一种gnss载波相位整周模糊度单历元解算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于全球卫星导航定位技术领域，特别涉及一种GNSS全球卫星导航系统 (包括北斗BDS、GPS、GLONASS)短距离相对定位中的载波相位整周模糊度单历元解算方法。
【背景技术】
[0002] 利用全球卫星导航系统（GNSS)进行精密定位的关键是载波相位整周模糊度的确 定。准确快速解算整周模糊度，无论是对于缩短观测时间、保障定位精度，还是对于开拓高 精度动态定位应用的新领域，都是非常重要的。在实际应用中，错误的模糊度将直接延长定 位的初始化时间，降低定位精度，因此，模糊度快速准确解算是实现高精度卫星导航定位一 个关键问题。
[0003] 在短距离（基线）相对定位中，由于移动站接收机与基准站接收机之间距离较短， 对同一卫星而言，两接收机观测信息所受的大气延迟误差等影响相关性强，通过差分方法 可以很大程度地削弱该误差的影响，因此，给载波相位整周模糊度快速准确解算提供了有 利条件，特别是使得实现单历元解算成为了可能。当前，短基线模糊度单历元解算方法归纳 起来主要分为两大类：第一，最优线性组合法，该方法通过双频或三频观测量构造各种组合 观测量，以消除误差对模糊度解算影响；第二，搜索法，即通过模糊度降相关或新的搜索模 型、方法，提高模糊度解算速度和准确性。上述两类方法一方面难以保证模糊度单历元解 算达到100%的成功率，另一方面这些方法主要是针对单个卫星导航定位系统，如GPS或北 斗，对于多个卫星导航定位系统组合应用，其有效性和可靠性还需进一步研究。此外，随着 中国北斗卫星导航系统实现亚太地区导航定位服务，美国GPS现代化第三频率的加入，俄 罗斯GLONASS系统完成在轨卫星的补网以及欧盟Galileo系统的推进，全球卫星导航系统 将进入一个多频率多系统的联合定位新时代，多频率多系统组合的模糊度快速准确解算是 卫星导航定位领域中研究的热点和难点。
[0004] 基于以上分析，本案由此产生。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，在于提供一种GNSS载波相位整周模糊度单历元解算方法，其适用 于短距离相对定位模式，利用北斗导航系统具有三频观测数据的优势，以此约束辅助其他 卫星导航系统模糊度解算，并引入抗差估计理论，提高模糊度解算可靠性。
[0006] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0007] -种GNSS载波相位整周模糊度单历元解算方法，包括如下步骤：
[0008] (1)利用北斗卫星导航系统中三频观测数据构建最优组合观测量，依次单历元固 定超宽巷/宽巷及基础载波模糊度；
[0009] (2)优选已固定模糊度可靠性较高的北斗卫星，反演大气延迟信息，并将其作为先 验信息对GPS/GL0NASS无电离层组合模糊度解算模型增强，降低天顶对流层参数与模糊度 参数之间的相关性，减弱模型病态性；
[0010] (3)引入抗差估计理论，通过选权迭代抵制模型偏差或异常值的影响，实现GPS/ GLONASS双频导航系统中模糊度单历元准确解算。
[0011] 上述步骤（1)中，超宽巷/宽巷模糊度的计算方法是：
[0012] 11)假设北斗三个载波频率依次为f\、f2、f3，通过各频率观测量线性组合，获得双 差载波相位组合观测量及双差伪距组合观测量:
[0015] 式中，组合系数i、j、k为任意整数，m、n、1为任意实数；▽么为卫星间、接收机间差 分算子；P为接收机与卫星几何距离；T为信号传播路径上的对流层延迟；K= 40. 28TEC， TEC为信号传播路径上的总电子含量；13u，k)、Au]，k)、分别为组合观测量对应的 电离层延迟因子、波长及载波相位整周模糊度'％ ,u ' 分别为载波、伪距观测噪声；
