伪距定位平滑方法及系统、定位终端与流程

本发明属于通信定位技术领域，尤其涉及一种伪距定位平滑方法及系统、定位终端。

背景技术：

卫星导航定位技术在航天、航空、遥感、通信、测绘等领域已经得到了广泛的应用。随着不断增长的个人导航和定位服务的要求，gnss(globalnavigationsatellitesystem，全球导航卫星系统)已经从最初的定位功能扩展到了很多领域，例如授时、交通工具导航、电信、地球科学甚至生命安全。由于具有军民两用特性，gnss是一个关系到国家安全与未来战争成败的战略性系统，世界各国都在竞相发展gnss系统。

gnss的基本定位原理，是根据四颗或四颗以上卫星的位置，以及各卫星到用户的距离来计算得出用户的位置，即导航定位接收机的位置。在gnss接收机定位领域中，每个gps卫星均发送它所在的准确位置和发送信号起始时间，接收机接收到这些信号后，根据卫星发送信号与收到信号的时间间隔来计算接收机到各个卫星之间的距离，由于测距受大气延迟和接收机时钟与卫星时钟不同步的影响，这个距离不是几何距离，故称它为“伪距”，当计算出接收机与各个卫星之间的伪距后，采用最小二乘法逐步逼近算法确定出接收机在地球表面所处的位置。通常引入伪距定位平滑技术(例如多普勒频移平滑伪距方法)来解决伪距误差大，单点定位精度低的问题。

现有技术的多普勒频移平滑伪距方法中，运用码相位测量值计算出伪距，然后用多普勒频移信息对伪距进行平滑，从而减小伪距误差，但这种方法的平滑伪距精度低于载波相位平滑伪距，进而导致定位精度较低的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种伪距定位平滑方法及系统、定位终端，旨在解决现有技术中定位精度较低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种伪距定位平滑方法，包括：

获取卫星的观测数据，所述观测数据包括观测值；

基于所述观测数据选择参考星；

基于所述观测值及所选择的参考星进行差分处理，获得差分后的观测值，所述差分后的观测值包括伪距；

将所述差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果。

优选地，所述基于所述观测数据选择参考星具体包括：

检测所述观测值；

基于预设标准剔除异常卫星，获得一个以上合格卫星；

基于周跳检测在所述获得一个以上合格卫星中选择参考星。

优选地，所述基于所述观测值及所选择的参考星进行差分处理，获得差分后的观测值具体为：将每一所述合格卫星与所选择的参考星进行差分运算，获得对应的观测值。

优选地，所述将所述差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果具体包括：

确定转换矩阵；

基于所述转换矩阵进行参数传播；

基于所述差分后的观测值计算闭合差，剔除异常观测值；

计算卡尔曼增益；

更新状态向量及协方差阵。

优选地，所述基于所述转换矩阵进行参数传播具体包括：

基于所述转换矩阵进行状态向量的传播；

基于所述转换矩阵进行协方差阵的传播。

优选地，所述基于所述差分后的观测值计算闭合差，剔除异常观测值具体包括：

基于所述差分后的观测值计算多普勒闭合差；

基于所述分定位结果计算载波相位闭合差。

优选地，所述更新状态向量及协方差阵具体包括：

基于多普勒更新状态向量及协方差阵；

基于载波相位更新状态向量及协方差阵；

基于所述伪距更新状态向量及协方差阵。

优选地，所述计算卡尔曼增益具体为：采用公式kt＝pt(-)h^t(hpth^t+r1)^-1来计算卡尔曼增益，其中：所述kt为时间t对应的卡尔曼增益，所述pt是时间t对应的状态的协方差矩阵，所述h为测量值与状态之间线性关系矩阵，所述r1是观测噪声协方差矩阵，所述h^t表示所述h的转置矩阵，所述t为矩阵转置运算符号，所述t为大于0的自然数。

本发明还提供一种伪距定位平滑系统，包括：

获取模块，用于获取卫星的观测数据，所述观测数据包括观测值；

选择模块，用于基于所述观测数据选择参考星；

差分处理模块，用于基于所述观测值及所选择的参考星进行差分处理，获得差分后的观测值，所述差分后的观测值包括伪距；

平滑模块，用于将所述差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果。

本发明还提供一种定位终端，所述定位终端包括一种伪距定位平滑系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取卫星的观测数据，所述观测数据包括观测值；

