一种导航系统的周跳处理方法和装置与流程

1.本发明涉及导航技术领域，特别是涉及一种导航系统的周跳处理方法和一种导航系统的周跳处理装置。


背景技术：

2.全球导航卫星系统(gnss，global navigation satellite system)是精密导航定位与位置服务领域不可或缺的重要技术手段，现已广泛应用于社会发展、经济建设等相关领域。在gnss定位过程中，常用的周跳探测与修复方法，主要有多项式拟合法、高次差分法、电离层残差法和伪距相位组合探测法等。其中，多项式拟合法数据窗口较长，对于小周跳探测不明显；高次差法能够使得周跳被放大，但仅适用于静态定位；电离层残差法无法探测一些特定比例的周跳，同时仅适用于双频或多频观测值；伪距相位组合法同样仅适用于双频或多频观测值，且受限于伪距的观测噪声，难以实现对小周跳的有效探测。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种导航系统的周跳处理方法和相应的一种导航系统的周跳处理装置。
4.本发明实施例公开了一种导航系统的周跳处理方法，所述方法包括：
5.获取历元观测值，根据所述历元观测值构建三差观测方程；
6.根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；所述预设接收机运动轨迹基于历史历元的坐标值确定；
7.根据所述三差观测方程与所述轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复。
8.可选地，所述历元观测值包括各个历元的双差观测值；所述获取历元观测值，根据所述历元观测值构建三差观测方程，包括：
9.基于所述历元的双差观测值构建针对单个历元的双差观测方程；
10.通过所述单个历元的双差观测方程，得到针对历元间的三差观测方程。
11.可选地，所述双差观测值包括双差伪距观测值和双差相位观测值，所述基于所述历元的双差观测值构建针对单个历元的双差观测方程，包括：
12.分别提取各个历元的在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值；
13.采用所述各个历元在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值，分别确定针对单个历元的双差伪距观测值和双差相位观测值；
14.采用所述双差伪距观测值和双差相位观测值，构建针对单个历元的双差观测方程。
15.可选地，所述通过所述单个历元的双差观测方程，得到针对历元间的三差观测方程，包括：
16.获取针对当前历元所构建的双差观测方程，以及相对于当前历元的前一个历元所构建的双差观测方程；
17.对针对所述当前历元的双差观测方程和所述前一个历元的双差观测方程进行求差，得到针对历元间的三差观测方程。
18.可选地，还包括：
19.对所述针对历元间的三差观测方程进行线性化，以使在出现周跳时所述周跳在观测值残差中存在。
20.可选地，所述根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程，包括：
21.提取历史历元中预设数量历元的坐标值参数，基于预设三角函数多项式拟合所述预设数量历元的坐标值参数得到坐标拟合方程；
22.根据所述坐标拟合方程构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程。
23.可选地，所述根据所述坐标拟合方程构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程，包括：
24.分别获取前后历元的坐标拟合方程，对所述前后历元的坐标拟合方程进行差分，得到坐标差拟合方程；
25.从所述坐标差拟合方程提取拟合参数估计值和协方差矩阵，采用所述拟合参数估计值和所述协方差矩阵，确定针对连续预设数量历元坐标参数三角函数拟合模型的矩阵表达式；
26.通过对所述矩阵表达式进行最小二乘解得到三角函数拟合系数后，采用所述三角函数拟合系数以及所述拟合参数估计值构建当前历元坐标差参数的轨迹约束方程。
27.可选地，所述根据所述三差观测方程与所述轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复，包括：
28.联合线性化后的三差观测方程与所述轨迹约束方程，得到联合方程的初始权矩阵；
29.采用等价权对所述初始权矩阵进行抗差最小二乘估计，得到前后两次坐标差改正数；
30.若前后两次坐标差改正数的差值超过预设坐标限差阈值，则不断采用等价权对所述初始权矩阵进行抗差最小二乘估计，直至计算前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值为止；
