层次校验的北斗Ⅱ双频载体姿态测量方法
【专利摘要】本发明公开了层次校验的北斗Ⅱ双频载体姿态测量方法，其特征在于：首先确定北斗Ⅱ双频双差整周模糊度候选解，然后对双频双差整周模糊度候选解进行基线长度检验筛选出可信双频双差整周模糊度候选解，最后采用基本层次校验法或鲁棒层次校验法，对可信双频双差整周模糊度候选解进行基线姿态角层次校验，获得双频双差整周模糊度正确解。本发明层次校验方法对更多的(更大范围的)双差整周模糊度候选解进行筛选，扩大了双差整周模糊度的筛选空间，以保证不错过正确解，提高了双差整周模糊度求解的成功率和效率，具有广阔的应用前景。
【专利说明】层次校验的北斗II双频载体姿态测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种从北斗II双频的多个双差整周模糊度候选解中筛选出正确解的整周模糊度固定方法。
【背景技术】
[0002]载体姿态测量是航空、航海以及陆地导航的关键技术之一，由于其在军事和民用领域有着广阔的应用，因此一直是研究的热点。在北斗II双频载体姿态测量中，如何从多个双差整周模糊度候选解中筛选出正确解是一个关键问题。目前的主要方法是通过最小二乘法结合LAMBDA算法求解出双频双差整周模糊度候选解，进一步通过以下方法筛选出双差整周模糊度正确解。
[0003](I)Rat1检验法。LAMBDA算法求解出双差整周模糊度候选解会有一个自然的排序。将排序前两位的候选解进行后验方差比较(计算比值)，如果比值大于临界值c (c通常取2.0)，则认为排序第一位的候选解是正确解，否则认为整周模糊度求解失败。该方法忽略了观测噪声对求解过程的影响，对双差整周模糊度的求解局限于排序前两位的候选解，因此可能会错过正确解。
[0004](2)统计检验法。典型的是基于X 2分布的统计检验法，该方法的主要问题是当双差整周模糊度的残差二次型和浮点模糊度的残差二次型很接近时，一个略小于分位值，另一个略大于分位值，这种方法很不可靠。
[0005](3)卫星几何分布检验法。由于卫星相对基线的几何分布计算较为复杂，且精度难以保证，因此该方法可实现性不好。
【发明内容】
[0006]本发明为解决上述现有技术所存在的不足之处，充分考虑观测噪声对求解过程的影响，对更多的双差整周模糊度候选解进行筛选，以保证不错过正确解。本发明的方法采用基线长度作为约束，同时给予基线“层次性的角度增量”，并校验基线姿态求解结果的变化，从而从多个双差整周模糊度候选解中筛选出正确的解，该方法能够提高模糊度求解的成功率和效率。
[0007]本发明解决技术问题，采用如下技术方案:
[0008]本发明层次校验的北斗II双频载体姿态测量方法，其特征在于按如下步骤进行:
[0009]a、确定北斗II双频双差整周模糊度候选解
[0010]al、采用北斗II的BI频点和B2频点所分别对应的波长λ i和λ 2进行超长波长组合，获得超长波长组合波长λ EffL(其中下标EWL表示超长波长组合)，同时获得超长波长组合的双差载波相位观测值矩阵Φ.、超长波长组合的双差整周模糊度矢量N和超长波长组合的观测噪声误差矢量e ；
[0011]按式(I)求解获得超长波长组合的双差整周模糊度矢量N的m个超长波长组合双差整周模糊度候选解Newui,…，Newu i，…，NEWL，m，i = 1,2, 3，…，m:
[0012]C>EWL = A.N+B.b+e (I)；
[0013]式中，b为基线矢量；A和B分别为N和b的设计矩阵；
[0014]按式(2)求解计算获得每个超长波长组合双差整周模糊度候选解所对应的超长波长组合伪距值PEWL，1:
【权利要求】
1.层次校验的北斗II双频载体姿态测量方法，其特征在于按如下步骤进行: a、确定北斗II双频双差整周模糊度候选解 al、采用北斗II的BI频点和B2频点所分别对应的波长λ i和λ 2进行超长波长组合，获得超长波长组合波长λ ，同时获得超长波长组合的双差载波相位观测值矩阵Φ.、超长波长组合的双差整周模糊度矢量N和超长波长组合的观测噪声误差矢量e ； 按式(I)求解获得超长波长组合的双差整周模糊度矢量N的m个超长波长组合双差整周模糊度候选解 Newl,P …，Nwui,…，NEWL，m, i = I, 2, 3，…，m:
式中，b为基线矢量；A和B分别为N和b的设计矩阵； 按式(2)求解计算获得每个超长波长组合双差整周模糊度候选解所对应的超长波长组合伪距值PEWL，1:
a2、采用北斗II的BI频点和B2频点所分别对应的波长λ i和λ 2进行长波长组合，获得长波长组合波长λI和长波长组合的双差载波相位观测值Φι; 由式⑶获得长波长组合的双差整周模糊度浮点解I = 1,2,3,-,?:Nltt 广.(3)
