一种GNSS载波相位计算方法与流程

本发明涉及全球导航卫星通信领域，尤其涉及一种gnss载波相位计算方法。

背景技术：

全球导航卫星系统(gnss)是能自主提供全球范围内三维位置速度卫星导航系统的通用名称。gnss包括中国的北斗(bds)，俄罗斯的格洛纳斯(glonass)，美国的全球定位系统(gps)，欧洲的伽利略(galileo)系统等。gnss定位设备可接收到卫星信号，从每颗卫星信号中提取的码伪距、载波相位观测量进行定位的，码伪距观测量提供分米级精度的测距信息，载波相位观测量提供毫米级精度的测距信息。在低精度定位领域，我们使用码伪距观测量进行定位的。在高精度定位测姿领域，我们则使用载波相位观测量进行高精度测量的。载波相位观测量的连续稳定输出是高精度测量的前提，而载波相位的计算提取方法影响载波相位观测量输出的质量。

载波相位的计算提取方法，目前现有技术是这样实现的：

其中t时刻的载波相位φ(t)，为从t0到t时刻的载波相位整周数，δφ(t)为t时刻的载波相位整周小数。接收机从t0时刻开始锁定信号，它能直接测得的原始载波相位为而为t0时刻的初始载波相位模糊度，无法直接测得。

为了使得载波相位观测值接近于码伪距观测量的大小，常将初始载波相位模糊度

r(t0)为t0时刻码伪距观测量，λ为载波相位的波长，[]表示取整。

gnss载波相位、码伪距观测量的观测方程表示如下：

λφ(t)＝ρ-dion+λn+λεphaseφ+λεotherφ

r(t)＝ρ+dion+εotherr

其中：ρ为真实星地距离(m)，dion为电离层误差，εotherφ为载波相位其它误差(m)，εotherr为码伪距其它误差(m)，φ(t)为载波相位，r(t)为码伪距观测量，εphaseφ相位缠绕误差。

可见，码伪距观测量和载波相位中的电离层误差是符号相反的，载波相位中含有相位缠绕误差，上述初始载波相位模糊度nt0设置方法会造成载波相位中含的电离层误差不合理。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种gnss载波相位计算方法。

一种gnss载波相位计算方法，包括以下步骤:

a.通过判断是否有统计先验信息，若没有，则载波相位计算时按照不使用统计的先验信息方法计算；

b.若有，则载波相位计算时按照使用统计的先验信息方法进行计算，所述载波相位计算结果作为下一次本步骤的计算基础；

所述步骤a的载波相位计算采用首次计算初始化方法，通过计算出初始化载波相位模糊度模糊度计算公式如下：

为估计的t0时刻的电离层误差，为估计的t0时刻的相位缠绕误差，δφ(t0)为t0时刻的载波相位整周小数，r(t0)为t0时刻码伪距观测量，λ为载波相位的波长，[]表示取整；再根据载波相位模糊度计算出t0时刻的载波相位φ(t0)，t0时刻的载波相位φ(t0)计算公式如下：

在卫星失锁后重新锁定时，采用所述统计先验信息，即统计码伪距观测量和载波相位的差为t时刻的码伪距观测量和载波相位的差；然后根据以下公式：

估算出载波相位φ(t0)的数值。

所述模糊度计算公式在电离层误差和相位缠绕误差不计算时可简化为

所述为卫星失锁后重新锁定时，在信号稳定跟踪时连续统计码伪距观测量和载波相位的差。

本发明的有益效果在于：提供一种更好的载波相位观测数据，使得载波相位观测数据更加合理，减小周跳的发生概率。使得后续的精密单点定位、高精度差分载波相位使用的载波相位观测量更准确，有助于加快精密单点定位、高精度差分载波相位定位收敛速度，提高在复杂环境下的精密单点定位、高精度差分载波相位定位的可用性和成功率。

附图说明

图1是载波相位计算流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种gnss载波相位计算方法，包括以下步骤:

a.通过判断是否有统计先验信息，若没有，则载波相位计算时按照不使用统计的先验信息方法计算；

b.若有，则载波相位计算时按照使用统计的先验信息方法进行计算，所述载波相位计算结果作为下一次本步骤的计算基础；

所述步骤a的载波相位计算采用首次计算初始化方法，通过计算出初始化载波相位模糊度模糊度计算公式如下：

为估计的t0时刻的电离层误差，可以使用klobuchar电离层模型算法进行电离层误差估计。为估计的t0时刻的相位缠绕误差，r(t0)为t0时刻码伪距观测量，λ为载波相位的波长，[]表示取整。δφ(t0)为t0时刻的载波相位整周小数。t0时刻的载波相位φ(t0)，这是载波相位计算的初始化方法，如果电离层误差和相位缠绕误差不计算时，公式则简化为

当卫星失锁后重新锁定时候，使用上述方法初始化载波相位会造成载波相位不连续。于是使用非首次计算的初始化方法。当信号稳定跟踪时候连续统计码伪距观测量和载波相位的差使用卡尔曼滤波方法减小测量误差。然后在卫星失锁后重新锁定时候，使用卡尔曼滤波方法预测出当前时间码伪距观测量和载波相位的差，估算载波相位的数值。为t时刻的码伪距观测量和载波相位的差。

这个载波相位计算的初始化方法使用了统计的先验信息。

klobuchar电离层模型算法如下：

其中

a1＝5ns，a3＝14^h＝50400s(地方时)

a1，a3为常数，αi,βi(i＝1,2,3,4)可从广播电文中获得。为磁极到电离层穿刺点的圆弧长。klobuchar电离层模型算法也可参考《卫星导航系统空间信号接口控制文件》。

载波相位缠绕误差计算方法：

相位缠绕误差指当卫星天线与接收机天线之间存在相对旋转时，使载波相位观测值产生了一定的误差。可以通过以下改正公式进行改正：

为卫星坐标的单位向量；

是卫星到接收机方向的单位向量；

为测站站心坐标(neu)方向的单位向量。相位缠绕误差模型算法也可参考internationalearthrotationandreferencesystemsservice(iers)相关文件。

本发明的有益效果在于：提供一种更好的载波相位观测数据，使得载波相位观测数据更加合理，减小周跳的发生概率。使得后续的精密单点定位、高精度差分载波相位使用的载波相位观测量更准确，有助于加快精密单点定位、高精度差分载波相位定位收敛速度，提高在复杂环境下的精密单点定位、高精度差分载波相位定位的可用性和成功率。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、rom、ram等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。