选择模块，用于基于所述观测数据选择参考星；

差分处理模块，用于基于所述观测值及所选择的参考星进行差分处理，获得差分后的观测值，所述差分后的观测值包括伪距；

平滑模块，用于将所述差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果。

在本发明实施例中，获取观测数据，在定位端用差分后的载波相位增量，多普勒和伪距直接对状态向量进行更新，无需考虑本地时钟偏差，可有效地减少伪距定位结果误差，提高定位精度。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的流程图；

图2是本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s2的具体流程图；

图3是本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s3的具体流程图；

图4是本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s4的具体流程图；

图5是本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s42的具体流程图；

图6是本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s43的具体流程图；

图7是本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s45的具体流程图；

图8是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的结构图；

图9是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的选择模块2的具体结构图；

图10是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的差分处理模块3的具体结构图；

图11是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的平滑模块4的具体结构图；

图12是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的传播单元42的具体结构图；

图13是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的剔除单元43的具体结构图；

图14是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的更新单元45的具体结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，一种伪距定位平滑方法，包括：获取卫星的观测数据，所述观测数据包括观测值；基于所述观测数据选择参考星；基于所述观测值及所选择的参考星进行差分处理，获得差分后的观测值，所述差分后的观测值包括伪距；将所述差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的流程图，包括：

步骤s1、获取卫星的观测数据，所述观测数据包括观测值；

具体地，获取每一跟踪的卫星的观测数据，例如可从跟踪通道读取每一卫星的观测数据，该观测数据包括观测值(例如多普勒伪距观测值、载波相位观测值)等，还可包括卫星的跟踪时间、时钟等，此处对此不作限制。

步骤s2，基于观测数据选择参考星；

具体地，根据所获取的观测数据来选择跟踪的一个卫星作为参考星。

步骤s3，基于观测值及所选择的参考星进行差分处理，获得差分后的观测值；

具体地，根据观测值及所选择的参考星来进行差分运算处理，获得差分运算结果，即差分数据，该差分后的观测值包括伪距、载波相位增量及多普勒参数等观测值。

步骤s4，将差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果；

具体地，将差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果，即可根据平滑后的伪距定位结果来进行定位。

在本实施例的一个优选方案中，该步骤s4之后还包括：

输出定位结果。

具体地，经过状态更新之后的状态向量得到基于所有观测值的优化估计，此时可输出定位结果。

本实施例中，获取观测数据，在定位端利用差分后的载波相位增量，多普勒和伪距直接对状态向量进行更新，无需考虑本地时钟偏差，可有效地减少伪距误差，提高定位精度。

在本实施例的一个优选方案中，如图2所示，为本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s2的具体流程图，该步骤s2包括：

步骤s21，检测观测值；

具体地，逐个分析所获取的每一卫星的观测值；

步骤s22，基于预设标准剔除异常卫星，获得一个以上合格卫星；

具体地，在跟踪的卫星中，根据预设标准剔除异常卫星，留下合格的卫星，通常情况下，会跟踪多个卫星，该预设标准至少包括以下一种情况：星历不全、频率不全、被标注为不健康的卫星，还可以包括其他情况，此处对此不作限制。当某一卫星出现上述预设标准的情况时，表示该卫星异常，则需要剔除该异常卫星，留下合格的卫星，进一步地，删除异常卫星对应的观测数据，由于异常卫星的观测数据的价值较低，于是删除该观测数据，可减少负载，降低存储成本。需要说明的是，出现异常的卫星数量可以是0个、1个、2个或者多个，此处对此不作限制，而合格的卫星则为一个以上，具体数量根据实际情况而定，此处对此也不作限制。

步骤s23，基于周跳检测在获得一个以上合格卫星中选择参考星。

具体地，基于载波观测值进行周跳检测，获得检测结果，基于检测结果在所述获得一个以上合格卫星中选择一参考星；

在本实施例中，对每一合格的卫星逐一进行周跳检测，根据周跳检测结果来选择参考星(即参考卫星)。

进一步地，根据多普勒观测值及上一时刻的载波相位导出当前时刻载波相位的预测值，利用如下公式来计算当前时刻载波相位的预测值：

其中，所述为当前时刻t对应的多普勒观测值，表示上一时刻对应的多普勒观测值，所述δt表示相邻的两个历元之间的时间差，所述表示上一时刻的载波相位增量。

计算预测值与观测值之间的差值判断时，表示载波相位没有周跳，否则表示大于门限值s，表示载波相位有周跳，则不使用有周跳的载波相位，表示对应的卫星不合格，其中，表示当前时刻t对应的载波相位增量，该门限值s可根据经验设置，其通常与卫星的仰角、接收机的动态、天线类型有关，优选地，本实施例中，s为0.25，所述t为大于0的自然数。

