)星每個頻率上必定有電離層變化量和周跳兩個狀態(tài)，而觀測值只有偽距和相位兩個觀測值，因此狀態(tài)個數(shù)多于觀測個數(shù)，方程秩虧不能求解。采用多頻相位觀測值可以提取電離層變化量序列，經(jīng)過建模預報后可以作為虛擬觀測值約束周跳修復的觀測方程。
本發(fā)明提出的電離層建模方式，利用不同頻率上的相位差值形成電離層延遲觀測量，通過歷元差分得到電離層相對變化量，以檢測該信號穿刺點處的電離層活躍程度。在電離層平靜時，采用一階線性模型，當電離層活躍時，采用二階曲線模型，擬合滑動窗口內的數(shù)據(jù)并進行預報。
使用每顆衛(wèi)星的第一頻點和第二頻點的相位觀測值做差提取電離層斜延遲，并等效為gpsl1頻點的斜電離層延遲：
式中，
式中，t0和t1表示前后兩個時刻。求解該時變電離層延遲時，需要保證第一頻點和第二頻點的相位觀測值無周跳出現(xiàn)，實際中，發(fā)生周跳的歷史數(shù)據(jù)可以被修復，仍然可以用來進行電離層建模。
本發(fā)明的時變電離層建模與預報流程如圖4所示，具體實施步驟如下所述：
步驟1，設置一定的窗口長度(具體實施時，取140s)，存儲每顆衛(wèi)星的電離層斜延遲量
步驟2，選擇周跳前的歷元作為參考歷元，對最近的一段時間窗口(具體實施時，取120s)內的δdion進行線性回歸，計算線性回歸系數(shù)，如果回歸系數(shù)大于相應預設閾值(具體實施時，建議取值0.85)，表明線性擬合程度較高，否則認為電離層存在較大的擾動，則采用二次曲線擬合；
步驟3，將剩余的20s作為曲線擬合的檢驗歷元，計算電離層預報的精度；
步驟4，由步驟2得到的擬合系數(shù)，外推得到當前歷元到參考歷元間的電離層變化量，其精度根據(jù)步驟3得到，120s窗口內的電離層變化量直接采用δdion，其精度根據(jù)誤差傳播律，由相位噪聲傳遞得到；
步驟5，將電離層變化量及其精度信息輸給周跳修復方程，作為(8)式中δdion狀態(tài)的虛擬觀測，進行約束。
上述算法步驟中設置了140s的窗口，其中120s數(shù)據(jù)用來建模，20s的數(shù)據(jù)用來檢驗預報的效果，通過內部數(shù)據(jù)的評估就能較為客觀的反映時變電離層預報的精度，使其作為虛擬觀測值時具有較為合理的權重。另外，以回歸系數(shù)來判斷電離層活躍程度，同樣不需要人為設置過多的經(jīng)驗參數(shù)，使得該方法具有較好的適應性。
三、sins輔助下的周跳修復
本發(fā)明提出的慣性輔助周跳解算方式，利用短時間內慣導遞推的高精度位置作為帶權的虛擬觀測值，約束周跳修復方程中的位置變化量；聯(lián)合周跳前多個歷元的觀測數(shù)據(jù)，以可用衛(wèi)星數(shù)和多余觀測數(shù)最大為準則確定歷元數(shù)目，進一步增強方程的結構強度。
實施例采用gnss/sins緊組合模式，使用kalman濾波最優(yōu)融合gnss和sins的觀測信息，解算得到連續(xù)的高精度位置，不斷的校正sins的加計和陀螺零偏等系統(tǒng)誤差。在發(fā)生周跳的時刻，利用校正以后的sins觀測值進行機械編排，由前一歷元位置、速度和姿態(tài)作為初始條件，遞推得到當前歷元的高精度位置，使用該高精度位置可輔助周跳修復方程中的位置變化量。聯(lián)合周跳前的多個歷元數(shù)據(jù)一起參與解算，可以進一步增加觀測信息，降低偽距噪聲影響，提高方程結構強度。
具體流程如圖5所示，以下為實施步驟：
步驟1，gnss/sins數(shù)據(jù)融合解算按照緊組合模式進行，最優(yōu)估計得到歷史歷元的位置信息，并儲存；
步驟2，如果當前歷元需要進行周跳修復，由校正以后的sins觀測值進行機械編排得到慣導遞推的當前歷元高精度位置，減去前一歷元已估計的位置，得到位置變化量；
步驟3，根據(jù)誤差傳播律得到位置變化量的精度，加上位置變化量信息一起輸給周跳修復方程，作為(8)式中δxr狀態(tài)的虛擬觀測，進行約束；
