一種北斗三頻單歷元?jiǎng)觿?dòng)模糊度確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于北斗=頻模糊度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)確定技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種載波相位模糊度解 算方法，特別是設(shè)及一種基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)=頻信號(hào)的動(dòng)動(dòng)模糊度單歷元確定算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)態(tài)對(duì)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)是為了解決兩個(gè)動(dòng)態(tài)載體之間高精度相對(duì)定位問(wèn)題而 產(chǎn)生的技術(shù)，基準(zhǔn)站無(wú)需固定，模糊度正確固定后可W實(shí)時(shí)精確地確定基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之 間的相對(duì)位置，因此該種定位方式可廣泛應(yīng)用于載體定姿、相對(duì)高差測(cè)定、航天器空中交會(huì) 對(duì)接、飛機(jī)空中加油或艦載飛機(jī)著艦等場(chǎng)景中。因此，研究動(dòng)動(dòng)定位技術(shù)對(duì)提高和改進(jìn)現(xiàn)有 動(dòng)態(tài)目標(biāo)之間定位的精度和可靠性具有重要作用，對(duì)航天和國(guó)防等技術(shù)的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。 動(dòng)動(dòng)定位的核屯、技術(shù)是在雙動(dòng)態(tài)條件下快速固定整周模糊度。
[0003] 目前，我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全星座衛(wèi)星播發(fā)=個(gè)頻率的載波信號(hào)，其中屯、頻 率分別為 61(1561. 098MHz)，62(1207. 140MHz)和 63(1268. 520MHz)。多位學(xué)者的研究表 明（Feng，2008 ;Li，2010 ;Tang，2013)，相對(duì)于單、雙頻觀測(cè)值，=頻觀測(cè)能組成更多具有 特殊優(yōu)勢(shì)的線性組合觀測(cè)值，如超寬巷/寬巷組合、弱噪聲組合、弱電離層組合等，利用運(yùn) 些優(yōu)秀觀測(cè)組合通過(guò)幾何模型、無(wú)幾何模型等求解模糊度和定位，可顯著提高模糊度解算 速度和可靠性，突破RTK服務(wù)的距離限制，增強(qiáng)定位結(jié)果的可用性和可靠性。早在1997 年，化rssell等（1997)就開(kāi)始對(duì)=頻信號(hào)的模糊度解算進(jìn)行了相關(guān)研究，提出了基于= 頻模糊度的TCAR燈虹eeCarrierAmbiguityResolution)方法。Jung(1999)提出了一 種利用多頻信號(hào)解算實(shí)時(shí)無(wú)幾何的載波相位模糊度方法，稱為CIR(化scadingInteger Resolution),并通過(guò)進(jìn)一步改善提高了該方法的性能。Teunissen等（2002)將W上兩種方 法（TCAR，CIR)與LAMBDA方法進(jìn)行了對(duì)比，根據(jù)各方法進(jìn)行估計(jì)時(shí)采用的原理，指出前兩種 方法因采用基于無(wú)幾何關(guān)系的整數(shù)Bootstrapping導(dǎo)致模糊度解算僅適用于無(wú)幾何關(guān)系 模型，而采用整數(shù)最小二乘的LAMBDA方法還可用于基于幾何關(guān)系的模型。后來(lái)的學(xué)者在此 基礎(chǔ)上對(duì)=頻信號(hào)的模糊度解算問(wèn)題做了大量研究，F(xiàn)eng(2008)選擇=個(gè)最優(yōu)虛擬信號(hào)來(lái) 削弱電離層的影響，并通過(guò)S個(gè)步驟逐步從超寬巷到寬巷最后固定窄巷模糊度；此外，^ng 等（2008,2009)通過(guò)聯(lián)合基于幾何關(guān)系的模型和幾何約束條件來(lái)提高TCAR方法的定位性 能，并對(duì)大范圍觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理中=頻模糊度解算問(wèn)題進(jìn)行了研究和總結(jié)，給出了 幾何無(wú)關(guān)模型和基于幾何關(guān)系模型的TCAR方法。李博峰等（2008)利用采集的GI^S雙頻觀 測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)半仿真方法生成第S頻率觀測(cè)值，并用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證了TCAR的性能。