31.在所述前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值时，获取相位观测值的残差，若相位观测值的残差超过预设残差阈值，则表示此观测值存在周跳，且通过四舍五入对所述相位观测值进行取整以输出整数周跳值。
32.本发明实施例还公开了一种导航系统的周跳处理装置，所述装置包括：
33.三差观测方程构建模块，用于获取历元观测值，根据所述历元观测值构建三差观测方程；
34.轨迹约束方程构建模块，用于根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；所述预设接收机运动轨迹基于历史历元的坐标值确定；
35.周跳处理模块，用于根据所述三差观测方程与所述轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复。
36.可选地，所述历元观测值包括各个历元的双差观测值；所述三差观测方程构建模
块包括：
37.双差观测方程构建子模块，用于基于所述历元的双差观测值构建针对单个历元的双差观测方程；
38.三差观测方程构建子模块，用于通过所述单个历元的双差观测方程，得到针对历元间的三差观测方程。
39.可选地，所述双差观测值包括双差伪距观测值和双差相位观测值，所述双差观测方程构建子模块包括：
40.观测值提取单元，用于分别提取各个历元的在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值；
41.双差观测值确定单元，用于采用所述各个历元在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值，分别确定针对单个历元的双差伪距观测值和双差相位观测值；
42.双差观测方程构建单元，用于采用所述双差伪距观测值和双差相位观测值，构建针对单个历元的双差观测方程。
43.可选地，所述三差观测方程构建子模块包括：
44.双差观测方程获取单元，用于获取针对当前历元所构建的双差观测方程，以及相对于当前历元的前一个历元所构建的双差观测方程；
45.三差观测方程构建单元，用于对针对所述当前历元的双差观测方程和所述前一个历元的双差观测方程进行求差，得到针对历元间的三差观测方程。
46.可选地，所述三差观测方程构建模块还包括：
47.线性化子模块，用于对所述针对历元间的三差观测方程进行线性化，以使在出现周跳时所述周跳在观测值残差中存在。
48.可选地，所述轨迹约束方程构建模块包括：
49.坐标拟合子模块，用于提取历史历元中预设数量历元的坐标值参数，基于预设三角函数多项式拟合所述预设数量历元的坐标值参数得到坐标拟合方程；
50.轨迹约束方程构建子模块，用于根据所述坐标拟合方程构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程。
51.可选地，所述轨迹约束方程构建子模块包括：
52.坐标拟合差分单元，用于分别获取前后历元的坐标拟合方程，对所述前后历元的坐标拟合方程进行差分，得到坐标差拟合方程；
53.矩阵确定单元，用于从所述坐标差拟合方程提取拟合参数估计值和协方差矩阵，采用所述拟合参数估计值和所述协方差矩阵，确定针对连续预设数量历元坐标参数三角函数拟合模型的矩阵表达式；
54.轨迹约束方程构建单元，用于通过对所述矩阵表达式进行最小二乘解得到三角函数拟合系数后，采用所述三角函数拟合系数以及所述拟合参数估计值构建当前历元坐标差参数的轨迹约束方程。
55.可选地，所述周跳处理模块包括：
56.方程联合子模块，用于联合线性化后的三差观测方程与所述轨迹约束方程，得到联合方程的初始权矩阵；
57.坐标差改正数获取子模块，用于采用等价权对所述初始权矩阵进行抗差最小二乘
估计，得到前后两次坐标差改正数；
58.周跳探测子模块，用于在前后两次坐标差改正数的差值超过预设坐标限差阈值时，不断采用等价权对所述初始权矩阵进行抗差最小二乘估计，直至计算前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值为止；
59.周跳修复子模块，用于在所述前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值时，获取相位观测值的残差，若相位观测值的残差超过预设残差阈值，则表示此观测值存在周跳，且通过四舍五入对所述相位观测值进行取整以输出整数周跳值。
60.本发明实施例还公开了一种导航芯片，包括：
61.处理器；
62.存储处理器可执行的存储器；
63.其中，所述处理器耦合于所述存储器，用于读取所述存储器存储的程序指令，并作为响应，执行如下操作：
