颗可用 卫星在Li频点的单差天顶电离层延迟；d姑表示Li频点载波相位双差误差量。
[0032] 3)根据上述长基线相对定位系统状态方程与量测方程建立的数学模型，设计相应 的抗差扩展卡尔曼滤波器，在该抗差扩展卡尔曼滤波器中采用双因子方差膨胀模型来求解 方差膨胀因子。
[0033] 抗差扩展卡尔曼滤波器具体流程如下：
[0034] ①对长基线相对定位系统状态及状态协方差矩阵进行初始化。
[0035] ②假设k-1时刻的状态估计值及状态协方差矩阵分别为式,_1和Pk_i，计算中长基线 相对定位系统状态一步预测有及一步预测协方差矩阵巧:
[0042] 其中表示标准化残差，CTy,表示量测向量Yk第i分量的标准差，Vi表示新 息向量V的第i分量；C为常量，可取1. 0~1. 5。
[0043] ⑥计算等价观测协方差矩阵吃
[0044] R{i,:) = aII /?(/,:)
[0045] 其中R表示观测噪声协方差矩阵，其具体表达式为：
[0046]
[0047] 其中馬l= 疏^g口<,2,2a?;/，...，2。;:,.2)，却,表示GNSS接收机相对于参考星在Li 频点上的载波相位测量误差标准差；吗!，表示GNSS接收机相对于第m颗可用卫星在Li频点 上的载波相位测量误差标准差术,1 =航巧口2,如，二…，如;：/)，却,表示GNSS接收机相 对于参考星在Li频点上的伪距测量误差标准差； <；,.表示GNSS接收机相对于第m颗可用卫 星在Li频点上的伪距测量误差标准差；D表示单差矩阵，其具体表达式为：
[0048]
[0049] ⑧滤波增益计算Kk
[(K)加]
[0化1] 其中)表示量测方程相对于^苗的雅克比矩阵，其具体表达式为：
[0化2]
[0化3] ￡ =片，6,2，...，<^表示各可用卫星单相对于副站的单位观测矢量矩阵，其中6:"表 示第m颗可用卫星相对于副站的单位观测矢量；M/。,，=(<，，<"，…，表示电离层延迟 因子向量，其中表示第m颗可用卫星相对于副站的电离层延迟因子。
[0054] ⑦状态估计
[0化5]
[0化6] ⑨状态估计均方误差Pk
[0057]
[005引 4)将参数估计值中载波相位模糊数浮点解及其协方差矩阵送入LAMBDA整周模糊 数求解模块实现载波相位整周模糊数的求解。
[0化9] 5)利用求得的整周模糊数实现站间的高精度相对定位。
【主权项】
1. 一种中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，其特征在于包括如下步骤：首先， 将主、副两站GNSS接收机的测量数据通过最低仰角约束、载波相位周跳检测及主、副两站 共视星比对数据预处理手段提取出同一时刻两站可用的测量数据；其次，利用主、副两站同 一测量时刻的测量数据进行参考星搜索，基于参考星求取主、副两站双频伪距与载波相位 的双差测量值；将上述双差测量值送入抗差扩展卡尔曼滤波器进行相关参数估计，求得贴 近真实整数解的整周模糊数浮点解；然后，将上述参数估计值中单差载波相位模糊数浮点 解及其协方差矩阵送入采用最小二乘模糊度去相关平差法LAMBDA的整周模糊度求解模块 求取载波相位整周模糊数的整数解，从而实现主、副两站站间相对距离的高精度测量。2. 根据权利要求1所述的中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，其特征在于：抗 差扩展卡尔曼滤波器相关参数估计的具体步骤包括：中长基线相对定位系统状态方程与量 测方程的建立，将该系统的状态向量x设为x= (rT，Ioht , , ；V2tf，式中r= (rx，ry，rz)T表 示副站在地心地固坐标系中的位置坐标向量；，…，表示1^频点单差 电离层延迟向量，式中：Ion代表1^频点单差电离层延迟，上标m代表可用卫星数，下标r代 表副站，下标b代表主站；％ …,表示1^频点可用卫星单差载波相位整 周模糊数向量；iV2 =(A^2,A^2,...,iV,:；：2；)T表示、频点可用卫星单差载波相位整周模糊数 向量。3. 根据权利要求2所述的中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，其特征在于，所 述中长基线相对定位系统的量测量为，式中表示k频点的载波 相位双差测量向量；表示L2频点的载波相位双差测量向量；hp>1表示L彡频点的伪距双 差测量向量；hp，2表示L2频点的伪距双差测量向量。4. 