一种单模GNSS系统跨频点混合双差RTK解算方法与流程

本发明属于卫星精密导航与定位领域，具体涉及一种单模gnss系统跨频点混合双差rtk解算方法。

背景技术：

整周模糊度解算是基于载波相位差分的实时动态方法获得高精度与高可靠性定位的关键技术之一。最小二乘模糊度去相关法成为广泛使用的整周模糊度解算方法，该方法需要足够的可用观测量才能正确解算模糊度。在遮挡恶劣的环境下，可用观测量相对较少，如何提升可用观测量数目，成为提升模糊度解算成功率的有效途径之一。

经实测验证可知，接收机端频间偏差具有长期稳定特性，可通过前期参数估计确定先验修正值，以此增加模型冗余度，这为实现跨频点混合双差模型提供了契机。但是现有技术还未能解决跨频点间频率差的影响，因而rb-ifb难以准确估计，进而影响跨频点混合双差模型的整周模糊度解算成功率。

为了解决单模gnss系统内因频率差较大而难以实现跨频点混合双差模型的限制问题，多频组合技术是一种可行的解决方案之一。通过多频组合技术将gnss系统原始的频点转换成频点一致或相近的组合频点，极大减少各频点间的频率差，从而有效消除频率差相关偏差项，使单模gnss系统内跨频点混合双差模型成为可能。为此，本发明提出一种单模gnss系统跨频点混合双差rtk定位方法，寻找最优的多频组合技术使得新的组合频点具有非常小的频率差，完全消除频率差对整周模糊度解算的影响，进而通过改正rb-ifb值，增加模型的观测冗余度，获得高于标准双差的整周模糊度解算成功率。

技术实现要素：

本发明公开的一种单模gnss系统跨频点混合双差rtk解算模型通过充分挖掘接收机端频间偏差的稳定特性，能够获得较传统rtk解算模型更高的模型冗余度，进而更好的提升模糊度解算效率与定位精度。该方法采用了多频组合技术消除跨频点间波长差的影响，通过参数估计方法实时获取rb-ifb估值，待满足稳定条件后，将rb-ifb作为改正量来增加模型冗余度，起到提升模型模糊度解算与定位精度的效果。该方法具体执行步骤如下：

一种单模gnss系统跨频点混合双差rtk解算方法，包括以下步骤：

(1)获取基站与移动站接收机输出的原始伪距与载波相位观测量；

(2)将步骤(1)获得的原始观测量执行站间单差，获得伪距与载波相位单差观测量；

(3)利用多频组合技术将步骤(2)中的载波相位单差观测量进行线性组合，获得频率一致的组合观测量；

(4)利用步骤(3)中获取的频率一致的组合观测量构建rb-ifb参数估计模型，获得rb-ifb估计序列；

(5)对rb-ifb估计序列进行稳定性分析，如果满足稳定条件，将该rb-ifb均值作为修正值用以增加模型冗余度；

(6)建立跨频点混合双差模型，解算整周模糊度，获得优于传统双差模型的整周模糊度解算成功率；

(7)监测接收机启动状态，一旦接收机重新启动，返回步骤(4)与步骤(5)，估计rb-ifb的修正值。

所述获取基站与移动站接收机输出的原始伪距与载波相位观测量，包括：

伪距与载波相位观测方程为：

其中，与分别表示伪距与载波相位观测值减计算值的残差量；r表示不同接收机；s表示不同卫星号；j对应卫星的不同频点bj(j＝1,2,3)；xr表示用户位置、对流层等非弥散项增量；表示对应xr的线性化几何设计矩阵；tr与t^s分别表示接收机与卫星端钟差；对应频点b1的一阶电离层延迟误差，表示电离层比例系数；dr,j与分别表示与频点相关的接收机与卫星端的伪距偏差；λj表示载波相位波长；表示整周模糊度；δr,j与分别表示与频点相关的接收机与卫星端载波相位偏差，包含载波相位硬件偏差与初始相位等；与分别表示伪距与载波相位观测噪声。

所述将步骤(1)获得的原始观测量执行站间单差，获得伪距与载波相位单差观测量，包括：

站间单差观测方程为：

其中，(*)br＝(*)r-(*)b，(*)b表示参考接收机，(*)r表示用户接收机。

所述利用多频组合技术将步骤(2)中的载波相位单差观测量进行线性组合，获得频率一致的组合观测量，包括：

基于站间单差观测方程的三频组合模型为：

其中，是观测量组合系数；

电离层放大系数β(i,j,k)、组合波长λ(i,j,k)、组合模糊度n(i,j,k)组合、组合rb-ifbδ(i,j,k)以及噪声放大系数γ(i,j,k)表示为：