在本实施例中，选择未发生周跳的卫星，且选择仰角最大的一颗卫星作为参考星。

在本实施例的一个优选方案中，选择未发生周跳的且仰角最大、信噪比较高的，跟踪时间较长的，且频率较全的卫星。

需要说明的是，在所有卫星不能完全满足上述条件时，则选择与上述条件最接近的卫星作为参考星。

在本实施例的一个优选方案中，该步骤s3具体为：将每一合格卫星与所选择的参考星进行差分运算，获得对应的观测值，如图3所示，为本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s3的具体流程图，该步骤s3包括：

步骤s31，将每一合格卫星与所选择的参考星进行载波相位差分运算；

具体地，将当前的卫星(合格卫星)j进行载波相位单差运算，采用公式分别对卫星j及参考星i当前时刻t1的载波相位与上一时刻t0的载波相位作单差运算，其中，φt表示某一时刻t对应的载波相位，φt1表示当前时刻t1的载波相位，φt0表示上一时刻t0对应的载波相位；

对于卫星j：所述δφt1t0^j表示卫星j的单差运算结果；

对于参考星i：所述δφt1t0ⁱ表示参考星i的单差运算结果；

基于上述计算的单差结果，获得双差的载波相位：其中，所述表示双差载波相位；

步骤s32，将每一合格卫星与所选择的参考星进行伪距差分运算；

具体地，采用公式δρ^ij＝ρⁱ-ρ^j计算差分后的伪距观测值，其中，所述ρⁱ表示参考星i的伪距，所述ρ^j表示卫星j的伪距，所述δρ^ij表示参考星i与卫星j之间的伪距观测值；

需要说明的是，此处的卫星j是一个以上合格卫星中的任意一个(除去参考星)，本实施例中，每一个合格卫星的观测数据均需要采用同样的方式进行处理。

步骤s33，将每一合格卫星与所选择的参考星进行多普勒差分运算；

具体地，采用公式计算差分后的多普勒观测值的，其中，所述为参考星i的多普勒观测值，表示卫星j的多普勒观测值，表示参考星i与卫星j之间的多普勒观测值。

在本实施例的一个优选方案中，如图4所示，为本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s4的具体流程图，该步骤s4包括：

步骤s41，确定转换矩阵；

具体地，状态向量x＝[p1，v，p0]，包含了当前位置p1＝[x，y，z]，当前速度v＝[vx，vy，vz]，前一时刻位置p0＝[x0，y0，z0]。因而卡尔曼滤波的状态传播就必须不仅要支持基于随机游走的动态方程，并且在传播过程中状态向量中的p1需要转变成p0，即前一次更新之后的当前位置在传播以后变成了以前的位置。同时当前位置误差的传播需根据估计的速度来计算，基于此，状态转移矩阵φ具体为：其中，δt为相邻的两个历元之间的时间差。

步骤s42，基于转换矩阵进行参数传播；

具体地，该参数传播可包括状态相邻传播及协方差阵传播。

步骤s43，基于差分后的观测值计算闭合差，剔除异常观测值；

具体地，该闭合差即为观测值与预测值之间的差值，基于差分后的观测值分别计算多普勒闭合差及载波相位闭合差，以用于剔除异常的观测值。

步骤s44，计算卡尔曼增益；

具体地，采用公式kt＝pt(-)h^t(hpth^t+r1)^-1来计算卡尔曼增益，其中：所述kt为时间t对应的卡尔曼增益，所述pt是时间t对应的状态的协方差矩阵，所述h为测量值与状态之间线性关系矩阵，所述r1是观测噪声协方差矩阵，所述h^t表示所述h的转置矩阵，所述t为矩阵转置运算符号。

步骤s45，更新状态向量及协方差阵；

具体地，利用差分后的观测值来进行更新，该差分后的观测值包括差分后的多普勒观测值、差分后的载波相位观测值及差分后的伪距观测值。

本实施例中，获取观测数据，在定位端利用差分后的载波相位增量，多普勒和伪距直接对状态向量进行更新，无需考虑本地时钟偏差，可有效地减少伪距误差，提高定位精度。

在本实施例的一个优选方案中，如图5所示，为本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s42的具体流程图，该步骤s42包括：