64.获取历元观测值，根据所述历元观测值构建三差观测方程；
65.根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；所述预设接收机运动轨迹基于历史历元的坐标值确定；
66.根据所述三差观测方程与所述轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复。
67.本发明实施例还公开了一种导航模组，包括：
68.处理器；
69.存储处理器可执行的存储器；
70.其中，所述处理器耦合于所述存储器，用于读取所述存储器存储的程序指令，并作为响应，执行如下操作：
71.获取历元观测值，根据所述历元观测值构建三差观测方程；
72.根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；所述预设接收机运动轨迹基于历史历元的坐标值确定；
73.根据所述三差观测方程与所述轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复。
74.本发明实施例还公开了一种导航设备，包括：
75.处理器；
76.存储处理器可执行的存储器；
77.其中，所述处理器耦合于所述存储器，用于读取所述存储器存储的程序指令，并作为响应，执行如下操作：
78.获取历元观测值，根据所述历元观测值构建三差观测方程；
79.根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；所述预设接收机运动轨迹基于历史历元的坐标值确定；
80.根据所述三差观测方程与所述轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复。
81.本发明实施例还公开了一种交通工具，包括：所述导航系统的周跳处理装置、处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现任一项所述导航系统的周跳处理方法的步骤。
82.本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述导航系统的周跳处理方法
的步骤。
83.本发明实施例包括以下优点：
84.本发明实施例中，通过所获取的历元观测值构建三差观测方程，以及根据基于历史历元的坐标值确定的接收机运动轨迹，构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程，以根据所构建的三差观测方程和轨迹约束方程，对导航系统的周跳进行探测与修复。通过采用接收机运动轨迹构建历元间坐标差参数的约束方程，并结合gnss三差观测方程，将双差观测值周跳作为粗差，并采用抗差最小二乘估计方法实现对周跳的探测与修复，广泛适用于各种单频/双频/多频的gnss动态定位场景。
附图说明
85.图1是本发明的一种导航系统的周跳处理方法实施例的步骤流程图；
86.图2是本发明的另一种导航系统的周跳处理方法实施例的步骤流程图；
87.图3是本发明实施例中提供的周跳处理的实施过程图；
88.图4是本发明的一种导航系统的周跳处理装置实施例的结构框图。
具体实施方式
89.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
90.在gnss定位过程中，gnss通过某特定的载波相位观测值确定，如果在观测过程中接收机保持对卫星数据的连续跟踪，则在用于确定观测值公式中的整周模糊度将保持不变，整周计数也将保持连续，但当由于某种原因使接收机无法保持对卫星信号的连续跟踪时，在卫星信号重新被锁定后，整周模糊度将发生变化，而整周计数也不会与前面的值保持连续，这一现象成为整周跳变，简称周跳。
91.常用的周跳探测与修复方法，主要有多项式拟合法、高次差分法、电离层残差法和伪距相位组合探测法等。其中，a)多项式拟合法主要是利用前后历元观测值的平滑性，采用多个历元观测值进行拟合以探测周跳，缺点是数据窗口较长，对于小周跳探测不明显；b)高次差法主要是在历元之间对观测值进行求差，以通过多次求差使得周跳被放大，缺点是仅适合静态定位；c)电离层残差法主要是利用历元间电离层变化量较小的特性来探测周跳，但其无法探测一些特定比例的周跳，且仅适用于双频或多频观测值；d)伪距相位组合法同样也仅适用于双频或多频观测值，同时该方法受限于伪距的观测噪声，在动态定位中，观测条件较为恶劣，伪距多路径误差较大，难以实现对小周跳的有效探测。
