一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中觀測量單個(gè)粗差的探測與修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中觀測量單個(gè)粗差的探 測與修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，GNSS可為陸?？仗峁┤旌蚝腿蛐缘膶?dǎo)航、定位和測量服務(wù)，目前已被廣 泛應(yīng)用于交通、測繪等許多行業(yè)。由于其高精度和自動(dòng)測量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測量手段和 新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003] GNSS雖然具有上述優(yōu)點(diǎn)，但由于其觀測量受衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量和外界環(huán)境的影響較 大，且隨著GNSS系統(tǒng)的增多，觀測數(shù)據(jù)也變得越來越多，觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)粗差的風(fēng)險(xiǎn)越來越 大。這些粗差如果直接參與數(shù)據(jù)處理，將會(huì)大大降低GNSS導(dǎo)航和定位結(jié)果應(yīng)有的精度，甚 至?xí)砥茐男杂绊?。為了保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，經(jīng)常要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，探測并修復(fù)或剔 除里面的粗差，這是GNSS導(dǎo)航與定位中非常重要、必須解決且最具挑戰(zhàn)性的問題之一。
[0004] 但是在粗差探測中，不論是獨(dú)立觀測數(shù)據(jù)，還是相關(guān)觀測數(shù)據(jù)，都將面臨著粗差不 能被正確識(shí)別的問題。GNSS數(shù)據(jù)中包括存在多個(gè)粗差和單個(gè)粗差的情況。針對(duì)存在粗差的 情況，目前常用的單個(gè)粗差的探測與修復(fù)方法主要是根據(jù)殘差平方和或個(gè)別殘差絕對(duì)值的 大小來探測粗差，安全可靠性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種觀測量中的單個(gè)粗差探測 可靠性較高且適合于多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的粗差探測與修復(fù)方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] -種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中觀測量單個(gè)粗差的探測與修復(fù)方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：根據(jù)隨機(jī)模型和當(dāng)前歷元的衛(wèi)星觀測量，建立并求解偽距觀測方程，獲取 觀測量對(duì)應(yīng)的殘差；
[0009] 步驟二：根據(jù)步驟一中的觀測量和觀測量對(duì)應(yīng)的殘差獲取觀測量各分量的粗差初 值；
[0010] 步驟三：根據(jù)步驟二中的粗差初值，對(duì)所述粗差初值進(jìn)行迭代搜索，獲取觀測量各 分量的粗差探測值；
[0011] 步驟四，對(duì)步驟三中的觀測量各分量的粗差探測值進(jìn)行判斷，獲取粗差探測位置， 并對(duì)相應(yīng)觀測量分量進(jìn)行粗差修復(fù)。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟一中，根據(jù)最小二乘估計(jì)法求解偽距觀測方程。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟二包括以下子步驟：
[0014] S201 :根據(jù)偽距觀測方程，計(jì)算單位向量對(duì)應(yīng)的殘差；
[0015] S202 :取單位向量對(duì)應(yīng)的殘差各分量符號(hào)，與觀測量權(quán)陣P對(duì)角線對(duì)應(yīng)分量平方 根相乘，構(gòu)成加權(quán)向量；
[0016] S203 :將加權(quán)向量各分量分別與觀測量對(duì)應(yīng)的殘差和單位向量對(duì)應(yīng)的殘差相乘， 分別得到實(shí)際偏差和單位偏差，將實(shí)際偏差和單位偏差各分量分別相加分別得到單位殘差 對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量和實(shí)際殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量；
[0017] S204 :將單位殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量和實(shí)際殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量作比值，得到粗差初值。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟三包括以下子步驟：
[0019] S301 :構(gòu)造搜索區(qū)間（BiaskQ_R，BiaskQ+R)，其中R> 0,Biask。表示第k個(gè)觀測量 上的粗差初值；
[0020] S302 :計(jì)算搜索區(qū)間內(nèi)粗差探測可能值以及粗差探測可能值對(duì)應(yīng)的觀測量殘差平 方和，并根據(jù)觀測量殘差平方和從粗差探測可能值中獲取粗差探測值；
[0021] 在搜索區(qū)間（BiasM-R，BiasM+R)內(nèi)，R> 0,計(jì)算觀測量各分量對(duì)應(yīng)的粗差探測可 能值，針對(duì)觀測量各分量分別進(jìn)行迭代搜索，將搜索區(qū)間內(nèi)殘差平方和最小值對(duì)應(yīng)的粗差 探測可能值作為該觀測量分量的粗差探測值。
[0022] 選擇殘差平方和最小值的原因是：