步骤s421，基于转换矩阵进行状态向量的传播；

具体地，根据公式xt(-)＝φxt-1(+)来进行状态向量x的传播，其中，所述xt(-)表示状态向量已经传播但未在当前时刻更新，所述xt-1(+)表示状态向量在上一时刻已经更新，但未传播；

步骤s422，基于转换矩阵进行协方差阵的传播；

具体地，根据公式pt(-)＝φpt-1(+)φ^t+q来进行协方差阵p的传播，其中，所述pt(-)表示协方差阵已经传播但未在当前时刻更新，所述pt-1(+)表示协方差阵已经在上一时刻更新，但未在当前时刻传播，所述q表示处理噪声，其取值与卫星仰角、输入原始观测值的方差有关系，且决定于对某些观测值进行加权或者降权处理的需求。

在本实施例的一个优选方案中，如图6所示，为本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s43的具体流程图，该步骤s43包括：

步骤s431，基于差分后的观测值计算多普勒闭合差；

具体地，该多普勒闭合差即为多普勒观测值与预测值之间的差值；

步骤s432，基于差分后的观测值计算载波相位闭合差；

具体地，该载波相位闭合差即为载波相位观测值与预测值之间的差值；

本实施例中，计算多普勒闭合差及载波相位闭合差可用于剔除出现异常的观测值，例如，当闭合差超出预设值时，表示对应的观测值出现异常，然后可根据需要或者实际情况进行剔除，一定程度上提高定位精度。

需要说明的是，上述实施例中先计算多普勒闭合差后进行载波相位闭合差的计算，还可以是先计算载波相位闭合差，再进行多普勒闭合差的计算，还可以是同时计算载波相位闭合差及多普勒闭合差，此处对此顺序不作限制。

在本实施例的一个优选方案中，如图7所示，为本发明第一实施例提供的一种伪距定位平滑方法的步骤s45的具体流程图，该步骤s45包括：

步骤s451，基于多普勒更新状态向量及协方差阵；

具体地，利用进行差分运算后的多普勒观测值来进行状态向量的更新，根据公式hd^ij＝[0，0，0，δxⁱ/rⁱ-δx^j/r^j，δyⁱ/rⁱ-δy^j/r^j，δzⁱ/rⁱ-δz^j/r^j，-δxⁱ/rⁱ+δx^j/r^j，-δyⁱ/rⁱ+δy^j/r^j，-δzⁱ/rⁱ+δz^j/r^j]及公式来更新状态向量，且根据公式p(+)＝(i-kh)p(-)来进行协方差阵的更新，其中，所述xⁱ、yⁱ及zⁱ分别为参考星的坐标，x^j、y^j及z^j分别为卫星j的坐标，r表示定位终端到卫星的距离，rⁱ表示接收终端到参考星i的距离，r^j表示接收终端到卫星j的距离，所述h^ij表示卫星j与参考星i的观测值与状态之间线性关系矩阵，i为单位矩阵，所述hd^ij表示用多普勒观测值来进行状态向量更新时观测值与状态之间线性关系矩阵，所述x(+)表示伪距在当前时刻已更新，所述x(-)表示伪距已传播但未更新。

进一步地，上述δx^j＝x^j-xr，δy^j＝y^j-yr，δz^j＝z^j-zr，δxⁱ＝xⁱ-xr，δyⁱ＝yⁱ-yr，δzⁱ＝zⁱ-zr，所述xr，yr，zr分别代表接收机的坐标(x，y，z)，r^j＝((δx^j)²+(δy^j)²+(δz^j)²)^1/2，rⁱ＝((δxⁱ)²+(δyⁱ)²+(δzⁱ)²)^1/2。

步骤s452，基于载波相位更新状态向量及协方差阵；

具体地，根据公式hz^ij＝[δxⁱ/rⁱ-δx^j/r^j，δyⁱ/rⁱ-δy^j/r^j，δzⁱ/rⁱ-δz^j/r^j，0，0，0，-δxⁱ/rⁱ+δx^j/r^j，-δyⁱ/rⁱ+δy^j/r^j，-δzⁱ/rⁱ+δz^j/r^j]来进行状态向量的更新，其中，所述hz^ij表示基于载波相位来进行状态向量更新时观测值与状态之间线性关系矩阵；