其中，c表示光速。

所述利用步骤(3)中获取的频率一致的组合观测量构建rb-ifb参数估计模型，获得rb-ifb估计序列，包括：

具有满迭特性的跨频点混合双差模型表示为：

其中：

通过利用跨频点混合双差模型获得伪距rb-ifb的dbr,1j与包含载波相位rb-ifb的的估计序列，其中，伪距rb-ifb的修正值直接求解，载波相位的rb-ifb需要在中提取。

所述对rb-ifb估计序列进行稳定性分析，如果满足稳定条件，将该rb-ifb均值作为修正值用以增加模型冗余度，包括：

将求解的伪距与载波相位rb-ifb的最初的估计序列中连续取300个历元，平均分成5份，求取伪距的均值μpi、μφi与载波相位的标准差σφi，如果满足max(|μpi-μpj|)<0.15m，max(|μφi-μφj|)<0.05cycles，max(|σpi|)<0.15m，max(|σφi|)<0.01cycles，则表示rb-ifb已趋于稳定，可作为修正值用以增加模型冗余度。

所述建立跨频点混合双差模型，解算整周模糊度，获得优于传统双差模型的整周模糊度解算成功率，包括：

基于rb-ifb改正的混合双差模型为：

其中：

本发明的有益效果在于：

本发明通过充分挖掘接收机端频间偏差的稳定特性，利用了多频组合技术消除跨频点间波长差的影响，准确求解了rb-ifb的修正值作为观测量冗余信息，获得了较传统rtk解算模型更高的模型冗余度。因此，这种新的方法具有更好的模糊度解算的性能是可以被预见的。

附图说明

图1为单模gnss系统跨频点混合双差rtk解算模型的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

下面以北斗系统的多频信号即：b1＝1561.098mhz，b2＝1207.14mhz，b3＝1268.52mhz作为实施例，并结合附图1，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

步骤1，获取基站与移动站接收机输出的原始伪距与载波相位观测量；

北斗三频的伪距与载波相位观测方程可表示为：

其中与分别表示伪距与载波相位观测值减计算值的残差量；r表示不同接收机；s表示不同卫星号；j对应北斗的不同频点bj(j＝1,2,3)；xr表示用户位置、对流层等非弥散项增量；表示对应xr的线性化几何设计矩阵；tr与t^s分别表示接收机与卫星端钟差；对应频点b1的一阶电离层延迟误差，表示电离层比例系数；dr,j与分别表示与频点相关的接收机与卫星端的伪距偏差；λj表示载波相位波长；表示整周模糊度；δr,j与分别表示与频点相关的接收机与卫星端载波相位偏差，包含载波相位硬件偏差与初始相位等；与分别表示伪距与载波相位观测噪声。

步骤2，将步骤1获得的原始观测量执行站间单差，获得伪距与载波相位单差观测量；

本文仅考虑基线较短情况，忽略大气延迟误差影响，因而站间单差观测方程可表示为，

其中(*)br＝(*)r-(*)b，有参考接收机表示为“b”，用户接收机表示为“r”。

步骤3，利用多频组合技术将步骤2中的载波相位单差观测量进行线性组合，获得频率一致或相近的组合观测量；

首先，给出基于上式载波相位单差观测量的三频组合模型，

为了表达清晰，上式忽略了接收机与卫星的相关标识；其中是观测量组合系数。相应的电离层放大系数β(i,j,k)、组合波长λ(i,j,k)、组合模糊度n(i,j,k)组合、组合rb-ifbδ(i,j,k)以及噪声放大系数γ(i,j,k)可以表示为，

其中c表示光速。

根据上式的描述，本文在(i,j,k)∈(-10,10)的整数范围内搜索频率一致或相近的多频组合策略来替换原始频点。需要说明的是，在搜索最优的多频组合策略时，除满足频率一致或相近的约束条件外，还应遵循以下约束条件：1)构造的新组合频点的组合系数形成的行列式应等于±1，保证三个新的组合频点的独立性；2)尽可能的压制电离层与噪声放大系数，避免放大的观测量误差，影响模型的估计精度。根据上述约束条件与搜索范围，确定了4组最优的多频组合策略，被统计在表1中。其中，bc1～bc3分别代表新的多频组合观测量；δλ表示跨频点的频率差；