[0004] 目前研究S頻模糊度確定（TCAR, 1"虹eeCarrierAmbiguityResolution)的方 法，一類是W直接取整的無(wú)幾何關(guān)系模型為基礎(chǔ)的TCAR,它易受各類殘余誤差影響，可靠性 受到限制；另一類是同時(shí)包含無(wú)幾何關(guān)系模型和幾何相關(guān)模型的弱電離層組合的TCAR方 法，在第=步利用寬巷模糊度固定窄巷模糊度時(shí)，需要花費(fèi)數(shù)分鐘進(jìn)行噪聲平滑，無(wú)法快速 實(shí)時(shí)確定模糊度。 陽(yáng)0化]從W上討論可W看出，眾多學(xué)者對(duì)=頻信號(hào)的整周模糊度問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析與 討論，并給出了仿真結(jié)果和部分實(shí)測(cè)結(jié)果，但對(duì)于動(dòng)動(dòng)定位運(yùn)種采樣率較高的定位技術(shù)而 言，實(shí)時(shí)可靠的模糊度固定策略尤為關(guān)鍵，而經(jīng)典的基于無(wú)幾何模型的TCAR方法可靠性較 低，F(xiàn)eng等提出的弱電離層組合的TCAR方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有動(dòng)動(dòng)定位技術(shù)中雙頻動(dòng)態(tài)確定模糊度基線距離較短、實(shí)時(shí) 性差且可靠性無(wú)法得到保證的問(wèn)題；利用=頻信號(hào)提供了一種實(shí)時(shí)可靠地確定短距離動(dòng)動(dòng) 定位模糊度的單歷元方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種北斗=頻單歷元?jiǎng)觿?dòng)模糊度確定方法，其特征 在于，包括W下步驟：
[000引步驟1 :確定超寬巷模糊度Nw,i,u;
[0009] 步驟2 :確定兩個(gè)寬巷模糊度N^,。，u和N1,0;
[0010] 步驟3 :確定S個(gè)原始頻率的模糊度Ni、成和N3。
[0011] 作為優(yōu)選，步驟1的具體實(shí)現(xiàn)包括W下子步驟： 陽(yáng)01引步驟1.1 :采集新的歷元，計(jì)算出超寬巷觀測(cè)值（H0, -1，1)、寬巷觀測(cè)值Mi，-i，〇)及Mi，〇，-i);
[0013] 步驟1. 2 :利用B2、B3頻率組成超寬巷M-W組合求得浮點(diǎn)超寬巷模糊度，利用其進(jìn) 行粗略的觀測(cè)值質(zhì)量控制；
[0014] 步驟1. 3 :利用B1、B2、B3的偽距觀測(cè)值與超寬巷觀測(cè)值組成聯(lián)合方程，方程未知 參數(shù)僅為基線坐標(biāo)及超寬巷模糊度；
[001引步驟1. 4 :通過(guò)最小二乘平差計(jì)算出超寬巷模糊度的浮點(diǎn)解，利用LAMBDA方法進(jìn) 行捜索，得到模糊度組及相應(yīng)的ratio值，確定出超寬巷模糊度rV 。
[0016] 作為優(yōu)選，步驟1. 2中所述的進(jìn)行粗略的觀測(cè)值質(zhì)量控制，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：設(shè)浮點(diǎn) 超寬巷模糊度與最近整周的差為A，如果IAI〉a，其中a為一個(gè)適當(dāng)?shù)男∮?.5的正數(shù)， 則認(rèn)為該觀測(cè)值質(zhì)量較差，剔除。
[0017] 作為優(yōu)選，步驟2的具體實(shí)現(xiàn)包括W下子步驟： 陽(yáng)01引步驟2. 1 :利用步驟1中確定的超寬巷模糊度N化-1，1)，恢復(fù)出無(wú)模糊度的超寬 巷觀測(cè)值；
[0019] 步驟2. 2:利用步驟2.1中恢復(fù)后的超寬巷觀測(cè)值與步驟1.1中的寬巷觀測(cè)值 4(1，〇，-1)組成聯(lián)合方程，方程未知參數(shù)為基線坐標(biāo)及寬巷模糊度N(l，0，-1);
[0020] 步驟2. 3 :通過(guò)最小二乘平差計(jì)算出寬巷模糊度N(l，0, -1)的浮點(diǎn)解，利用LAMBDA 方法進(jìn)行捜索，得到模糊度組及相應(yīng)的ratio值，確定出寬巷模糊度N(l，0, -1);