进一步地，根据公式来更新状态向量，且根据上述公式p(+)＝(i-kh)p(-)来进行协方差阵的更新。

步骤s453，基于伪距更新状态向量及协方差阵。

具体地，根据公式hw^ij＝[δxⁱ/rⁱ-δx^j/r^j，δyⁱ/rⁱ-δy^j/r^j，δzⁱ/rⁱ-δz^j/r^j，-δxⁱ/rⁱ+δx^j/r^j，-δyⁱ/rⁱ+δy^j/r^j，-δzⁱ/rⁱ+δz^j/r^j，0，0，0]来更新状态向量，其中，所述hw^ij表示基于伪距来进行状态向量更新时观测值与状态之间线性关系矩阵。

进一步地，根据公式利用差分运算后的伪距观测值δρ^ij对状态向量进行更新。

需要说明的是，本实施例中，依次根据多普勒、载波相位增量及伪距来进行状态向量的更新，多普勒与速度、伪距与位置、载波相位增量与位置的变化(当前时刻与上一时刻的差)是直接关联的，这三种观测值在进行状态向量更新时赋予的权重是不同的，如果对绝对精度要求很高，且希望定位结果的平滑化，需要给伪距赋予较高权重，而如果需要高的相对精度，且保持短时间内误差一致性，则载波相位增量就需要赋予较高权重。

在本实施例中，获取观测数据，在定位端对伪距定位结果采用卡尔曼滤波进行平滑处理，无需考虑本地时钟偏差，可有效地减少伪距误差，提高定位精度。

其次，利用载波相位增量直接在定位滤波器中更新状态向量，只需要当前载波相位及前一历元的载波相位的相关数据，并且每个历元只需要任意4个卫星的载波相位数据即可改善定位精度，提高定位可靠性。

再者，在平滑过程中进行闭合差运算，可剔除有问题的观测值，可提高平滑效率，提高定位精度。

实施例二：

图8示出了本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的结构图，包括：获取模块1、与获取模块1连接的选择模块2、与选择模块2连接的差分处理模块3、与差分处理模块3连接的平滑模块4，其中：

获取模块1，用于获取卫星的观测数据；

具体地，获取每一跟踪的卫星的观测数据，例如可从跟踪通道读取每一卫星的观测数据，该观测数据包括观测值(例如多普勒伪距观测值、载波相位观测值)等，还可包括卫星的跟踪时间、时钟等，此处对此不作限制。

选择模块2，用于基于观测数据选择参考星；

具体地，根据所获取的观测数据来选择跟踪的一个卫星作为参考星。

差分处理模块3，用于基于所述观测值及所选择的参考星进行差分处理，获得差分后的观测值；

具体地，根据观测值及所选择的参考星来进行差分运算处理，获得差分运算结果，即差分数据，该差分后的观测值包括伪距、载波相位增量及多普勒参数等观测值。

平滑模块4，用于将差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果。

具体地，将差分后的观测值通过定位卡尔曼滤波器更新状态向量，获得平滑后的伪距定位结果，即可根据平滑后的伪距定位结果进行定位。

在本实施例的一个优选方案中，该系统还可包括：

与平滑模块4连接的输出模块，用于输出定位结果。

具体地，经过状态更新之后的状态向量得到基于所有观测值的优化估计，此时可输出定位结果。

本实施例中，获取观测数据，在定位端利用差分后的载波相位增量，多普勒和伪距直接对状态向量进行更新，无需考虑本地时钟偏差，可有效地减少伪距定位结果误差，提高定位精度。

在本实施例的一个优选方案中，如图9所示，是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的选择模块2的具体结构图，该选择模块2具体包括：检测单元21、与检测单元21连接的筛选单元22、与筛选单元22连接的选择单元23，其中：

检测单元21，用于检测观测值；

具体地，逐个分析所获取的每一卫星的观测值；

筛选单元22，用于基于预设标准剔除异常卫星，获得一个以上合格卫星；

具体地，在跟踪的卫星中，根据预设标准剔除异常卫星，留下合格的卫星，通常情况下，会跟踪多个卫星，该预设标准至少包括以下一种情况：星历不全、频率不全、被标注为不健康的卫星，还可以包括其他情况，此处对此不作限制。当某一卫星出现上述预设标准的情况时，表示该卫星异常，则需要剔除该异常卫星，留下合格的卫星，进一步地，删除异常卫星对应的观测数据，由于异常卫星的观测数据的价值较低，于是删除该观测数据，可减少负载，降低存储成本。需要说明的是，出现异常的卫星数量可以是0个、1个、2个或者多个，此处对此不作限制，而合格的卫星则为一个以上，具体数量根据实际情况而定，此处对此也不作限制。