92.在gnss动态定位过程中，接收机运动较为复杂，观测数据质量较差，观测数据噪声较大，同时存在不同种类的单频/双频/三频观测值，基于上述现有周跳探测与修复方法的局限性，本发明实施例结合gnss动态定位的特定，提出适用于单/双/多频观测值的周跳探测与修复方法，该方法主要是采用接收机运动轨迹构建历元间坐标差参数的约束方程，并结合gnss三差观测方程，以提高gnss三差观测方程的几何强度，其中可将双差观测值周跳作为粗差，采用抗差最小二乘估计方法提高对周跳的估计和识别能力，实现对周跳的探测与修复，广泛适用于各种动态定位场景。
93.参照图1，示出了本发明的一种导航系统的周跳处理方法实施例的步骤流程图，具
体可以包括如下步骤：
94.步骤101，获取历元观测值，根据历元观测值构建三差观测方程；
95.在gnss定位过程中，当由于某种原因使接收机无法保持对卫星信号的连续跟踪时，观测值的整周计数无法与前面的值保持连续，此观测值将会出现周跳现象。
96.其中，产生周跳的原因可以包括例如障碍物对卫星信号的遮挡，由于电离层条件、多路径效应、接收机的高动态和卫星低高度角等产生的低信噪比，接收机处理软件的问题，卫星振荡器出现故障等。基于所导致出现周跳现象的原因不同，其所影响到导航系统观测值的干扰项或数据也不同，为了减少计算中未知数的个数，通常可以将非差相位观测值作为某些线性组合，以消除不必要的参数，此时可以将所获取的历元观测值作为属于线性组合的三差相位观测。
97.具体的，对于不同的历元，可由双差观测组成三差观测。双差观测主要是在接收机和卫星间求二次差，此时可以在双差观测的基础上继续求差，在卫星、接收机和历元间求三次差，实现三差观测方程的构建。
98.步骤102，根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；
99.为了实现周跳估计和识别的高精度，此时可通过构建轨迹约束方程，以增强三差观测方程的强度实现。
100.其中，现有的多项式拟合探测方法需要多个历元的观测值拟合数据窗口较长，不利于进行gnss实时动态定位，同时拟合模型的精度严重依赖于拟合阶数和观测数据窗口长度，而拟合阶数和数据窗口长度的设定具有主观随意性，无法根据实际观测数据质量进行自适应调整，无法达到较高的拟合精度，此时所构建的轨迹约束方程的抗差最小二乘的探测方式具有严密的理论推导，且可通过轨迹约束方程增强三差观测方程的强度，有利于获得高精度的周跳估计和识别信息。
101.在实际应用中，接收机的运动轨迹主要可通过历史各个历元的坐标值确定，此时具体可通过各个历元的坐标值，构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程，以通过附加的轨迹约束方程增强三差观测方程的强度。
102.步骤103，根据三差观测方程与轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复。
103.现有的高次差周跳探测方法在观测值之间求高次差，严重忽略了gnss动态定位的轨迹变化，仅适用于静态定位的场景，此时可在历元间三差观测方程的基础上构建轨迹约束方程，采用轨迹约束提高传统三差观测方程的强度，以采用具有严密理论推导的轨迹约束的抗差最小二乘进行周跳的探测，适用于静态定位和动态定位的所有场景，在本发明的一种实施例中，此时可在所构建的三差观测方程的基础上，联合所构建的轨迹约束方程，提高周跳探测在动态场景下的适用性。
104.本发明实施例中，通过所获取的历元观测值构建三差观测方程，以及根据基于历史历元的坐标值确定的接收机运动轨迹，构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程，以根据所构建的三差观测方程和轨迹约束方程，对导航系统的周跳进行探测与修复。通过采用接收机运动轨迹构建历元间坐标差参数的约束方程，并结合gnss三差观测方程，将双差观测值周跳作为粗差，并采用抗差最小二乘估计方法实现对周跳的探测与修复，广泛适用于各种单频/双频/多频的gnss动态定位场景。
105.参照图2，示出了本发明的另一种导航系统的周跳处理方法实施例的步骤流程图，
具体可以包括如下步骤：
106.步骤201，基于历元的双差观测值构建针对单个历元的双差观测方程；
107.在本发明实施例中，在出现周跳现象的情况下，基于所导致出现周跳现象的原因不同，其所影响到导航系统观测值的干扰项或数据也不同，为了消除不必要的参数，此时可将所获取的历元观测值作为属于线性组合的三差相位观测，即根据所获取的历元观测值构建三差观测方程。
108.具体的，对于不同历元，可由双差观测组成三差观测。双差观测主要是在接收机和卫星间求二次差，此时可以在双差观测的基础上继续求差，在卫星、接收机和历元间求三次差，实现三差观测方程的构建。