aWL 对所述长波长组合的双差整周模糊度浮点解Sltru取整获得m个长波长组合双差整周模糊度候选解 Nwui,..., NffLji, ---,Nffum, i = I, 2, 3，…，m ; 由式(4)计算获得每个长波长组合双差整周模糊度候选解所对应的长波长组合伪距值 Pwl’p i = I, 2，3，...，m: PiLji = aWl(NwljI+0Wl)(4)； a3、由式(5)获得BI频点对应的双差整周模糊度浮点解氣=￡￡^ —φ|(5) 式中，O1和A1分别为BI频点对应的双差载波相位观测值和BI频点对应的波长； 对BI频点对应的双差整周模糊度浮点解氣取整获得BI频点对应的波长λ I的双差整周模糊度候选解K、…、队、…、Nm, i = 1，2，…，m ; a4、对每一个BI频点对应的波长λ I的双差整周模糊度候选解Ni按如下方式进行拓展: 设可视卫星有k+1颗，则BI频点对应的波长X1的双差整周模糊度候选解％、…、队、...、Nm 皆为 k 维，即 $=[<,…,JV?,…,iVf] , j = l，2，一，k; 将Ni的每一维变量iV/拓展为三个值:_、Ni +1和崎-1,则Ni拓展为3k个，分别为1? ny ~....^ I* ?9 I ， 则由N1, N2，…，Nm共拓展为3k Xm个双频双差整周模糊度候选解: b、对3kXm个双频双差整周模糊度候选解进行基线长度检验 基于单基线载体姿态测量系统，分别计算3kXm个双频双差整周模糊度候选解的基线矢量U(j = l，2，一，3kXm)，并对各基线矢量做如下判断: 若基线矢量满足条件I 1I」base I〈0.05.^ase，其中Ibase为真实基线的长度，则该基线矢量所对应的双频双差整周模糊度候选解为可信双频双差整周模糊度候选解； 若所有双频双差整周模糊度候选解的基线矢量皆不满足条件，则转入步骤a，采用更新的卫星历元数据重新解算，直至获得不少于一个的可信双频双差整周模糊度候选解；设经过基线长度检验，共筛选出P个可信双频双差整周模糊度候选解N) ,**% Μ； ,..., Nf , P 彡 I, s = I, 2，…，P ； C、采用基本层次校验法或鲁棒层次校验法，对P个可信双频双差整周模糊度候选解进行基线姿态角层次校验，获得双频双差整周模糊度正确解: Cl、所述基本层次校验法的步骤为: cll、第一次基线旋转和校验:将基线从初始位置在水平或垂直方向上旋转航向角度Θ或俯仰角度Θ至位置?,使相对于初始位置的航向角增量或俯仰角增量为Θ ；由可信双频双差整周模糊度候选解Ni计算出基线在旋转前后航向角或俯仰角的角度变化量，并按式(4)进行角度一致性判断:
保留，4?: Αφ =θJ； tl[l * ,.Zi Js = lL(4)
S丨騰，-1i Aft ^ Θ 设经第一次旋转保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解为N;，t = 1,2,…，u，； cl2、第二次基线旋转和校验:将基线从位置M在水平或垂直方向上再次旋转航向角度Θ或俯仰角度Θ，至位置使相对于初始位置的航向角增量或俯仰角增量为2Θ ； 由经第一次基线旋转保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解NU十算出基线在第二次旋转前后航向角或俯仰角的角度变化量△炉,，并按式(5)进行角度一致性判断:
保留，若Δ気=#<(t =(5)副除，'“φ,θ、1 设经第二次旋转保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解为(r = l,2,…,V)；cl3、按照这种方式，继续进行基线旋转和校验，直到保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解为一个，即为双频双差整周模糊度正确解； 若在上述层次校验过程中，P个可信双频双差整周模糊度候选解均被剔除，则转入步骤a，采用更新的卫星历元数据重新进行解算；c2、所述鲁棒层次校验法的步骤为:c21、第一次基线旋转和校验:将基线从初始位置在水平或垂直方向上旋转航向角度Θ或俯仰角度Θ至位置矹《使相对于初始位置的航向角增量或俯仰角增量为Θ ；由可信双频双差整周模糊度候选解Ni计算出基线在旋转前后航向角或俯仰角的角度变化量△灼，并按式(6)进行角度一致性判断:
其中α为误差容限； 设经第一次旋转保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解为、.f = 1,2,..*,?； c22、第二次基线旋转和校验:将基线从位置H在水平或垂直方向上再次旋转航向角度Θ或俯仰角度Θ，至位置使相对于初始位置的航向角增量或俯仰角增量为2Θ ； 由经第一次旋转保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解计算出基线在第二次旋转前后航向角或俯仰角的角度变化量^的，并按式(7)进行角度一致性判断:
设经第二次旋转保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解为(r = 1,2,…,V);c23、按照这种方式，继续进行基线旋转和校验，直到保留下来的可信双频双差整周模糊度候选解为一个，即为双频双差整周模糊度正确解； 若在上述层次校验过程中，P个可信双频双差整周模糊度候选解均被剔除，则转入步骤a，采用更新的卫星历元数据重新进行解算； d、由双频双差整周模糊度正确解解算获得基线姿态角，即为北斗II双频载体姿态。
2.根据权利要求1所述的层次校验的北斗II双频载体姿态测量方法，其特征在于:Θ为90°，误差容限α取5°。
【文档编号】G01S19/55GK104166150SQ201410452892
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】夏娜, 戴金林, 常传文, 许保殿, 王桃 申请人:合肥工业大学