[0023] 觀測量L的第k個(gè)分量lk上修復(fù)的粗差越接近觀測量真實(shí)值，修復(fù)后的觀測量所 計(jì)算出的殘差越小，因此觀測量分量中對(duì)應(yīng)的粗差探測可能值中，最接近觀測量真實(shí)值的 粗差對(duì)應(yīng)的殘差平方和必然是該觀測量分量中所有的粗差探測可能值對(duì)應(yīng)的殘差平方和 最小值，該粗差探測可能值即為粗差探測值。
[0024] 所述步驟四中，對(duì)觀測量各分量的粗差探測值進(jìn)行判斷是指根據(jù)步驟三中 得到的n個(gè)粗差探測位置通過判斷準(zhǔn)則唯一得確定粗差位置。
[0025] 優(yōu)選的，所述步驟四中，根據(jù)粗差探測值獲取探測位置的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：
[0026] 第k個(gè)觀測量1,含有粗差，且其大小為判斷標(biāo)準(zhǔn)為同時(shí)滿足絕對(duì)值準(zhǔn)則和 差值準(zhǔn)則，BP:
[0027] 1 ?絕對(duì)值準(zhǔn)則：叫&絕對(duì)值大于閾值；
[0028] 2.差值準(zhǔn)則：任意一個(gè)觀測量分量修復(fù)粗差后的殘差平方和與第k個(gè)觀測量1,修 復(fù)粗差后的殘差平方和的差值大于差值閾值。
[0029] 優(yōu)選的，所述步驟四中，根據(jù)粗差探測值和探測位置，對(duì)觀測量各分量進(jìn)行粗差修 復(fù)具體為：在探測位置上，將對(duì)應(yīng)的觀測量分量減去步驟三中粗差探測探測值，實(shí)現(xiàn)粗差修 復(fù)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是，在可能的粗差范圍內(nèi)可以成功搜索到粗差估值，通過位置 判斷可以準(zhǔn)確獲得粗差的實(shí)際位置，該方法與現(xiàn)有方法相比，探測出的粗差探測值更加接 近粗差實(shí)際值，且探測位置更加準(zhǔn)確，可靠性高。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0033] 如圖1所示，一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中觀測量單個(gè)粗差的探測與修復(fù)方法，包括以下 步驟：
[0034] 步驟一：根據(jù)隨機(jī)模型和當(dāng)前歷元的衛(wèi)星觀測量，建立并求解偽距觀測方程，獲取 觀測量對(duì)應(yīng)的殘差；
[0035] 步驟二：根據(jù)步驟一中的觀測量和觀測量對(duì)應(yīng)的殘差獲取觀測量各分量的粗差初 值；
[0036] 步驟三：根據(jù)步驟二中的粗差初值，對(duì)所述粗差初值進(jìn)行迭代搜索，獲取觀測量各 分量的粗差探測值；
[0037] 步驟四：對(duì)步驟三中的觀測量各分量的粗差探測值進(jìn)行判斷，獲取粗差探測位置， 并對(duì)相應(yīng)觀測量分量進(jìn)行粗差修復(fù)。
[0038] 實(shí)施例：步驟一：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS的偽距觀測方程為AX=L，隨機(jī)模型中， 權(quán)陣為P，表示為
[0039]
[0040] 式中，X為位置參數(shù)向量，A為系數(shù)矩陣，觀測量為L，表不為L= [h12…lk… ln]T。根據(jù)最小二乘估計(jì)方法，得到位置參數(shù)向量X的估值，觀測量L對(duì)應(yīng)的殘差表達(dá)為： [0041 ] V=(I_A(ATPA)VP)]^= L-AX= e= IXv2 …vk …vn]T，式中，I為單位陣。
[0042] 所述步驟二包括步驟：
[0043] S201 :根據(jù)偽距觀測方程，計(jì)算單位向量對(duì)應(yīng)的殘差；
[0044] 單位向量組為bk,k= 1，2,…，n，單位向量組包括n個(gè)向量，單位向量1\為bk = [0 0…1…0]T，表不第k個(gè)分量為1，其余分量為0;
[0045] 根據(jù)單位向量組建立偽距觀測方程AX=bk，k= 1，2, ???，]!，依次計(jì)算單位向量 bk，k= 1，2, ...，n對(duì)應(yīng)的殘差為：
[0046]
[0047] 求解單位向量匕對(duì)應(yīng)的殘差的目的是計(jì)算出第k個(gè)觀測量1k上為一個(gè)單位粗差 對(duì)應(yīng)的殘差。
[0048] S202 :根據(jù)單位向量對(duì)應(yīng)的殘差偏差和權(quán)陣對(duì)角線各分量獲得加權(quán)向量；
[0049] 取單位向量各分量符號(hào)，與觀測量權(quán)陣P對(duì)角線對(duì)應(yīng)分量平方根相乘，構(gòu)成加 權(quán)向量Sk，表示為：
[0050]
[0051] S203 :根據(jù)加權(quán)向量與觀測量對(duì)應(yīng)的殘差得到單位殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量色，根據(jù)加 權(quán)向量和單位向量對(duì)應(yīng)的殘差得到實(shí)際殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量Qk;
[0052] 將加權(quán)向量Sk各分量分別與觀測量對(duì)應(yīng)的殘差和單位向量對(duì)應(yīng)的殘差相乘，分別 得到實(shí)際偏差Bk和單位偏差成：
[0053]
[0055] 將實(shí)際偏差Bk和單位偏差鳥.各分量分別相加分別得到單位殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量逢. 和實(shí)際殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量Qk，即
[0056]
[0057]
[0058] S204 :將單位殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量念和實(shí)際殘差對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量Qk作比值，得到粗差 初值。
[0059]
[0060] 所述步驟三包括以下步驟：