选择单元23，用于基于周跳检测在获得一个以上合格卫星中选择参考星。

具体地，基于载波观测值进行周跳检测，获得检测结果，基于检测结果在所述获得一个以上合格卫星中选择一参考星；

在本实施例中，对每一合格的卫星逐一进行周跳检测，根据周跳检测结果来选择参考星(即参考卫星)。

进一步地，根据多普勒观测值及上一时刻的载波相位增量导出当前时刻载波相位增量的预测值，利用如下公式来计算当前时刻载波相位增量的预测值：

其中，所述为当前时刻t对应的多普勒观测值，表示上一时刻对应的多普勒观测值，所述δt表示相邻的两个历元之间的时间差，所述表示上一时刻的载波相位增量。

计算预测值与观测值之间的差值判断时，表示载波相位没有周跳，否则表示大于门限值s，表示载波相位有周跳，则不使用有周跳的载波相位，表示对应的卫星不合格，其中，表示当前时刻t对应的的载波相位增量，该门限值s可根据经验设置，其通常与卫星的仰角、接收机的动态、天线类型有关，优选地，本实施例中，s为0.25，所述t为大于0的自然数。

在本实施例中，选择未发生周跳的卫星，且选择仰角最大的一颗卫星作为参考星。

在本实施例的一个优选方案中，选择未发生周跳的且仰角最大、信噪比较高的，跟踪时间较长的，且频率较全的卫星。

需要说明的是，在所有卫星不能完全满足上述条件时，则选择与上述条件最接近的卫星作为参考星。

在本实施例的一个优选方案中，上述差分处理模块3具体用于将每一合格卫星与所选择的参考星进行差分运算，获得对应的观测值。如图10所示，是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的差分处理模块3的具体结构图，该差分处理模块3具体包括：载波相位差分单元31、与载波相位差分单元31连接的伪距差分单元32、与伪距差分单元32连接的多普勒差分单元33，其中：

载波相位差分单元31，用于将每一合格卫星与所选择的参考星进行载波相位差分运算；

具体地，将当前的卫星(合格卫星)j进行载波相位单差运算，采用公式

分别对卫星j及参考星i当前时刻t1的载波相位与上一时刻t0的载波相位作单差运算，其中，φt表示某一时刻t对应的载波相位，φt1表示当前时刻t1的载波相位，φt0表示上一时刻t0对应的载波相位；

对于卫星j：所述δφt1t0^j表示卫星j的单差运算结果；

对于参考星i：所述δφt1t0ⁱ表示参考星i的单差运算结果；

基于上述计算的单差结果，获得双差的载波相位：其中，所述表示双差载波相位；

伪距差分单元32，用于将每一合格卫星与所选择的参考星进行伪距差分运算；

具体地，采用公式δρ^ij＝ρⁱ-ρ^j计算差分后的伪距观测值，其中，所述ρⁱ表示参考星i的伪距，所述ρ^j表示卫星j的伪距，所述δρ^ij表示参考星i与卫星j之间的伪距观测值；

多普勒差分单元33，用于将每一合格卫星与所选择的参考星进行多普勒差分运算；

具体地，采用公式计算差分后的多普勒观测值，其中，所述为参考星i的多普勒观测值，表示卫星j的多普勒观测值，表示参考星i与卫星j之间的多普勒观测值。

需要说明的是，此处的卫星j是一个以上合格卫星中的任意一个(除去参考星)，本实施例中，每一个合格卫星的观测数据均需要采用同样的方式进行处理。

在本实施例的一个优选方案中，如图11所示，是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的平滑模块4的具体结构图，该平滑模块4具体包括：确定单元41、与确定单元41连接的传播单元42、与传播单元42连接的剔除单元43、与剔除单元43连接的增益计算单元44、与增益计算单元44连接的更新单元45，其中：

确定单元41，用于确定转换矩阵；

具体地，状态向量x＝[p1，v，p0]，包含了当前位置p1＝[x，y，z]，当前速度v＝[vx，vy，vz]，前一时刻位置p0＝[x，y，z]。因而卡尔曼滤波的状态传播就必须不仅要支持基于随机游走的动态方程，并且在传播过程中状态向量中的p1需要转变成p0，即前一次更新之后的当前位置在传播以后变成了以前的位置。同时当前位置误差的传播需根据估计的速度来计算，基于此，状态转移矩阵φ具体为：