[0016] 12)基于上述组合观测量基本表达式，构造两个组合：①i= 0,j= 1，k=-I;m =0,n= 1，I=-I;②i= 1，j= 4,k= -5;m= 1，n= 0,I= 0 ;在短距离条件下，忽略
及观测噪声VAf、VAe 的影响，根据下式计算各北斗卫星两个超 h!、 宽巷/宽巷模糊度，H(1
[0019] 其中，□代表四舍五入算子。
[0020] 上述步骤⑴中，根据下式计算基础载波模糊度
[0022] 其中，为组合观测量，以軋.。,。）为基础载波观测量， 入aU为组合观测量对应的波长，,为组合观测量对应模糊度，且 v^i-IiO:): = -SVAiVl0j^1) +VAtVu 4:,-5) 0
[0023] 上述步骤⑵的具体内容是：
[0024]21)采用无电离层组合模型：
[0026] 式中，Xw= 86. 2cm、X N= 10. 7cm分别为宽巷及窄巷组合观测量对应波长，VA' 为无电离层组合观测量，为宽巷组合模糊度，▽由V1为基础载波观测量对应模糊度，m为卫星间、接收机间差分算子；P为接收机与卫星几何距离；T为信号传播路径上的对 流层延迟，f\、&为北斗两个载波频率；将上式写成误差方程为：
[0027] V=AX-L
[0028] 式中，V为观测量残差， 与接收机距离近似值，待估参数X包括三维坐标改正数、天顶对流层延迟参数以及各卫星 整周模糊度，A为对应系数矩阵；
[0029] 22)在步骤（1)中解算所有北斗卫星模糊度的基础上，优选模糊度可靠性高的卫 星，约束辅助GPS/GL0NASS卫星模糊度解算，将BDS、GPS及GLONASS卫星的模糊度分为两 类，一类是已经固定的北斗三频模糊度，另一类为较难固定的GpS/GL〇NASS双频模糊 度，则前述误差方程变换为：
[0031] 其中，VpV2分别为上述两类卫星观测量残差，待估参数X'包括三维坐标改正 数、天顶对流层延迟参数，Ap^及Ci、C2分别为两类卫星观测量中待估参数X'及模糊度 ▽▲乂、VATVa对应的系数矩阵，Ll、L2为可求常数项，表达式同误差方程中L;将上式简化 为：
[0034] 令观测量权阵为P，则根据最小二乘原理，上式的解表示为：
[0036] 其中，尤表示~的转置矩阵，表示為7/^^的逆矩阵。
[0037] 上述步骤（3)的具体内容是：在求参数估值的同时，通过选权迭代抵制模型偏差 或异常值的影响，构造等价权阵户，选用IGG权函数：
[0039] 式中，kQG[1.0~ULk1G[3.0~8. 0]，ppVAv别表示各观测量对应的残差 及权系数；根据抗差M估计理论，待估参数的抗差M估值为：
[0041]
测量中待估参数X'及模糊度&对应的系数矩阵，LpL2S可求常数项。
[0042] 上述抗差M估值的解算采用迭代法，即第t+1步迭代解为
[0044]其中，上标t或t+1表示第t或第t+1步对应的取值。
[0045] 采用上述方案后，本发明具有以下特点：
[0046] (1)本发明不同于常规多个卫星系统模糊度整体解算方法，而是将多个卫星系统 整周模糊度分成难易固定两部分，依次固定，即充分利用北斗卫星具有三个频率观测数据， 对应模糊度较容易固定的优势，辅助约束GPS/GL0NASS卫星整周模糊度单历元固定；
[0047] (2)提高模糊度固定解的抗差性；引入抗差估计理论，通过选权迭代抵制模型偏 差及异常值的影响，保证模糊度解算的可靠性；
[0048] (3)本发明可用于短距离相对定位中的多频率多系统组合载波相位整周模糊度单 历元解算，解决了GNSS全球卫星导航系统在短距离中实时高精度定位的关键问题，具有一 定的实际意义。
【附图说明】
[0049] 图1是本发明的流程图；
[0050]图2是本发明实施例中北斗导航系统三种类型卫星每个历元基础载波Bl模糊度 浮点解与对应四舍五入整数解的差值分布情况；
[0051] 其中，（a)表示静止轨道卫星GEO,（b)表示倾斜轨道卫星IGSO,（