[发明专利]基于模糊度全微分的GNSS单频数据周跳探测与修复方法

说明书

本发明公开了基于模糊度全微分的GNSS单频数据周跳探测与修复方法，包括：基于GNSS站间的单差观测方程构建模糊度函数；基于相邻两个历元的GNSS站间单差载波相位观测值，在时间域上对模糊度函数求解全微分，全微分函数周跳量函数；基于周跳量函数，构建周跳探测的最小二乘系统，基于最小二乘系统的标准差变化来探测周跳；当探测到发生周跳时；利用所有共视卫星的GNSS站间单差载波相位观测值及其理论值修复周跳。本发明解决了现有单频GNSS周跳探测与修复方法难以可靠处理载体运动规律复杂、周跳数值较小等情况的问题，具有理论严密、模型简单、易于实现、扩展性强、精度高等特点，可广泛应用于GNSS大规模市场。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及基于模糊度全微分的GNSS单频数据周跳探测与修复方法。

背景技术

近年来，单频GNSS定位技术由于其低廉的硬件成本，在无人机系统、基于位置的服务、智能网联汽车等领域的应用日益广泛。理论上来说，在中短基线(即基线长度不大于20公里)应用中，当模糊度固定以后，仅使用单频GNSS数据即可获得高精度的基线解算结果。

周跳是影响GNSS定位性能的重要因素之一，它是GNSS卫星信号在受到周围建筑物遮挡、或活跃电离层干扰等时载波相位观测量产生的整周跳变。若周跳无法被正确的探测和修复，则GNSS定位时的载波相位观测量会产生较大偏差，定位结果的准确性和可靠性将受到严重的影响。

目前较为常用的周跳探测和修复的方法多基于双频或三频数据，通过不同频率不同类型观测值的线性组合来消除接收机位置参数的影响，进而构建周跳探测变量；通过周跳探测变量数值上的异常变化来进行周跳探测及修复。然而，对于单频数据而言，无法通过不同频率的线性组合来消除接收机位置参数的影响。针对此问题，有学者提出了利用伪距-载波相位组合、多普勒-载波相位组合等来消除位置参数的影响，或使用数值模拟方法来模拟推估位置参数等。这些方法在载体运动规律简单、周跳数值较大的情况下可取得一定效果，但在载体运动规律复杂、周跳数值较小(例如1周或者0.5周)的情况下效果较差。

因此，发展一种在载体运动规律复杂、周跳数值较小等情况下仍具有高可靠性的单频GNSS数据周跳探测与修复方法，对进一步拓展单频GNSS大规模市场的应用，满足实际生产生活中对于高精度低成本高可靠性GNSS定位服务的需求具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供基于模糊度全微分的GNSS单频数据周跳探测与修复方法及系统，该方法及系统在载体运动规律复杂、周跳数值较小的情况下，仍能进行高可靠性的周跳探测与修复。

本发明提供的基于模糊度全微分的GNSS单频数据周跳探测与修复方法，包括：

S100基于GNSS站间的单差观测方程构建模糊度函数其中，N表示载波相位模糊度；B表示单差观测方程线性化后的系数矩阵；X为待估参数，包含接收机的位置和钟差的矩阵；A表示大气残差；λ表示载波相位波长；表示性化后的GNSS站间单差载波相位观测值；ε表示载波相位观测噪声；

S200基于相邻两个历元k、k-1的GNSS站间单差载波相位观测值，在时间域上对模糊度函数求解全微分，全微分函数即历元k对应的周跳量函数；

S300基于周跳量函数，构建周跳探测的最小二乘系统基于最小二乘系统的标准差变化来探测周跳；当探测到发生周跳时，执行步骤S400；其中，表示对历元k下线性化后的GNSS站间单差载波相位观测值求微分；B_k表示历元k下单差观测方程线性化后的系数矩阵；ΔX_k表示对历元k下的待估参数X_k求微分；Δε_k表示对历元k下的载波相位观测噪声ε_k求微分；