一種基于抗差自適應(yīng)Kalman濾波的多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP解算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP解算方法，屬于GNSS動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星定位技術(shù)已成為現(xiàn)代最主要的導(dǎo)航定位方式，無論是在工程測(cè)量、生產(chǎn)生活 還是軍事應(yīng)用中，均發(fā)揮著重要的作用。衛(wèi)星定位的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到 用戶接收機(jī)之間的距離，然后根據(jù)多顆衛(wèi)星的瞬間位置采用距離后方交會(huì)的方法，確定待 測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。依據(jù)衛(wèi)星接收機(jī)設(shè)備的定位方式，GNSS定位技術(shù)可分為單點(diǎn)定位和差分 定位。傳統(tǒng)的衛(wèi)星單點(diǎn)定位技術(shù)是指利用偽距碼進(jìn)行定位，即GNSS絕對(duì)定位，該技術(shù)能夠 采用一臺(tái)接收機(jī)完成實(shí)時(shí)測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，由于偽距碼信號(hào)碼長(zhǎng)較大，其本身精度較 低，并且通過結(jié)合廣播星歷計(jì)算的衛(wèi)星位置和衛(wèi)星鐘差精度較差等因素，偽距單點(diǎn)定位難 以達(dá)到較高的定位精度，一般用于精度要求較低，實(shí)時(shí)性要求較高的導(dǎo)航應(yīng)用中。
[0003]利用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行載波差分定位，能夠達(dá)到較高的定位精度，但需要至少 兩臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，通過雙差分模型才能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位服務(wù)。隨著接收機(jī)間距 離的增加，誤差相關(guān)性逐漸減小，到達(dá)一定距離將無法減弱誤差影響。該定位技術(shù)不僅增 加了作業(yè)的成本和復(fù)雜度，而且在很多應(yīng)用場(chǎng)合也受到了限制。精密單點(diǎn)定位（Precise PointPositioning,PPP)的出現(xiàn)克服了差分定位的諸多缺陷。PPP由美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 (JPL)的Zumberge等人于1997年提出，并在他們開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件GIPSY上給予實(shí)現(xiàn)。 PPP具有厘米級(jí)的靜態(tài)定位精度和分米級(jí)的動(dòng)態(tài)定位精度，可徹底擺脫大范圍、長(zhǎng)距離測(cè)量 對(duì)地面參考站的依賴，顯著提高了作業(yè)效率，節(jié)約了用戶成本。PPP近年來不僅是定位技術(shù) 領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)，也在各種控制測(cè)量、工程測(cè)量、地形測(cè)量等工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。
[0004] 在動(dòng)態(tài)PPP定位中，每個(gè)歷元的接收機(jī)坐標(biāo)在不斷變化，定位環(huán)境復(fù)雜。利用多 系統(tǒng)聯(lián)合定位，能夠大幅度增加可用衛(wèi)星數(shù)目，增強(qiáng)衛(wèi)星幾何構(gòu)型，進(jìn)一步滿足動(dòng)態(tài)定位需 求。對(duì)于做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的物體，其精確的函數(shù)模型和隨機(jī)模型均難以得到，在傳統(tǒng)Kalman 濾波的基礎(chǔ)上，采用抗差估計(jì)減弱觀測(cè)殘差較大的信息，并利用預(yù)測(cè)狀態(tài)向量確定自適應(yīng) 因子，以得到可靠的動(dòng)態(tài)定位結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于抗差自適應(yīng) Kalman濾波的多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP解算方法，能夠有效解決目前動(dòng)態(tài)定位中，由于函數(shù)模型和 隨機(jī)模型不準(zhǔn)確，以及衛(wèi)星空間結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定對(duì)結(jié)果導(dǎo)致定位結(jié)果較差的現(xiàn)象。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于抗差自適應(yīng) Kalman濾波的多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP解算方法，首先使用三系統(tǒng)廣播星歷計(jì)算各自衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi) 星鐘差，對(duì)其進(jìn)行時(shí)空基準(zhǔn)統(tǒng)一；結(jié)合觀測(cè)文件中的偽距觀測(cè)值組合所得的無電離層偽距 觀測(cè)值，進(jìn)行選權(quán)迭代偽距單點(diǎn)定位，反算歷元時(shí)刻接收機(jī)概略坐標(biāo)和各系統(tǒng)接收機(jī)鐘差； 從IGS等分析中心網(wǎng)站獲取各系統(tǒng)的衛(wèi)星精密星歷和精密鐘差產(chǎn)品，通過拉格朗日插值方 法計(jì)算各系統(tǒng)衛(wèi)星精密坐標(biāo)和衛(wèi)星精密鐘差；隨后進(jìn)行各誤差改正模型計(jì)算定位誤差改正 值，觀測(cè)文件、衛(wèi)星精密坐標(biāo)和衛(wèi)星精密鐘差并結(jié)合觀測(cè)文件進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制；最 后建立多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP定位模型，采用抗差自適應(yīng)Kalman濾波解算出觀測(cè)值信息的殘差值 和預(yù)測(cè)信息，確定觀測(cè)權(quán)陣和自適應(yīng)因子，實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)PPP定位。
[0007] 具體包括如下步驟：