根据权利要求2所述的中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，其特征在于，中 长基线相对定位系统状态方程的具体表达式为：其中F/+1为k到k+1时刻的状态转移矩阵，其具体表达式为：式中表示3维单位矩阵；ImXm表示m维单位矩阵；I(3m_3)x&11_3)表示3m-3维单位矩 阵。 wk为系统过程噪声，其协方差矩阵为：其中〇3X3表示3维零值矩阵；QIm表示m维单差电离层延迟过程噪声矩阵；0 表示维3m-3维零值矩阵。5. 根据权利要求2所述的中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，其特征在于，在 建立量测方程中， 设中长基线相对定位系统的量测量为^?，/，式中hw表示Li频点的 载波相位双差测量向量；表示12频点的载波相位双差测量向量；hp，i表示L^频点的伪距 双差测量向量；hp，2表示L2频点的伪距双差测量向量。则系统量测方程的具体表达式是：式中：hb表示频点的载波相位双差测量向量；hp;i表示1^频点的伪距双差测量值；At表示两站对参考星与第m颗可用卫星的双差几何距离；Ti=Ai/^，\表示Ljg点 载波波长，Ai表示Lj?点载波波长；表示两站相对于参考星在1^频点的单差电离层 延迟因子；/表示两站相对于第m颗可用星在Lj?点的单差电离层延迟因子；/〇<表示 两站相对于参考星在1^频点的单差天顶电离层延迟；/〇<表示两站相对于第m颗可用卫星 在1^频点的单差天顶电离层延迟；表示1^频点载波相位双差误差量。6. 根据权利要求2所述的中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，其特征在于，根 据中长基线相对定位系统状态方程与量测方程建立的数学模型，设计相应的抗差扩展卡尔 曼滤波器，在该抗差扩展卡尔曼滤波器中采用双因子方差膨胀模型来求解方差膨胀因子， 进而有效地抑制异常观测数据对滤波性能的影响。7. 根据权利要求1所述的中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，其特征在于，在 抗差扩展卡尔曼滤波器相关参数估计过程中： ① 首先对长基线相对定位系统状态及状态协方差矩阵进行初始化； ② 假设k-1时刻的状态估计值及状态协方差矩阵分别为毛^和Ph，计算中长基线相对 定位系统状态一步预测^及一步预测协方差矩阵:③ 计算新息向量V④ 求解方差膨胀因子an其中A=巧/0^表示标准化残差，CTV;表示量测向量yk第i分量的标准差，vi表示新息向 量v的第i分量；c为常量，可取1. 0~1. 5。 ⑤ 计算等价观测协方差矩阵4其中R表示观测噪声协方差矩阵，其具体表达式为：其中~，心表示GNSS接收机相对于参考星在1^频点 上的载波相位测量误差标准差；表示GNSS接收机相对于第m颗可用卫星在、频点上的 载波相位测量误差标准差^^^邮口^^^人…二^心表示⑶以接收机相对于 参考星在1^频点上的伪距测量误差标准差； 表示GNSS接收机相对于第m颗可用卫星在 1^频点上的伪距测量误差标准差；D表示单差矩阵，其具体表达式为：⑥ 滤波增益计算Kk其中//(毛）表示量测方程相对于為:的雅克比矩阵，其具体表达式为：表示各可用卫星单相对于副站的单位观测矢量矩阵，其中 < 表示 第m颗可用卫星相对于副站的单位观测矢量^表示电离层延迟因 子向量，其中〃C表示第m颗可用卫星相对于副站的电离层延迟因子； ⑦ 状态估计毛⑧ 状杰估计均方误差P,.
【专利摘要】本发明提出的中长基线GNSS接收机高精度相对定位方法，旨在提供一种在中长基线条件下，GNSS接收机站间相对距离的高精度测量方法。本发明通过下述技术方案予以实现：首先，将主、副两站GNSS接收机的测量数据进行测量数据预处理；其次，利用主、副两站同一测量时刻的测量数据进行参考星搜索，求取主、副两站测量数据的双差测量值，将其双差测量值送入抗差扩展卡尔曼滤波器进行相关参数估计，求得单差载波相位整周模糊数的浮点解；然后，将上述参数估计值中单差载波相位整周模糊数浮点解及其协方差矩阵送入最小二乘模糊度去相关平差法LAMBDA整周模糊度求解模块求取载波相位整周模糊数的整数解，实现主、副两站站间相对距离的高精度测量。
【IPC分类】G01S19/51
【公开号】CN104950322
【申请号】CN201510263235
【发明人】杨峻巍
【申请人】中国电子科技集团公司第十研究所
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月21日