[发明专利]一种北斗三频信号载波相位整周模糊度单历元确定方法

摘要

一种北斗三频信号载波相位整周模糊度单历元确定方法，基于几何无关模型由确定北斗三频组合模型、三频超宽项组合模糊度单历元的解算、最优宽项模糊度的解算、最优窄巷模糊度的解算这些步骤配合，逐级分步确定各组合模糊度，完成三频信号模糊度单历元的解算；本发明在三频模糊度解算方面，采用了求解模糊度成功率最高的LAMBDA方法，并进行了改进，进一步提高了其单历元搜索成功率,该方法固定模糊度效率更高，更能适用于实时动态的环境中。

主权项

1.一种北斗三频信号载波相位整周模糊度单历元确定方法，其特征在于基于几何无关模型，逐级分步确定各组合模糊度，完成三频信号载波相位整周模糊度单历元的解算，所述逐级分布步骤如下：步骤1：依据基线长度和波长、电离层放大倍数，确定北斗三频组合载波相位双差观测模型，北斗三频组合载波相位双差观测模型写为：▿ΔΦC=α▿ΔΦ1+β▿ΔΦ2+γ▿ΔΦ3---(1)]]>其中，为组合载波相位双差值，为B1载波相位双差值、为B2载波相位双差值、为B3载波相位双差值；为使几何距离不受观测值组合不同而变化，将组合观测模型表示为一般形式为：▿ΔΦC=▿ΔρλC+▿ΔNC-μI(α,β,γ)▿ΔIλC+▿ΔϵCλC---(2)]]>式中，为双差算子，为卫星与测站之间的几何距离双差值（m），并包含所有与频率无关的误差残差项（如对流层残差、钟差残差等），为B1载波频率上的电离层延迟双差值，为组合观测噪声；组合电离层比例因子μI(α,β,γ)=f12(α/f1+β/f2+γ/f3)αf1+βf2+γf3---(3)]]>f₁,f₂和f₃为北斗三频B1、B2和B3的中心频率；组合后的波长λ_C及模糊度分别为：λC=λ1λ2λ3αλ2λ3+βλ1λ3+γλ1λ2▿ΔNC=α▿ΔN1+β▿ΔN2+γ▿ΔN3---(4)]]>根据不同α,β和γ的取值，构成超宽巷、宽巷和窄巷的不同组合，根据不同基线长度、波长、电离层放大倍数确定长短基线组合的模型；步骤2：依据伪距观测量和超宽巷载波观测量线性组合方法，确定单历元三频组合超宽巷载波相位整周模糊度，步骤如下：步骤2.1：采集新的历元，短基线时采用载波观测组合Φ(-4,1,4)作为第一超宽巷和Φ(0,-1,1)作为第二超宽巷和B1、B2和B3的伪距观测量以及电离层延迟观测量联立方程，采用Neill模型削弱对流层延迟误差的影响，对三个伪距观测量以及两个载波相位观测量进行处理，得到几何无关模型方程，如下：▿Δp1▿Δp2▿Δp3λEWL1▿ΔΦEWL1λEWL2▿ΔΦEWL2▿ΔIυ=000-λEWL1-λEWL20▿ΔNEWL1▿ΔNEWL2+111f12/f221f12/f321μI(-4,1,4)1μI(0,1,1)01▿Δρ▿ΔI---(5)]]>长基线时采用载波观测组合Φ(1,4,-5)作为第一超宽巷和Φ(0,-1,1)作为第二超宽巷和B1、B2和B3的伪距观测量以及电离层延迟观测量联立方程，采用Neill模型削弱对流层延迟误差的影响，对三个伪距观测量以及两个载波观测量进行处理，得到几何无关模型方程，如下：▿Δp1▿Δp2▿Δp3λEWL1▿ΔΦEWL1λEWL2▿ΔΦEWL2▿ΔIυ=000-λEWL1-λEWL20▿ΔNEWL1▿ΔNEWL2+111f12/f221f12/f321μI(-1,4,-5)1μI(0,1,1)01▿Δρ▿ΔI---(6)]]>式中，和为B1、B2和B3伪距观测量双差值（m），和为第一、第二超宽巷波长（m/cycle），和为第一、二超宽巷载波相位观测量双差值（cycle），和为第一、二超宽巷整周模糊度双差值，为电离层伪距观测量双差值（m），采用最小二乘平差算法处理方程（5）或（6），获得超宽巷载波相位双差模糊度和的浮点解及其协方差阵或步骤2.2：采用LAMBDA算法搜索出超宽巷载波相位双差模糊度，将步骤2.1中得到的或的浮点解