步驟4，依次加入周跳前的多個歷元的數(shù)據(jù)，當某個歷元的衛(wèi)星數(shù)大于8顆或者多余觀測數(shù)達到最大時停止加入，按照步驟1-3得到已加入的多個歷元上的位置變化量及其精度。
使用慣性輔助周跳修復，本質上是為周跳修復方程提供了高精度的位置變化量信息，基本可以認為方程中的位置變化量狀態(tài)不再需要估計，即參數(shù)個數(shù)減小，方程的結構強度增加，使得其它參數(shù)解算更為準確。加入了電離層信息和慣性輔助后，待估的參數(shù)其實只剩鐘差變化量和周跳參數(shù)，只要衛(wèi)星數(shù)大于等于2顆就能估計，而不加慣性輔助，至少需要5顆衛(wèi)星才能解算方程。因此，本發(fā)明提出的慣性輔助周跳修復方法，能夠降低周跳修復的限制條件，同樣適用于衛(wèi)星過少的一些定位場景，拓寬了其應用的范圍。
四、周跳固定的三步法策略
在解算得到周跳浮點值及其協(xié)方差矩陣后，進行周跳整數(shù)值的固定。受到各種誤差的影響，周跳浮點解并不準確，采用單一的手段不能保證全部固定成功。
本發(fā)明提出的額周跳固定方式，在得到周跳浮點解及其協(xié)方差后，先利用lambda方法進行固定，再利用取整法進行固定，最后利用搜索法進行固定，采取逐級固定的三步法方案；在固定周跳后，將其修復到原始觀測值上，并再次進行gf和mw組合的周跳探測以檢驗周跳值是否正確；在后續(xù)的定位階段，通過殘差分析與檢驗，進一步消除固定錯誤的周跳的影響。
本發(fā)明實施例采用三步法的策略，逐級可靠的固定各衛(wèi)星上的周跳整數(shù)值，具體流程如圖6所示，以下為實施步驟：
步驟1，輸入周跳浮點值及其協(xié)方差；
步驟2，采用lambda部分法固定周跳整數(shù)值，當ratio值大于3.0且固定的衛(wèi)星數(shù)大于4顆時，則認為該部分的衛(wèi)星已成功固定周跳整數(shù)值；
步驟3，對于步驟2未固定的周跳值，進入到取整固定，當周跳值的小數(shù)部分與其最接近的整數(shù)之差，小于0.3且取整固定的成功率大于0.9，則認為固定成功，取整成功率計算式如下：
其中，ps是取整成功率，值域為[0,1]，i是累加變量，x是周跳值的小數(shù)部分與其最接近的整數(shù)之差，比如周跳值為2.8，則x＝|3-2.8|＝0.2，σ是周跳值的標準差，erfc是高斯積分函數(shù)，具體形式為
步驟4，對于步驟3未固定的周跳值，進入到搜索固定，對于每個周跳值，以其浮點值為中心，以1為步長向左右兩邊進行搜索，當搜索到的周跳值組合能夠使得gf和mw探測不到周跳，則搜索成功，需要注意的是gf組合中，應扣除由時變電離層預報信息得到的電離層變化量；
步驟5，經(jīng)過三步法操作后，得到固定成功的周跳整數(shù)值并標記固定成功，對于剩余的周跳則標記為固定失敗。
采用三步法的固定策略，一方面利用了理論上嚴密的lambda方法來固定周跳值，可信度和可靠性比較高，另一方面也解決了當浮點解精度不高時的lambda方法低固定率的問題，提高了整數(shù)周跳值的固定率和固定成功率。
五、周跳修復質量控制與檢驗
在周跳探測階段，由于探測方法的缺陷以及觀測值的復雜性，一些特殊組合的周跳或者小周跳并未被探測到，另外，時變電離層預報信息和慣導提供的位置變化量信息也可能存在錯誤，為了增加周跳修復的魯棒性，需要對這些問題進行數(shù)據(jù)質量上的控制。在周跳固定成功后，同樣需要對其正確性進行檢驗，如果在檢驗這一階段未能有效攔截錯誤固定的周跳，那么在定位解算階段仍需要進行質量控制來抵御這些異常錯誤的影響。
本發(fā)明給出的周跳修復質量控制與檢驗的具體流程如圖7所示，實施步驟如下：
步驟1，使用附有約束條件的最小二乘方法解算周跳修復方程(9)，得到三類驗后殘差：相位殘差，電離層殘差，位置變化量殘差；
步驟2，處理電離層殘差和位置變化量殘差，計算各自的標準化殘差，當最大的標準化殘差大于1.5且與第二大的標準化殘差比值大于2.0時，將該虛擬觀測值的方差乘以4.0，即按照對半降權，再重新運行步驟1，直到不滿足上述條件；