表1多频组合策略的统计

从表1中可以看出，所有的频率差系数均小于0.025，对整周模糊度解算影响较小，可以被模型所忽略。这预示着如果采用新的组合信号进行跨频点混合双差模型的构建，可以从根本上解决原始频点因频率差系数较大而无法正确解算模糊度的弊端。

步骤4，利用步骤3中获取的频率一致或相近的多频组合观测量构建rb-ifb参数估计模型，获得rb-ifb的估计序列；

具有满迭特性的跨频点混合双差模型表示为，

其中，

我们通过利用上式可以获得伪距rb-ifb的dbr,1j与包含载波相位rb-ifb的的估计序列。其中，伪距rb-ifb的改正值可以直接求解，而载波相位的rb-ifb需要在中提取。由于采用新的多频组合观测量，其频率差非常小，使得与λj-λ1相关项可以被忽略。

步骤5，对rb-ifb估计序列进行稳定性分析，如果满足稳定条件，即可将该rb-ifb均值作为修正值用以增加模型冗余度；

将求解的伪距与载波相位rb-ifb的最初的估计序列中连续取300个历元，平均分成5份，求取伪距的均值μpi(i＝1,2,3,4,5),μφi与载波相位的标准差σpi,σφi。如果满足max(|μpi-μpj|)<0.15m，max(|μφi-μφj|)<0.05cycles，max(|σpi|)<0.15m，max(|σφi|)<0.01cycles即可认为其rb-ifb已趋于稳定，可作为修正值用以增加模型冗余度。

步骤6，获得rb-ifb修正值后，可以屏蔽步骤4与步骤5，建立跨频点混合双差模型，解算整周模糊度，即可获得优于传统双差模型的整周模糊度解算成功率。

基于rb-ifb改正的混合双差模型表示为，

其中

至此，上式在混合双差模型式的基础上，消除了rb-ifb相关的状态量，使得上式在模型冗余度相比于传统双差模型增加了2个冗余度。如果说，在开阔环境可见观测量较多的情况下，2个冗余度的增加不会造成两类模型在整周模糊度解算上的性能差异。但是，在遮挡环境可见观测量较少的情况下，2个冗余度的增加对整周模糊度解算性能的提升将是巨大的。

步骤7，监测接收机启动状态，一旦接收机重新启动，原有的rb-ifb修正值将会失效，需要重置步骤5的稳定状态，重新执行步骤4与步骤5，估计rb-ifb的修正值。

当然，本发明还有其他多种实施例，在不偏离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的调整，但这些相应的调整都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本发明公开的一种单模gnss系统跨频点混合双差rtk解算模型通过充分挖掘接收机端频间偏差(receiver-betweeninter-frequencybias,rb-ifb)的稳定特性，能够获得较传统rtk解算模型更高的模型冗余度，进而更好的提升模糊度解算效率与定位精度。该方法采用了多频组合技术消除跨频点间波长差的影响，通过参数估计方法实时获取rb-ifb估值，待满足稳定条件后，将rb-ifb作为改正量来增加模型冗余度，起到提升模型模糊度解算与定位精度的效果。该方法具体执行步骤如下：

步骤1，获取基站与移动站接收机输出的原始伪距与载波相位观测量；

步骤2，将步骤1获得的原始观测量执行站间单差，获得伪距与载波相位单差观测量；

步骤3，利用多频组合技术将步骤2中的载波相位单差观测量进行线性组合，获得频率一致或相近的组合观测量；

步骤4，利用步骤3中获取的频率一致或相近的多频组合观测量构建rb-ifb参数估计模型，获得rb-ifb的估计序列；

步骤5，对rb-ifb估计序列进行稳定性分析，如果满足稳定条件，即可将该rb-ifb均值作为修正值用以增加模型冗余度；

步骤6，获得rb-ifb修正值后，可以屏蔽步骤4与步骤5，建立跨频点混合双差模型，解算整周模糊度，即可获得优于传统双差模型的整周模糊度解算成功率。

步骤7，监测接收机启动状态，一旦接收机重新启动，原有的rb-ifb修正值将会失效，需要重置步骤5的稳定状态，重新执行步骤4与步骤5，估计rb-ifb的修正值。

相比于传统方法，本发明公开了一种单模gnss系统跨频点混合双差rtk解算模型的构造方法，该方法通过充分挖掘接收机端频间偏差(receiver-betweeninter-frequencybias,rb-ifb)的稳定特性，利用了多频组合技术消除跨频点间波长差的影响，准确求解了rb-ifb的修正值作为观测量冗余信息，获得了较传统rtk解算模型更高的模型冗余度。因此，这种新的方法具有更好的模糊度解算的性能是可以被预见的。