[0008] 步驟1，使用三系統(tǒng)廣播星歷計(jì)算各自衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星鐘差，對(duì)其進(jìn)行時(shí)空基準(zhǔn)統(tǒng) 一，得到統(tǒng)一基準(zhǔn)后的衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星鐘差；根據(jù)觀測(cè)文件的P1(C1)和P2(C2)偽距觀測(cè) 值，進(jìn)行無電離層組合得到無電離層組合偽距觀測(cè)值；根據(jù)觀測(cè)文件的L1和L2觀測(cè)值，進(jìn) 行無電離層組合得到無電離層組合載波觀測(cè)值；
[0009] 步驟2,根據(jù)步驟1得到的無電離層組合偽距觀測(cè)值以及統(tǒng)一基準(zhǔn)后的衛(wèi)星坐標(biāo) 和衛(wèi)星鐘差進(jìn)行選權(quán)迭代偽距單點(diǎn)定位，得到接收機(jī)概略坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差；
[0010] 步驟3,通過網(wǎng)絡(luò)從IGS等分析中心獲取三系統(tǒng)衛(wèi)星精密星歷和衛(wèi)星精密鐘差，根 據(jù)觀測(cè)文件的歷元時(shí)刻，進(jìn)行拉格朗日插值得到相應(yīng)歷元時(shí)刻的衛(wèi)星精密坐標(biāo)和衛(wèi)星精密 鐘差；
[0011] 步驟4,根據(jù)觀測(cè)文件提供的接收機(jī)信息、步驟2得到的接收機(jī)概略坐標(biāo)和接收機(jī) 鐘差以及步驟3得到的衛(wèi)星精密坐標(biāo)和精密鐘差，通過誤差改正模型計(jì)算精密單點(diǎn)定位過 程的各項(xiàng)誤差改正值，并結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制；
[0012] 步驟5,根據(jù)步驟1得到的無電離層組合偽距觀測(cè)值和無電離層組合載波觀測(cè)值， 步驟2得到的接收機(jī)概略坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差，步驟3得到的衛(wèi)星精密坐標(biāo)和衛(wèi)星精密鐘差 以及步驟4得到的計(jì)算所得各項(xiàng)誤差改正值，結(jié)合精密單點(diǎn)定位模型，構(gòu)建多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精 密單點(diǎn)定位方程；
[0013] 步驟6,采用抗差自適應(yīng)卡爾曼濾波解算步驟5得到的多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位 方程，根據(jù)濾波過程中得到的觀測(cè)信息和預(yù)測(cè)的狀態(tài)信息，調(diào)整觀測(cè)值的權(quán)值和計(jì)算自適 應(yīng)因子，實(shí)現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)定位。
[0014] 所述步驟1中無電離層組合得到無電離層組合偽距觀測(cè)值和無電離層組合載波 觀測(cè)值的公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于抗差自適應(yīng)Kalman濾波的多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP解算方法，其特征在于：首先使 用三系統(tǒng)廣播星歷計(jì)算各自衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星鐘差，對(duì)其進(jìn)行時(shí)空基準(zhǔn)統(tǒng)一；結(jié)合觀測(cè)文件 中的偽距觀測(cè)值組合所得的無電離層偽距觀測(cè)值，進(jìn)行選權(quán)迭代偽距單點(diǎn)定位，反算歷元 接收機(jī)概略坐標(biāo)和各系統(tǒng)接收機(jī)鐘差；從IGS等分析中心網(wǎng)站獲取各系統(tǒng)的衛(wèi)星精密星歷 和精密鐘差產(chǎn)品，通過拉格朗日插值方法計(jì)算各系統(tǒng)衛(wèi)星精密坐標(biāo)和衛(wèi)星精密鐘差；隨后 根據(jù)各誤差改正模型計(jì)算定位誤差改正值，并結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制；最 后建立多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP定位模型，采用抗差自適應(yīng)Kalman濾波解算出觀測(cè)值信息的殘差值 和預(yù)測(cè)信息，確定觀測(cè)權(quán)陣和自適應(yīng)因子，實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)PPP定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于抗差自適應(yīng)Kalman濾波的多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)PPP解算方法，其 特征在于，包括如下步驟： 步驟1，使用三系統(tǒng)廣播星歷計(jì)算各自衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星鐘差，對(duì)其進(jìn)行時(shí)空基準(zhǔn)統(tǒng)一， 得到統(tǒng)一基準(zhǔn)后的衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星鐘差；根據(jù)觀測(cè)文件的Pl (Cl)和P2(C2)偽距觀測(cè)值，進(jìn) 行無電離層組合得到無電離層組合偽距觀測(cè)值；根據(jù)觀測(cè)文件的Ll和L2觀測(cè)值，進(jìn)行無電 離層組合得到無電離層組合載波觀測(cè)值； 步驟2,根據(jù)步驟1得到的無電離層組合偽距觀測(cè)值以及統(tǒng)一基準(zhǔn)后的衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi) 星鐘差進(jìn)行選權(quán)迭代偽距單點(diǎn)定位，得到接收機(jī)概略坐標(biāo)和各系統(tǒng)接收機(jī)鐘差； 步驟3,通過網(wǎng)絡(luò)從IGS等分析中心獲取三系統(tǒng)衛(wèi)星精密星歷和衛(wèi)星精密鐘差，根據(jù)觀 測(cè)文件的歷元時(shí)刻，進(jìn)行拉格朗日插值得到相應(yīng)時(shí)刻的衛(wèi)星精密坐標(biāo)和衛(wèi)星精密鐘差； 步驟4,根據(jù)觀測(cè)文件提供的接收機(jī)信息、步驟2得到的接收機(jī)概略坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差 以及步驟3得到的衛(wèi)星精密坐標(biāo)和精密鐘差，通過誤差改正模型計(jì)算精密單點(diǎn)定