109.在本发明的一种实施例中，在构建双差观测方程时，所获取的历元观测值可以包括各个历元的双差观测值，即可基于历元的双差观测值构建针对单个历元的双差观测方程。
110.其中，现有伪距相位组合法同样需要使用双频或三频观测值，同时该方法的性能与伪距观测值的观测噪声相关，由于动态定位的观测环境较为复杂，伪距多路径误差较大，该方法很难探测到较小周跳，此时可采用伪距观测值实施降权处理，以探测较小周跳，在本发明实施例中，各个历元的双差观测值可以包括双差伪距观测值和双差相位观测值，即此时可分别提取各个历元的在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值，采用各个历元在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值，分别确定针对单个历元的双差伪距观测值和双差相位观测值，然后采用双差伪距观测值和双差相位观测值，构建针对单个历元的双差观测方程。
111.在实际应用中，双差相位观测是在gps站间单差的基础上进一步消除与接收机有关的载波相位及其钟差项，在卫星定位中，两站对两颗卫星所作的单差相位观测值之差可称为双差观测，此时所提取单个历元的伪距观测值和相位观测值，所构建的双差观测方程可以如下所示：
[0112][0113]
式中，可以是双差算子，上标j,k为卫星编号，下标1,2为接收机编号。示例性地，如果两个接收机1,2在相同时刻(即相同历元)观测卫星j，k，则可构建针对伪距观测值和相位观测值的两个方程，并对该两个方程相减得到，包含双差伪距观测值和双差相位观测值的双差观测方程，其中，可以为双差伪距观测值，可以为双差相位观测值，λ可以为相位对应的波长信息，可以为双差卫地距，；和可以分别为双差对流层延迟和双差电离层延迟误差，可以为整数双差模糊度，和可以分别为伪距和相位观测值未建模残余误差。
[0114]
步骤202，通过单个历元的双差观测方程，得到针对历元间的三差观测方程；
[0115]
在构建得到双差观测方程后，可在双差观测的基础上继续求差，在卫星、接收机和历元间求三次差，实现三差观测方程的构建。
[0116]
具体的，参照图3，示出了本发明实施例中提供的周跳处理的实施过程图，可提取
前1个历元的双差观测值和提取当前历元的双差观测值，获取针对当前历元所构建的双差观测方程，以及相对于当前历元的前一个历元所构建的双差观测方程，并对针对当前历元的双差观测方程和前一个历元的双差观测方程进行求差，得到针对历元间的三差观测方程。
[0117]
在实际应用中，可对步骤201中所构建的双差观测方程在前后历元之间求差，可得到gnss三差观测方程如下：
[0118][0119]
式中，δ(*)可以为历元之间差分算子，在动态定位中，三差对流层延迟和电离层延迟误差变化很小，可忽略不计；可以为当前历元对于上历元发生的周跳值，若没有发生周跳，则该项等于0。可以为当前历元对于上历元的伪距观测差值，可以为当前历元对于上历元的卫地距离差，可以为当前历元对于上历元的对流层延迟差，可以为当前历元对于上历元的电离层延迟差，可以为当前历元对于上历元的相位观测差值。
[0120]
在一种优选的实施例中，在构建得到针对历元间的三差观测方程后，可三差观测方程进行线性化，以使在出现周跳时周跳能够在观测值残差中存在。
[0121]
具体的，将前述所得到的三差观测方程进行线性化，所得到的矩阵表达式可以为：
[0122]
v＝adx-l,p
[0123]
式中，a可以为伪距和相位观测值对应的接收机到卫星的三个双差方向余弦矩阵，dx可以为前后历元的坐标差改正数向量，l可以为伪距和相位观测值常数项，v可以为观测值残差向量，p可以为伪距和相位观测值的权矩阵，此时可采用高度角相关模型计算观测值权。
[0124]
需要说明的是，在上述方程的待估计参数只有前后历元坐标差参数，如果观测值存在周跳值，将会以粗差的形式出现在观测值残差中。同时为了避免周跳值对平差系统的干扰，一般可以采用抗差最小二乘估计法迭代求解。
[0125]
步骤203，基于历元的坐标拟合方程构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；
[0126]
在本发明的一种实施例中，为了实现周跳估计和识别的高精度，此时可通过构建轨迹约束方程，以增强三差观测方程的强度实现。
[0127]
具体的，可以提取历史历元中预设数量历元的坐标值参数，基于预设三角函数多项式拟合预设数量历元的坐标值参数得到坐标拟合方程，然后根据坐标拟合方程构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程。
[0128]