其中，δt为相邻的两个历元之间的时间差。

传播单元42，用于基于转换矩阵进行参数传播；

具体地，该参数传播可包括状态相邻传播及协方差阵传播。

剔除单元43，用于基于差分后的观测值计算闭合差，剔除异常观测值；

具体地，该闭合差即为观测值与预测值之间的差值，基于差分后的观测值分别计算多普勒闭合差及载波相位闭合差，以用于剔除异常的观测值。

增益计算单元44，用于计算卡尔曼增益；

具体地，采用公式kt＝pt(-)h^t(hpth^t+r1)^-1来计算卡尔曼增益，其中：所述kt为时间t对应的卡尔曼增益，所述pt是时间t对应的状态的协方差矩阵，所述h为测量值与状态之间线性关系矩阵，所述r1是观测噪声协方差矩阵，所述h^t表示所述h的转置矩阵，所述t为矩阵转置运算符号。

更新单元45，用于更新状态向量及协方差阵；

具体地，利用差分后的观测值来进行更新，该差分后的观测值包括差分后的多普勒观测值、差分后的载波相位观测值及差分后的伪距观测值。

在本实施例的一个优选方案中，如图12所示，是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的传播单元42的具体结构图，该传播单元42具体包括：状态向量传播子单元421、与状态向量传播子单元421连接的协方差阵传播子单元422，其中：

状态向量传播子单元421，用于基于转换矩阵进行状态向量的传播；

具体地，根据公式xt(-)＝φxt-1(+)来进行状态向量x的传播，其中，所述xt(-)表示状态向量已经传播但未在当前时刻更新，所述xt-1(+)表示状态向量在上一时刻已经更新，但未传播；

协方差阵传播子单元422，用于基于转换矩阵进行协方差阵的传播；

具体地，根据公式pt(-)＝φpt-1(+)φ^t+q来进行协方差阵p的传播，其中，所述pt(-)表示协方差阵已经传播但未在当前时刻更新，所述pt-1(+)表示协方差阵已经在上一时刻更新，但未在当前时刻传播，所述q表示处理噪声，其取值与卫星仰角、输入原始观测值的方差有关系，且决定于对某些观测值进行加权或者降权处理的需求。

在本实施例的一个优选方案中，如图13所示，是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的剔除单元43的具体结构图，该剔除单元43具体包括：多普勒闭合差计算子单元431、与多普勒闭合差计算子单元431连接的载波相位闭合差计算子单元432，其中：

多普勒闭合差计算子单元431，用于基于差分后的观测值计算多普勒闭合差；

具体地，该多普勒闭合差即为多普勒观测值与预测值之间的差值；

载波相位闭合差计算子单元432，用于基于差分后的观测值计算载波相位闭合差；

具体地，该载波相位闭合差即为载波相位观测值与预测值之间的差值；

本实施例中，计算多普勒闭合差及载波相位闭合差可用于剔除出现异常的观测值，例如，当闭合差超出预设值时，表示对应的观测值出现异常，然后可根据需要或者实际情况进行剔除，一定程度上提高定位精度。

在本实施例的一个优选方案中，如图14所示，是本发明第二实施例提供的一种伪距定位平滑系统的更新单元45的具体结构图，该更新单元45具体包括：多普勒更新子单元451、与多普勒更新子单元451连接的载波相位更新子单元452、与载波相位更新子单元452连接的伪距更新子单元453，其中：

多普勒更新子单元451，用于基于多普勒更新状态向量及协方差阵；

具体地，利用进行差分运算后的多普勒观测值来进行状态向量的更新，根据公式hd^ij＝[0，0，0，δxⁱ/rⁱ-δx^j/r^j，δyⁱ/rⁱ-δy^j/r^j，δzⁱ/rⁱ-δz^j/r^j，-δxⁱ/rⁱ+δx^j/r^j，-δyⁱ/rⁱ+δy^j/r^j，-δzⁱ/rⁱ+δz^j/r^j]及公式来更新状态向量，且根据公式p(+)＝(i-kh)p(-)来进行协方差阵的更新，其中，所述xⁱ、yⁱ及zⁱ分别为参考星的坐标，xj、yj及zj分别为卫星j的坐标，r表示定位终端到卫星的距离，rⁱ表示接收终端到参考星i的距离，r^j表示接收终端到卫星j的距离，所述h^ij表示卫星j与参考星i的观测值与状态之间线性关系矩阵，i为单位矩阵，所述hd^ij表示用多普勒观测值来进行状态向量更新时观测值与状态之间线性关系矩阵，所述x(+)表示伪距在当前时刻已更新，所述x(-)表示伪距已传播但未更新。

