一種雙頻載波相位整周模糊度固定的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及GPS (Global Positioning System,全球定位系統(tǒng)）的載波相位差分 相對(duì)定位方法，更具體地，涉及一種LI、L2雙頻載波相位整周模糊度固定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以向廣大用戶提供高精度、全天候的導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)，是 當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)不可或缺的重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。利用GPS(Global Positioning System)進(jìn)行相對(duì)定位是高精度測(cè)量的有效手段。接收機(jī)的基本觀測(cè)量包括偽距和載波相 位，其中偽距P可表示為：
[0003] p = r+c ( δ tr- δ t(s)) +Ι+Τ+ ε ρ (1)
[0004] 式中，r為衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離，c為光速，δ ~為接收機(jī)鐘差，S t (s)為衛(wèi)星 鐘差，I為電離層誤差，T為對(duì)流程誤差，ε p為偽距噪聲。
[0005] 雙差偽距可表示為：
[0006] V Δ p = V ΔΓ+ V Δ ε p (2)
[0007] 式中▽△為雙差算子，表示將基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的偽距做差，再和基準(zhǔn)星偽距做差 的運(yùn)算。雙差可以消除大部分空間、時(shí)間相關(guān)的誤差，從而提高定位精度。
[0008] 載波相位觀測(cè)量Φ可表示為：
[0009] φ = λ 1 [r+c ( δ t-δ t(s))-Ι+Τ]+Ν+ε φ (3)
[0010] 式中λ為載波相位波長(zhǎng)，N為整周模糊度，ε φ為載波相位噪聲。
[0011] 雙差載波相位可表示為：
[0012] νΔφ = λ1νΔτ+νΔΝ+νΔε φ ⑷
[0013] 基于（2)式的相對(duì)定位稱(chēng)為偽距差分技術(shù)，由于偽距中▽ Δ ε ρ較大，觀測(cè)值本身 精度較低，由此得到的結(jié)果一般不能滿足用戶的需求；基于（4)式的相對(duì)定位稱(chēng)為載波相 位差分技術(shù)，載波相位中ε φ較小，觀測(cè)值本身的精度較高，因此載波相位觀測(cè)值可以 大大提高觀測(cè)的精度，但是式（4)中包含未知的▽ ΛΝ，載波相位進(jìn)行差分定位的前提是確 定載波相位整周模糊度。
[0014] 現(xiàn)今較成熟的整周模糊度固定算法大多基于搜索策略，若能通過(guò)偽距直接取整固 定整周模糊度，就能避免搜索算法計(jì)算效率低且可能搜索錯(cuò)誤的問(wèn)題。然而取整算法很少 用于工程的原因是偽距測(cè)量精度遠(yuǎn)不及載波相位波長(zhǎng)。即使組成寬巷組合，寬巷整周模糊 度的真值可能是取整估計(jì)值鄰近的三個(gè)整數(shù)中的其中之一，偽距多徑較嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)更 大的取整誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 為了解決使用偽距取整寬巷整周模糊度時(shí)出現(xiàn)取整錯(cuò)誤的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一 種雙頻載波相位整周模糊度固定的方法。
[0016] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0017] -種雙頻載波相位整周模糊度固定的方法，具體過(guò)程為：
[0018] 步驟101 :將雙差偽距和載波相位組成MW(Melbourne-Wubbena)組合，使用MW組 合取整固定寬巷整周模糊度；
[0019] 步驟102 :將Ll、L2雙頻載波相位觀測(cè)方程與步驟101中所固定的寬巷整周模糊 度聯(lián)立，得到L1頻點(diǎn)的整周模糊度的浮點(diǎn)解，直接取整得到L1頻點(diǎn)的整周模糊度固定解， 通過(guò)Ll、L2頻點(diǎn)整周模糊度與寬巷整周模糊度的關(guān)系，計(jì)算L2整周模糊度固定解；
[0020] 步驟103 :判斷步驟102中計(jì)算的L1頻點(diǎn)的浮點(diǎn)解的小數(shù)部分所屬的區(qū)間，所述 區(qū)間為：〇~〇. 15和0.85~1為正確區(qū)間，0. 15~0.35和0.65~0.85為不可修復(fù)區(qū)間， 0. 35~0. 65為需修復(fù)區(qū)間；當(dāng)L1頻點(diǎn)的浮點(diǎn)解的小數(shù)部分處于正確區(qū)間時(shí)，該組雙頻載 波相位觀測(cè)值置為可用；當(dāng)處于不可修復(fù)區(qū)間，該組雙頻載波相位觀測(cè)值置為不可用，當(dāng)處 于需修復(fù)區(qū)間，將寬巷模糊度向之前取整值反向修正一周，該組雙頻載波相位觀測(cè)值置為 可用；