在实际应用中，可提取过去n个历元的坐标参数，构建接收机轨迹约束方程。在gnss动态定位中，载体的轨迹是连续且平滑的，特别是在高采样率的情况下，前后历元坐标变化较为连续均匀，可以用三角函数多项式进行拟合。三角函数拟合相比多项式拟合的优势在于数据窗口较短，拟合精度较高。再通过拟合参数可递推下一个历元的坐标差变化，由此构建前后历元坐标差参数的轨迹约束方程。轨迹约束方程联合gnss三差观测方程，可进一步提高估计模型的强度，改进前后历元坐标差参数和周跳的估计精度。
[0129]
示例性地，假设当前历元为n+1，对过去n个历元的接收机坐标值进行三角函数拟合，拟合方程如下：
[0130]ri
＝a0+sin wtia1+cos wtib1+
…
+sin mwt
iam
+cos mwt
ibm
[0131]
式中，ri可以为历元i(i＝1,2,...,n)对应的接收机坐标值；w＝2π/t；t为地球自转周期；m为拟合阶数，一般设置为1阶；a0,a1,b1,...,am,bm为待估拟合参数。
[0132]
此时可分别获取前后历元的坐标拟合方程，对前后历元的坐标拟合方程进行差分，得到坐标差拟合方程，然后从坐标差拟合方程提取拟合参数估计值和协方差矩阵，采用拟合参数估计值和所述协方差矩阵，确定针对连续预设数量历元坐标参数三角函数拟合模型的矩阵表达式；通过对矩阵表达式进行最小二乘解得到三角函数拟合系数后，采用三角函数拟合系数以及拟合参数估计值构建当前历元坐标差参数的轨迹约束方程。
[0133]
示例性地，在通过历元间单差构建坐标差拟合模型时，所构建的坐标差拟合模型可实现基于拟合参数递推得到下一个历元的坐标差变化，主要是在可以将前后历元坐标拟合方程间做一次差分，得到坐标差拟合方程为：
[0134]ri+1-ri＝(sin wt
i+1-sin wti)a1+(cos wt
i+1-cos wti)b1+
…
+(sin mwt
i+1-sin mwti)am+(cos mwt
i+1-cos mwti)bm[0135]
式中，i＝1,2,...,n-1可以为历元编号；a0,a1,b1,...,am,bm可以为待估拟合参数，即为拟合参数估计值。
[0136]
连续n个历元坐标参数三角函数拟合模型的矩阵表达形式为：
[0137]
l＝ka
[0138]
式中，l为历元之间接收机的坐标差向量；k为拟合系数矩阵；a为待估拟合系数向量。
[0139]
当历元数n》2m+1时，拟合参数的最小二乘解为
[0140][0141]
当三角函数拟合系数确定后，可构建当前历元坐标差参数的轨迹约束方程为：
[0142][0143]
式中，k
n+1
为当前历元与前历元的三角函数拟合系数矩阵，构建方法可参考坐标差拟合方程，在此不加以赘述；其中，可以为前n个历元拟合参数估计值，dx可以为当前历元的坐标差改正数。
[0144]
步骤204，联合线性化后的三差观测方程与轨迹约束方程，基于坐标差改正数的差值与相位观测值的残差，对周跳进行探测与修复。
[0145]
在本发明的一种实施例中，此时可在所构建的三差观测方程的基础上，联合所构建的轨迹约束方程，提高周跳探测在动态场景下的适用性。具体的，可联合三差观测方程和轨迹约束方程，采用抗差最小二乘估计法计算坐标差参数，并对相位观测值改正数进行周跳识别。
[0146]
在实际应用中，可联合线性化后的三差观测方程与轨迹约束方程，得到联合方程的初始权矩阵，然后采用等价权对所述初始权矩阵进行抗差最小二乘估计，得到前后两次坐标差改正数，在前后两次坐标差改正数的差值符合要求的情况下，可通过相位观测值的
残差对周跳进行探测与修复。
[0147]
其中，若前后两次坐标差改正数的差值超过预设坐标限差阈值，则不断采用等价权对初始权矩阵进行抗差最小二乘估计，直至计算前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值为止；在前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值时，获取相位观测值的残差，若相位观测值的残差超过预设残差阈值，则表示此观测值存在周跳，且通过四舍五入对相位观测值进行取整以输出整数周跳值，完成对周跳的探测与修复。
[0148]
示例性地，联合线性化后的三差观测方程与轨迹约束方程，忽略矩阵上下标可得到：
[0149][0150]
式中，p
′
为联合方程的初始权矩阵。
[0151]
在本示例中，假如当前历元不存在周跳，上述平差系统的验后中误差和观测值改正数均较小；如果存在周跳，必将导致验后中误差和观测值改正数出现异常。为更有效地识别周跳，采用抗差最小二乘估计法进行迭代处理。
[0152]
等价权函数的构建公式如下：
[0153][0154]
式中，为标准化残差；c0和c1为参数，一般取1.0和3.0。