[0021] 步驟2. 4 :根據(jù)超寬巷模糊度N(0, -1，1)與寬巷模糊度N(l，0, -1)、N(l，-1，0)的 線性關(guān)系，利用步驟1得到的超寬巷模糊度N(0,-1，1)及步驟2. 3中確定的寬巷模糊度 N(l，0, -1)，直接確定另一寬巷模糊度N(l，-1，0)。
[0022] 作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括W下子步驟： 陽(yáng)02引步驟3. 1 :利用步驟2中確定的寬巷模糊度N(l，-1，0)和N(l，0, -1)，恢復(fù)出對(duì)應(yīng) 的完整寬巷觀測(cè)值；
[0024] 步驟3. 2 :利用步驟3. 1中恢復(fù)后的兩組寬巷觀測(cè)值4(1，-1，0)及4(1，0, -1)， 與B1的相位觀測(cè)值4 1組成聯(lián)合方程，方程未知參數(shù)為基線坐標(biāo)、B1的模糊度N1;
[00對(duì)步驟3. 3 :通過(guò)最小二乘平差計(jì)算出原始模糊度N1的浮點(diǎn)解，利用LAMBDA方法進(jìn) 行捜索，得到模糊度組及相應(yīng)的ratio值，確定出B1頻率模糊度N1; 陽(yáng)0%] 步驟3. 4 :根據(jù)寬巷模糊度N(l，-1，0)、N(l，0, -1)與各原始頻率模糊度的線性關(guān) 系，利用步驟2得到的寬巷模糊度N(l，-1，0)、N(1，0, -1)及步驟3. 3中確定的B1頻率模糊 度N1，直接確定另兩組原始頻率的模糊度N2及N3。
[0027] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.整個(gè)模糊度確定過(guò)程分成S個(gè)步驟，每個(gè)步驟均采用幾 何相關(guān)模型（geometry-basedmode),并用LAMBDA方法對(duì)每個(gè)步驟的浮點(diǎn)模糊度進(jìn)行捜 索，增加了模糊度確定的可靠性；2.第一步中，針對(duì)動(dòng)動(dòng)定位中多路徑嚴(yán)重等特點(diǎn)，利用超 寬巷M-W組合進(jìn)行粗略的觀測(cè)值質(zhì)量控制，可W很有效的剔除掉個(gè)別觀測(cè)質(zhì)量很差的衛(wèi) 星，增加了第二、第=步模糊度固定的成功率；3.第二、=步均利用了上一步得到的解算結(jié) 果恢復(fù)出的高精度相位觀測(cè)值，增加了觀測(cè)值的數(shù)量和質(zhì)量，進(jìn)一步保證了模糊度確定的 可靠性；4.在確定原始頻率模糊度的數(shù)學(xué)模型中，針對(duì)動(dòng)動(dòng)定位應(yīng)用一般基線距離較短的 特點(diǎn)，不顧及電離層殘差，求解簡(jiǎn)單而不失可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1:本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)動(dòng)定位整體流程圖
[0029]圖2 :本發(fā)明實(shí)施例的模糊度固定流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0031] 請(qǐng)見(jiàn)圖1，是本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)動(dòng)定位整體流程圖，其中北斗基準(zhǔn)站通過(guò)單點(diǎn)定位 獲得本歷元的基準(zhǔn)站坐標(biāo)。
[0032] 請(qǐng)見(jiàn)圖2,本發(fā)明提供的一種北斗=頻單歷元?jiǎng)觿?dòng)模糊度確定方法，包括W下步 驟：
[0033] 步驟1:確定超寬巷模糊度Nw,i,u;其具體實(shí)現(xiàn)包括W下子步驟： W34] 步驟1. 1 :采集新的歷元，計(jì)算出超寬巷觀測(cè)值4化-1，1)、寬巷觀測(cè)值Mi，-i，〇)及Mi，〇，-i);
[00對(duì)步驟1. 2 :利用B2、B3頻率組成超寬巷M-W組合求得浮點(diǎn)超寬巷模糊度，利用其進(jìn) 行粗略的觀測(cè)值質(zhì)量控制；
[0036]M-W組合求浮點(diǎn)超寬巷模糊度公式如（1)所示：
[0037]
狂>;
[0038] 設(shè)浮點(diǎn)超寬巷模糊度與最近整周的差為A，如果
[0039]A|>a 似；
[0040] 其中a為一個(gè)適當(dāng)?shù)男∮?. 5的正數(shù)，則認(rèn)為該觀測(cè)值質(zhì)量較差，可W剔除。
[0041] 步驟1. 3 :利用Bl、B2、B3的偽距觀測(cè)值與超寬巷觀測(cè)值組成聯(lián)合方程，方程未知 參數(shù)僅為基線坐標(biāo)及超寬巷模糊度；
[0042] 聯(lián)合觀測(cè)方程的形式如（3)所示：