[发明专利]一种多频GNSS观测值随机特性建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测绘与导航的定位技术，尤其是涉及一种多频GNSS观测值随机特性建模方法。

背景技术

从上世纪80年代GPS民用化以来，卫星导航定位系统已广泛应用于大地测量、工程测量、气象监测、地球动力学地球自转参数的确定等领域。GPS的现代化一直在持续地进行，首颗GPS IIR-M型卫星自2005年9月26日成功发射进入轨道运行，成为第一颗在L2频道上播放民用C/A码导航电文(L2C)的卫星。截止目前为止，已发射8颗Block IIR-M卫星。与此同时，在新发射的Block IIF型卫星上加播L5频率信号，是GPS现代化中最具标志性的工程。为了推翻美国在卫星导航事业上的垄断地位，各个国家和地区都积极发展、优化独立自主的卫星导航系统，俄罗斯计划在2017年完成GLONASS的更新换代，升级为GLONASS-M和GLONASS-K系统，以提高定位精度，从之前的20米提高至米级。我国于19世纪80年代决定建设独立自主的卫星导航系统。2000年，北斗导航试验系统建成，标志着我国成为第三个拥有自主卫星导航系统的国家，自2012年12月27日开始，北斗二代卫星导航系统正式向亚太大部分地区独立提供连续的定位、授时服务，并计划于2020年左右具有全球覆盖能力。除此之外，还有欧盟也在加紧建立Galileo系统。不久的将来，用户将面临4大系统(GPS、GLONASS、GALILEO、BeiDou)100余颗导航卫星并存，同时可以为用户使用的局面，GNSS定位将进入一个新的阶段。

随机模型一直以来都是数据处理研究的热点，目前被广泛研究和应用的是方差-协方差分量估计。方差-协方差分量估计(VCE)就是合理地确定观测值的方差阵和协方差矩阵。从Helmert利用间接平差模型导出了利用残差估计分类观测数据方差分量的无偏估计公式开始，许多学者对方差-协方差分量估计做了大量的研究，先后提出了最小范数二次无偏估计，极大似然估计和最优不变二次估计等方法。在GNSS测量及其各项应用中，随机模型是否合理对于定位结果和各项精度估计都至关重要。

大量研究表明，无论是零/短基线还是中长基线，卫星的高度角都会对观测精度产生影响，采用等权的高度角模型得到的结果并不可靠，尤其是当多颗卫星处于低高度角时，可能会导致模糊度的固定出现偏差，也会影响定位精度。而卫星高度角定权的方法并不适用于所有接收机的所有观测类型，因此随机模型应根据接收机及观测类型的不同而进行改善，以提高定位精度。接收机采用的滤波技术导致观测值存在较强的时间相关性，考虑时间相关性对定位结果将会有所改善；接收机不同类型观测值之间存在相关性，这种相关性大小因接收机而异，不同类型观测值之间的交叉相关性会对观测精度产生影响，而且两个不同频率之间的相关性比较明显。综上所述，卫星高度角、观测值的时间相关性以及观测值类型之间的相关性都会对GNSS的结算结果和精度产生影响，建立正确的随机模型对于模糊度固定效率、固定可靠性以及精密定位都起到至关重要的作用。

随着GNSS的发展，越来越多的系统和频率上的观测值可以被用户利用，想要合理利用原有及新增信号必须先确定它们的随机模型。研究不同类型接收机、不同观测值类型以及不同观测环境下的观测值的随机特性，对于定位结果和各项精度估计都至关重要。目前，针对GNSS现有和新增观测值的随机模型评估方面的方法相对匮乏，为弥补此方面的缺失，本发明给出了一套完整的GNSS随机特性数据处理方法，使得用户能够得到GNSS观测值的随机特性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计算过程简单、可靠性的多频GNSS观测值随机特性建模方法，以便实现精度高、稳定性强、适用范围广的用于高精度测绘与导航的定位。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多频GNSS观测值随机特性建模方法，包括以下步骤：

(a)获取多频GNSS观测数据，并对观测数据进行数据预处理；

(b)构建单差观测方程，形成站间单差观测值，包括单差相位观测值和单差伪距观测值；

(c)判断基线是否已知，若是，则直接执行步骤(d)，若否，则在单差的基础上形成站星双差观测值，固定双差模糊度，求解基线，然后执行步骤(d)；

(d)根据基线及固定的双差模糊度，对单差观测方程进行参数重整；

(e)利用单历元多颗卫星的单差观测值的平均值作为重整后参数的最小二乘解，每颗卫星的单差观测值减去该最小二乘解，得到单差观测噪声；