步驟3，處理相位殘差，當最大的標準化殘差與第二大的標準化殘差比值大于2.0時，若最大的標準化殘差大于3.0(根據(jù)誤差概率分布取99.7％得到)，則該衛(wèi)星上存在新周跳，添加新周跳參數(shù)重新運行步驟1，若最大標準化殘差大于1.5，將該相位觀測值的方差乘以4.0，即按照對半降權，再重新運行步驟1，直到不滿足上述兩個條件；
步驟4，解算得到浮點周跳值后并進行固定，將固定值改正到相位觀測值上，再次進行周跳探測，檢驗固定成功的周跳是否正確。此時，周跳探測中的gf組合中應扣除時變電離層建模預報中得到電離層變化量，使其不受電離層殘差的影響，提高周跳探測的準確性；
步驟5，對于步驟4中未能發(fā)現(xiàn)的錯誤固定的周跳，在定位解算過程中使用驗后殘差序列進行檢驗。在得到定位中相位的驗后殘差序列后，計算相應的標準化殘差，如果標準化殘差大于3.0且該驗后殘差幅值大于預設閾值(具體實施時，根據(jù)相位波長1/4得到，取值5cm)，則判定為周跳修復未正確，重新初始化模糊度。
采取以上周跳修復質量控制策略后，能夠大幅度的提高周跳修復方程解算的可靠性及其浮點周跳值求解的精度，通過自適應的調整各類觀測值的權重實現(xiàn)最優(yōu)的數(shù)據(jù)融合。而采取的周跳正確性檢驗策略分別在定位前和定位中進行實施，最大限度的抵御了錯誤固定的周跳對定位的影響。
具體實施時，本發(fā)明所提供方法可基于軟件技術實現(xiàn)自動運行流程，也可采用模塊化方式實現(xiàn)相應系統(tǒng)。本發(fā)明實施例還相應提供一種慣性輔助的多頻多模gnss周跳修復系統(tǒng)，包括以下模塊，
第一模塊，用于對所有衛(wèi)星進行周跳探測，判斷存在周跳的衛(wèi)星，在確定周跳參數(shù)后，形成各系統(tǒng)各頻率上偽距與相位的非差非組合歷元間差分觀測方程，
所述非差非組合歷元間差分觀測方程中，對多頻多系統(tǒng)gnss的相位和偽距觀測值不進行任何組合，直接采用獨立的原始觀測值，設選取某個衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差為基準，其它衛(wèi)星系統(tǒng)鐘差描述為系統(tǒng)間偏差，經(jīng)過歷元間差分后，只保留基準鐘差的變化量，去掉系統(tǒng)間偏差的變化量；待估參數(shù)還包括一個位置變化量、一個鐘差變化量和每顆衛(wèi)星上的電離層變化量；
第二模塊，用于利用每顆衛(wèi)星的多頻相位觀測值預估電離層的活躍程度，根據(jù)電離層活躍程度選擇一階線性模型或二階曲線模型，采用窗口內數(shù)據(jù)進行建模預報，并根據(jù)模擬預報殘差確定時變電離層的預報方差；
第三模塊，用于進行慣性輔助周跳解算，包括根據(jù)gnss/sins緊組合遞推得到高精度的位置及其方差，減去上一歷元解算的位置得到位置變化量，聯(lián)同預報的時變電離層信息，一起作為虛擬觀測，約束周跳修復方程中的參數(shù)，采用附有約束的最小二乘進行求解；
第四模塊，用于對周跳修復方程的驗后殘差進行檢驗，若驗后殘差過大，則判定為漏檢的小周跳，則添加該觀測值對應的衛(wèi)星上的新周跳參數(shù)，然后重新進行解算，直到所有驗后殘差通過檢驗，得到浮點的周跳值及其協(xié)方差；
第五模塊，用于采用三步法進行周跳值固定；
第六模塊，用于將固定的周跳值修復到原始相位觀測值上，再次進行周跳探測，如果未探測出周跳，則周跳修復檢驗通過，得到正確固定的周跳值，并最終修復相位觀測值。
各模塊具體實現(xiàn)可參見相應步驟，本發(fā)明不予贅述。
以上所述均為本發(fā)明的較佳實施例，并不限于本實施例，凡在本實施例的精神和原則之內所做的修改、替換、改進等，均應包含在本專利的保護范圍之內。
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