进一步地，上述δx^j＝x^j-xr，δy^j＝y^j-yr，δz^j＝z^j-zr，δxⁱ＝xⁱ-xr，δyⁱ＝yⁱ-yr，δzⁱ＝zⁱ-zr，所述xr，yr，zr分别代表接收机的坐标(x，y，z)，r^j＝((δx^j)²+(δy^j)²+(δz^j)²)^1/2，rⁱ＝((δxⁱ)²+(δyⁱ)²+(δzⁱ)²)^1/2。载波相位更新子单元452，用于基于载波相位更新状态向量及协方差阵；

具体地，根据公式hz^ij＝[δxⁱ/rⁱ-δx^j/r^j，δyⁱ/rⁱ-δy^j/r^j，δzⁱ/rⁱ-δz^j/r^j，0，0，0，-δxⁱ/rⁱ+δx^j/r^j，-δyⁱ/rⁱ+δy^j/r^j，-δzⁱ/rⁱ+δz^j/r^j]来进行状态向量的更新，其中，所述hz^ij表示基于载波相位来进行状态向量更新时观测值与状态之间线性关系矩阵；

进一步地，根据上述公式来更新状态向量，且根据上述公式p(+)＝(i-kh)p(-)来进行协方差阵的更新。伪距更新子单元453，用于基于伪距更新状态向量及协方差阵。

具体地，根据公式hw^ij＝[δxⁱ/rⁱ-δx^j/r^j，δyⁱ/rⁱ-δy^j/r^j，δzⁱ/rⁱ-δz^j/r^j，-δxⁱ/rⁱ+δx^j/r^j，-δyⁱ/rⁱ+δy^j/r^j，-δzⁱ/rⁱ+δz^j/r^j，0，0，0]来更新状态向量，其中，所述hw^ij表示基于伪距更新时观测值与状态之间线性关系矩阵。

进一步地，根据公式x(+)＝x(-)+k[δρ^ij-hw^ijx(-)」利用差分运算后的伪距观测值δρ^ij进行更新。

需要说明的是，本实施例中，依次根据多普勒、载波相位增量及伪距来进行状态向量的更新，多普勒与速度、伪距与位置、载波相位增量与位置的变化(当前时刻与上一时刻的差)是直接关联的，这三种观测值在进行状态向量更新时赋予的权重是不同的，如果对绝对精度要求很高，且希望定位结果的平滑化，需要给伪距赋予较高权重，而如果需要高的相对精度，且保持短时间内误差一致性，则载波相位增量就需要赋予较高权重。

在本实施例中，获取观测数据，在定位端用差分后的载波相位增量，多普勒和伪距直接对状态向量进行更新，无需考虑本地时钟偏差，可有效地减少伪距误差，提高定位精度。

其次，利用载波相位增量直接在定位滤波器中更新状态向量，只需要当前载波相位及前一历元的载波相位的相关数据，并且每个历元只需要任意4个卫星的载波相位数据即可改善定位精度，提高定位可靠性。

再者，在平滑过程中进行闭合差运算，可剔除有问题的观测值，可提高平滑效率，提高定位精度。

本发明还提出一种定位终端，该服务终端包括上述实施例所述的伪距定位平滑系统，该伪距定位平滑系统的具体结构及工作原理与上述实施例的描述基本一致，具体可参考上述实施例的描述，此处不再赘述。

本发明中，获取观测数据，在定位端利用差分后的载波相位增量，多普勒和伪距直接对状态向量进行更新，无需考虑本地时钟偏差，可有效地减少伪距定位结果误差，提高定位精度。

其次，利用载波相位增量直接在定位滤波器中更新状态向量，只需要当前载波相位及前一历元的载波相位的相关数据，并且每个历元只需要任意4个卫星的载波相位数据即可改善定位精度，提高定位可靠性。

再者，在平滑过程中进行闭合差运算，可剔除有问题的观测值，可提高平滑效率，提高定位精度。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。

专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。