及其协方差阵或带入LAMBDA算法确定其固定解，算法中将得到的超宽巷载波相位双差模糊度N组可能解增加20%的范围，得到M组可能解，计算出M组可能解对应的M组残差平方和V^TPV，从M组残差平方和V^TPV中选出最小值和次小值，和的固定解应满足残差平方和V^TPV最小，且次小残差平方和V^TPV和最小残差平方和V^TPV比值大于预设阈值，如下式：其中，T为一个正数，V为残差，V^T为V的转置矩阵，P为观测权矩阵，min为最小值；在实际解算过程中，不固定T的值，通过固定模糊度解算中能容忍的最小失败率，反算出ratio检验中的阈值T代入（7）式，和式中的Ratio值进行比较，如果满足（7）式的判断条件，则认为判断成功；采用超宽巷双差模糊度和的固定解和超宽巷双差模糊度和的浮点解的单位权中误差的一致性检验方法，进一步判断满足（7）式的超宽巷双差模糊度和固定解是否合理，若满足（8）式即认定超宽巷双差模糊度和固定解合理；ξχ2(f,α/2)≤σAσ0≤ξχ2(f,1-α/2)---(8)]]>式中，整数解的单位权中误差为σ_A，初始解的单位权中误差为σ₀，置信度为1-α，f为参数估计中的自由度，上式检验也称方差因子的χ²检验；步骤3：根据宽巷载波相位观测量与步骤2所得的超宽巷载波相位观测量的线性关系，确定宽巷载波模糊度固定解，步骤如下：步骤3.1：将宽巷观测量定义为与超宽巷观测量Φ(-4,1,4)和Φ(0,-1,1)或Φ(1,4,-5)和Φ(0,-1,1)线性相关的组合观测量，短基线时表示为：Φ_WL(i,j,k)=κΦ(-4,1,4)+ηΦ(0,-1,1)   (9)或者长基线时表示为：Φ_WL(i,j,k)=κΦ(1,4,-5)+ηΦ(0,-1,1)   (10)式中，κ,η为不同时取零的任意整数，从满足条件的κ,η组合中经测试选出一组宽巷观测量，短基线时选出的宽巷载波相位观测组合为长基线时选出的宽巷载波相位观测组合为由于宽巷载波相位观测量与超宽巷载波相位观测量有线性关系，可以直接由步骤2所得超宽巷双差模糊度和固定解获得宽巷双差模糊度固定解；步骤4：根据步骤3所得的宽巷双差模糊度固定解，与宽巷组合载波相位观测量以及窄巷组合载波相位观测量，确定窄巷载波模糊度；窄巷组合载波相位观测量Φ_NL(m,n,l)与任意两组超宽巷组合载波相位观测量Φ_EWL(i,j,k)或者宽巷组合载波相位观测量Φ_WL(u,v,w)线性无关，并且窄巷组合载波相位观测量中观测噪声影响应小于0.5周，窄巷组合载波相位观测量应该具有最小的电离层折射误差，并且考虑到其他误差，窄巷组合载波相位观测量波长不宜过短，综上获得窄巷组合载波相位观测量Φ_NL(2,0,-2)；短基线时，窄巷组合载波相位观测量：Φ_NL(2,0,-2)与步骤3中的组合联立得：λWL1▿ΔΦWL1λNL▿ΔΦNL=-λWL1λNL▿ΔNWL1▿ΔNNL+1μI(-4,-3,8)1μI(2,0,-2)▿Δρ▿ΔI---(11)]]>长基线时，窄巷组合载波观测量：Φ_NL(2,0,-2)与步骤3中的组合联立得：λWL2▿ΔΦWL2λNL▿ΔΦNL=-λWL2λNL▿ΔNWL2▿ΔNNL+1μI(-1,-1,0)1μI(2,0,-2)▿Δρ▿ΔI---(12)]]>式中，和由步骤2固定后的和代入(5)式或(6)式重新解算得到；据上式最小二乘平差可求得窄巷载波模糊度浮点解，然后根据步骤2.3获得窄巷组合模糊度的固定解；步骤5：依据步骤2所得超宽巷双差模糊度和的固定解及步骤4所得窄巷组合模糊度的固定解，确定基础载波模糊度固定，方程如下：短基线情况：20-2-4140-11▿ΔN1▿ΔN2▿ΔN3=▿ΔNNL▿ΔNEWL1▿ΔNEWL2---(13)]]>长基线情况：20-214-50-11▿ΔN1▿ΔN2▿ΔN3=▿ΔNNL▿ΔNEWL1▿ΔNEWL2---(14)]]>求解方程即得最终获得基础载波模糊度和，从而完成三频模糊度的单历元固定。