一种双频载波相位整周模糊度固定的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及GPS (Global Positioning System,全球定位系统）的载波相位差分 相对定位方法，更具体地，涉及一种LI、L2双频载波相位整周模糊度固定的方法。
【背景技术】
[0002] 卫星导航系统可以向广大用户提供高精度、全天候的导航、定位和授时服务，是 当今国民经济和国防建设不可或缺的重要空间基础设施。利用GPS(Global Positioning System)进行相对定位是高精度测量的有效手段。接收机的基本观测量包括伪距和载波相 位，其中伪距P可表示为：
[0003] p = r+c ( δ tr- δ t(s)) +Ι+Τ+ ε ρ (1)
[0004] 式中，r为卫星到接收机的几何距离，c为光速，δ ~为接收机钟差，S t (s)为卫星 钟差，I为电离层误差，T为对流程误差，ε p为伪距噪声。
[0005] 双差伪距可表示为：
[0006] V Δ p = V ΔΓ+ V Δ ε p (2)
[0007] 式中▽△为双差算子，表示将基准站与流动站的伪距做差，再和基准星伪距做差 的运算。双差可以消除大部分空间、时间相关的误差，从而提高定位精度。
[0008] 载波相位观测量Φ可表示为：
[0009] φ = λ 1 [r+c ( δ t-δ t(s))-Ι+Τ]+Ν+ε φ (3)
[0010] 式中λ为载波相位波长，N为整周模糊度，ε φ为载波相位噪声。
[0011] 双差载波相位可表示为：
[0012] νΔφ = λ1νΔτ+νΔΝ+νΔε φ ⑷
[0013] 基于（2)式的相对定位称为伪距差分技术，由于伪距中▽ Δ ε ρ较大，观测值本身 精度较低，由此得到的结果一般不能满足用户的需求；基于（4)式的相对定位称为载波相 位差分技术，载波相位中ε φ较小，观测值本身的精度较高，因此载波相位观测值可以 大大提高观测的精度，但是式（4)中包含未知的▽ ΛΝ，载波相位进行差分定位的前提是确 定载波相位整周模糊度。
[0014] 现今较成熟的整周模糊度固定算法大多基于搜索策略，若能通过伪距直接取整固 定整周模糊度，就能避免搜索算法计算效率低且可能搜索错误的问题。然而取整算法很少 用于工程的原因是伪距测量精度远不及载波相位波长。即使组成宽巷组合，宽巷整周模糊 度的真值可能是取整估计值邻近的三个整数中的其中之一，伪距多径较严重时还会出现更 大的取整误差。
【发明内容】
[0015] 为了解决使用伪距取整宽巷整周模糊度时出现取整错误的问题，本发明提出了一 种双频载波相位整周模糊度固定的方法。
[0016] 实现本发明的技术方案如下：
[0017] -种双频载波相位整周模糊度固定的方法，具体过程为：
[0018] 步骤101 :将双差伪距和载波相位组成MW(Melbourne-Wubbena)组合，使用MW组 合取整固定宽巷整周模糊度；
[0019] 步骤102 :将Ll、L2双频载波相位观测方程与步骤101中所固定的宽巷整周模糊 度联立，得到L1频点的整周模糊度的浮点解，直接取整得到L1频点的整周模糊度固定解， 通过Ll、L2频点整周模糊度与宽巷整周模糊度的关系，计算L2整周模糊度固定解；
[0020] 步骤103 :判断步骤102中计算的L1频点的浮点解的小数部分所属的区间，所述 区间为：〇~〇. 15和0.85~1为正确区间，0. 15~0.35和0.65~0.85为不可修复区间， 0. 35~0. 65为需修复区间；当L1频点的浮点解的小数部分处于正确区间时，该组双频载 波相位观测值置为可用；当处于不可修复区间，该组双频载波相位观测值置为不可用，当处 于需修复区间，将宽巷模糊度向之前取整值反向修正一周，该组双频载波相位观测值置为 可用；
[0021] 步骤104 :使用自主完好性技术排除大于一周的宽巷整周模糊度取整错误，所排 除的宽巷整周模糊度对应的双频载波相位观测值置为不可用；若已排除至剩余4组宽巷 整周模糊度仍有错误，则取步骤102中L1浮点解小数最小的4组所对应的宽巷整周模糊 度，以最大伪距误差为搜索范围，遍历搜索4组宽巷整周模糊度的偶数倍数值，使用最小二 乘搜索法从偶数倍数值获得最优的宽巷整周模糊度，将此4组双频载波相位观测值置为可 用，并计算其对应的L1和L2频点的整周模糊度固定解；