[0155]
在本示例中，采用等价权进行抗差最小二乘估计，直至前后两次坐标差改正数的差值符合限差要求为止，坐标限差设置为5cm。此时可获得相位观测值的残差，当相位残差大于10cm时，判定该观测值存在周跳，通过四舍五入取整法可以输出整数周跳值。
[0156]
本发明实施例中，现有的电离层残差法需要使用双频或三频观测值，该方法无法探测特定比例的周跳值，需要结合其它方法联合使用，而本发明实施例的轨迹约束的抗差最小二乘周跳探测方法无论单频观测值，还是双频/三频观测值均可采用，具有更为广泛的适用性，特定比例的周跳信息不会影响该方法的探测性能；现有伪距相位组合法同样需要使用双频或三频观测值，同时该方法的性能与伪距观测值的观测噪声相关，由于动态定位的观测环境较为复杂，伪距多路径误差较大，该方法很难探测到较小周跳，而本发明实施例的轨迹约束的抗差最小二乘周跳探测方法采用的伪距观测值实施了降权处理，仅提供平差系统基准，伪距多路径误差均会被伪距残差吸收，不会显著影响周跳的估计和识别。本发明实施例通过结合gnss动态定位的特点，且基于严密的理论模型和估计方法，可实现对gnss动态定位周跳的有效探测和修复，具体可通过采用接收机运动轨迹构建历元间坐标差参数的约束方程，并结合gnss三差观测方程，将双差观测值周跳作为粗差，并采用抗差最小二乘估计方法实现对周跳的探测与修复，广泛适用于各种单频/双频/多频的gnss动态定位场景
[0157]
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依
据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
[0158]
参照图4，示出了本发明的一种导航系统的周跳处理装置实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：
[0159]
三差观测方程构建模块401，用于获取历元观测值，根据所述历元观测值构建三差观测方程；
[0160]
轨迹约束方程构建模块402，用于根据预设接收机运动轨迹构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程；所述预设接收机运动轨迹基于历史历元的坐标值确定；
[0161]
周跳处理模块403，用于根据所述三差观测方程与所述轨迹约束方程，对周跳进行探测与修复。
[0162]
在本发明的一种实施例中，所述历元观测值包括各个历元的双差观测值；三差观测方程构建模块401可以包括如下子模块：
[0163]
双差观测方程构建子模块，用于基于所述历元的双差观测值构建针对单个历元的双差观测方程；
[0164]
三差观测方程构建子模块，用于通过所述单个历元的双差观测方程，得到针对历元间的三差观测方程。
[0165]
在本发明的一种实施例中，所述双差观测值包括双差伪距观测值和双差相位观测值，双差观测方程构建子模块可以包括如下单元：
[0166]
观测值提取单元，用于分别提取各个历元的在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值；
[0167]
双差观测值确定单元，用于采用所述各个历元在不同接收机和卫星间的伪距观测值与相位观测值，分别确定针对单个历元的双差伪距观测值和双差相位观测值；
[0168]
双差观测方程构建单元，用于采用所述双差伪距观测值和双差相位观测值，构建针对单个历元的双差观测方程。
[0169]
在本发明的一种实施例中，三差观测方程构建子模块可以包括如下单元：
[0170]
双差观测方程获取单元，用于获取针对当前历元所构建的双差观测方程，以及相对于当前历元的前一个历元所构建的双差观测方程；
[0171]
三差观测方程构建单元，用于对针对所述当前历元的双差观测方程和所述前一个历元的双差观测方程进行求差，得到针对历元间的三差观测方程。
[0172]
在本发明的一种实施例中，三差观测方程构建模块还可以包括如下子模块：
[0173]
线性化子模块，用于对所述针对历元间的三差观测方程进行线性化，以使在出现周跳时所述周跳在观测值残差中存在。
[0174]
在本发明的一种实施例中，轨迹约束方程构建模块402可以包括如下子模块：
[0175]
坐标拟合子模块，用于提取历史历元中预设数量历元的坐标值参数，基于预设三角函数多项式拟合所述预设数量历元的坐标值参数得到坐标拟合方程；
[0176]
轨迹约束方程构建子模块，用于根据所述坐标拟合方程构建针对历元间坐标差参数的轨迹约束方程。
[0177]
在本发明的一种实施例中，轨迹约束方程构建子模块可以包括如下单元：
[0178]
坐标拟合差分单元，用于分别获取前后历元的坐标拟合方程，对所述前后历元的坐标拟合方程进行差分，得到坐标差拟合方程；
[0179]
矩阵确定单元，用于从所述坐标差拟合方程提取拟合参数估计值和协方差矩阵，采用所述拟合参数估计值和所述协方差矩阵，确定针对连续预设数量历元坐标参数三角函数拟合模型的矩阵表达式；
[0180]
轨迹约束方程构建单元，用于通过对所述矩阵表达式进行最小二乘解得到三角函数拟合系数后，采用所述三角函数拟合系数以及所述拟合参数估计值构建当前历元坐标差参数的轨迹约束方程。
[0181]
在本发明的一种实施例中，周跳处理模块403可以包括如下子模块：
[0182]
方程联合子模块，用于联合线性化后的三差观测方程与所述轨迹约束方程，得到联合方程的初始权矩阵；
[0183]
坐标差改正数获取子模块，用于采用等价权对所述初始权矩阵进行抗差最小二乘估计，得到前后两次坐标差改正数；
[0184]
周跳探测子模块，用于在前后两次坐标差改正数的差值超过预设坐标限差阈值时，不断采用等价权对所述初始权矩阵进行抗差最小二乘估计，直至计算前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值为止；
[0185]
周跳修复子模块，用于在所述前后两次坐标差改正数的差值小于预设坐标限差阈值时，获取相位观测值的残差，若相位观测值的残差超过预设残差阈值，则表示此观测值存在周跳，且通过四舍五入对所述相位观测值进行取整以输出整数周跳值。
[0186]
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0187]
本发明实施例还提供了一种导航芯片，包括：
[0188]
包括上述导航系统的周跳处理装置、处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述导航系统的周跳处理方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
[0189]
本发明实施例还提供了一种导航模组，包括：
[0190]
包括上述导航系统的周跳处理装置、处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述导航系统的周跳处理方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
[0191]
本发明实施例还提供了一种导航设备，包括：
[0192]
包括上述导航系统的周跳处理装置、处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述导航系统的周跳处理方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
[0193]
本发明实施例还提供了一种交通工具，包括：
[0194]
包括上述导航系统的周跳处理装置、处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述导航系统的周跳处理方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
[0195]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述导航系统的周跳处理方法实施例的各个过
程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
[0196]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0197]
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0198]
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0199]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0200]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0201]
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0202]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0203]
以上对本发明所提供的一种导航系统的周跳处理方法和一种导航系统的周跳处理装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。