[0022] 步骤105 :基于可用的双频载波相位观测值和其对应的整周模糊度固定解计算基 线，并通过基线反算所有双频载波相位观测值的整周模糊度；
[0023] 步骤106 :根据步骤105得到的所有双频载波相位观测值的整周模糊度，生成双频 几何一致性探测量、自主完好性探测量和基线反解一致性探测量，将三个探测量与设定的 门限进行比对，校验所固定双频载波相位观测值的整周模糊度正确性，三个探测量均正确 则整周模糊度固定成功，否则固定失败。
[0024] 进一步的，所述步骤101中，使用载波相位平滑伪距提高伪距的测量精度。
[0025] 进一步的，所述步骤104中，使用窄巷观测量进行自主玩完好性计算，可减小观测 噪声，放大整周模糊度估计错误。
[0026] 本发明固定双频整周模糊度的优点：可修复宽巷整周模糊度取整错误；基于取整 固定整周模糊度，计算效率高；各个整周模糊度固定相互独立，单历元固定率和正确率高。
【附图说明】
[0027] 图1是双频整周模糊度固定方法的示意框图；
[0028] 图2是L1浮点解小数探测区间示意图；
[0029] 图3是双频整周模糊度固定算法流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下将结合附图对本发明的 实施例进行详细说明。图1给出了本发明双频整周模糊度固定方法的示意框图。本发明的 双频整周模糊度固定方法实现步骤如下：
[0031] 步骤101 :将双差伪距和载波相位组成MW组合，使用MW组合取整固定宽巷整周模 糊度。
[0032] 首先使用双差载波相位平滑双差伪距，使用平滑后的伪距组成MW组合观测值：
[0034] 其中下标丽表示丽组合，下标1、2分别代表L1和L2频点，式中f代表载波频率， 且：
[0036] 其中下标WL(WideLane)表示宽巷。
[0038] 将（5)式整理，并通过取整得双差宽巷模糊度为：
[0040] 其中:round ()为取整算子。
[0041] 步骤102 :将Ll、L2双频载波相位观测方程与步骤101中所固定的宽巷整周模糊 度联立，得到L1频点的整周模糊度的浮点解，直接取整得到L1频点的整周模糊度固定解， 通过Ll、L2频点整周模糊度与宽巷整周模糊度的关系，计算L2整周模糊度固定解。
[0042] 双频载波相位具有相同的几何距离。短基线情况下，双差可以完全消除大部分误 差。暂时忽略噪声和多径，则双频双差载波相位观测方程可表示为：
[0043] AjV Δφ^ν Δγ+AjV ΔΝ! (9)
[0044] λ 2V Δ φ 2= ▽ Δ r+λ Δ Ν 2 (10)
[0045] 将（9) (10)和（6)联立，则得到L1频点整周模糊度的浮点解：
[0047] 其中上三角号表示为浮点估计值，对其直接取整得到L1频点整周模糊度的固定 解：
[0049] 最后通过L1、L2频点整周模糊度与宽巷整周模糊度的关系，计算L2整周模糊度固 定解
[0050] V AN2=V ANr V ANMW(13)
[0051] 步骤103 :判断步骤102中所计算的L1频点的浮点解的小数部分所属的区间，所 述区间为：〇~0. 15和0. 85~1为正确区间，0. 15~0. 35和0. 65~0. 85为不可修复区 间，0. 35~0. 65为需修复区间。当L1频点的浮点解的小数部分处于正确区间时，该组双频 载波相位观测值置为可用；当处于不可修复区间，该组双频载波相位观测值置为不可用，当 处于需修复区间，将宽巷模糊度向之前取整值反向修正一周，该组双频载波相位观测值置 为可用。
[0052] GPS宽巷波长λ 1为86. 2cm，若双差伪距的测量精度为lm，则通过（8)式计算的宽 巷整周模糊度的真值可能是计算值邻近的三个整数中之一，一周的取整误差会频繁发生。
[0053] 若宽巷整周模糊度出现一周的取整错误，则由（11)式计算的L1浮点解引入的误 差 BiaSiS :
[0055] 由式（14)可见，若宽巷取整时错误一周，则L1浮点解的小数会出现半周左右的误 差。短基线情况下，若宽巷取整正确，L1浮点解会在整数附近。半周左右的误差非常有利 于宽巷一周取整误差的探测与修复。
[0056] L1浮点解计算时不包含伪距误差，若载波相位测量精度为0. 01周，根据误差传播 定律，式（11)中计算误差被放大为约〇. 05周左右，取误差的3倍，得其限差约为0. 15周。
[0057] 将L1浮点解小数到其整数的距离划分为5个区间，