[0021] 步驟104 :使用自主完好性技術(shù)排除大于一周的寬巷整周模糊度取整錯(cuò)誤，所排 除的寬巷整周模糊度對(duì)應(yīng)的雙頻載波相位觀測(cè)值置為不可用；若已排除至剩余4組寬巷 整周模糊度仍有錯(cuò)誤，則取步驟102中L1浮點(diǎn)解小數(shù)最小的4組所對(duì)應(yīng)的寬巷整周模糊 度，以最大偽距誤差為搜索范圍，遍歷搜索4組寬巷整周模糊度的偶數(shù)倍數(shù)值，使用最小二 乘搜索法從偶數(shù)倍數(shù)值獲得最優(yōu)的寬巷整周模糊度，將此4組雙頻載波相位觀測(cè)值置為可 用，并計(jì)算其對(duì)應(yīng)的L1和L2頻點(diǎn)的整周模糊度固定解；
[0022] 步驟105 :基于可用的雙頻載波相位觀測(cè)值和其對(duì)應(yīng)的整周模糊度固定解計(jì)算基 線，并通過(guò)基線反算所有雙頻載波相位觀測(cè)值的整周模糊度；
[0023] 步驟106 :根據(jù)步驟105得到的所有雙頻載波相位觀測(cè)值的整周模糊度，生成雙頻 幾何一致性探測(cè)量、自主完好性探測(cè)量和基線反解一致性探測(cè)量，將三個(gè)探測(cè)量與設(shè)定的 門(mén)限進(jìn)行比對(duì)，校驗(yàn)所固定雙頻載波相位觀測(cè)值的整周模糊度正確性，三個(gè)探測(cè)量均正確 則整周模糊度固定成功，否則固定失敗。
[0024] 進(jìn)一步的，所述步驟101中，使用載波相位平滑偽距提高偽距的測(cè)量精度。
[0025] 進(jìn)一步的，所述步驟104中，使用窄巷觀測(cè)量進(jìn)行自主玩完好性計(jì)算，可減小觀測(cè) 噪聲，放大整周模糊度估計(jì)錯(cuò)誤。
[0026] 本發(fā)明固定雙頻整周模糊度的優(yōu)點(diǎn)：可修復(fù)寬巷整周模糊度取整錯(cuò)誤；基于取整 固定整周模糊度，計(jì)算效率高；各個(gè)整周模糊度固定相互獨(dú)立，單歷元固定率和正確率高。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是雙頻整周模糊度固定方法的示意框圖；
[0028] 圖2是L1浮點(diǎn)解小數(shù)探測(cè)區(qū)間示意圖；
[0029] 圖3是雙頻整周模糊度固定算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的 實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1給出了本發(fā)明雙頻整周模糊度固定方法的示意框圖。本發(fā)明的 雙頻整周模糊度固定方法實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0031] 步驟101 :將雙差偽距和載波相位組成MW組合，使用MW組合取整固定寬巷整周模 糊度。
[0032] 首先使用雙差載波相位平滑雙差偽距，使用平滑后的偽距組成MW組合觀測(cè)值：
[0034] 其中下標(biāo)麗表示麗組合，下標(biāo)1、2分別代表L1和L2頻點(diǎn)，式中f代表載波頻率， 且：
[0036] 其中下標(biāo)WL(WideLane)表示寬巷。
[0038] 將（5)式整理，并通過(guò)取整得雙差寬巷模糊度為：
[0040] 其中:round ()為取整算子。
[0041] 步驟102 :將Ll、L2雙頻載波相位觀測(cè)方程與步驟101中所固定的寬巷整周模糊 度聯(lián)立，得到L1頻點(diǎn)的整周模糊度的浮點(diǎn)解，直接取整得到L1頻點(diǎn)的整周模糊度固定解， 通過(guò)Ll、L2頻點(diǎn)整周模糊度與寬巷整周模糊度的關(guān)系，計(jì)算L2整周模糊度固定解。
[0042] 雙頻載波相位具有相同的幾何距離。短基線情況下，雙差可以完全消除大部分誤 差。暫時(shí)忽略噪聲和多徑，則雙頻雙差載波相位觀測(cè)方程可表示為：
[0043] AjV Δφ^ν Δγ+AjV ΔΝ! (9)
[0044] λ 2V Δ φ 2= ▽ Δ r+λ Δ Ν 2 (10)
[0045] 將（9) (10)和（6)聯(lián)立，則得到L1頻點(diǎn)整周模糊度的浮點(diǎn)解：
[0047] 其中上三角號(hào)表示為浮點(diǎn)估計(jì)值，對(duì)其直接取整得到L1頻點(diǎn)整周模糊度的固定 解：
[0049] 最后通過(guò)L1、L2頻點(diǎn)整周模糊度與寬巷整周模糊度的關(guān)系，計(jì)算L2整周模糊度固 定解
[0050] V AN2=V ANr V ANMW(13)
[0051] 步驟103 :判斷步驟102中所計(jì)算的L1頻點(diǎn)的浮點(diǎn)解的小數(shù)部分所屬的區(qū)間，所 述區(qū)間為：〇~0. 15和0. 85~1為正確區(qū)間，0. 15~0. 35和0. 65~0. 85為不可修復(fù)區(qū) 間，0. 35~0. 65為需修復(fù)區(qū)間。當(dāng)L1頻點(diǎn)的浮點(diǎn)解的小數(shù)部分處于正確區(qū)間時(shí)，該組雙頻 載波相位觀測(cè)值置為可用；當(dāng)處于不可修復(fù)區(qū)間，該組雙頻載波相位觀測(cè)值置為不可用，當(dāng) 處于需修復(fù)區(qū)間，將寬巷模糊度向之前取整值反向修正一周，該組雙頻載波相位觀測(cè)值置 為可用。
[0052] GPS寬巷波長(zhǎng)λ 1為86. 2cm，若雙差偽距的測(cè)量精度為lm，則通過(guò)（8)式計(jì)算的寬 巷整周模糊度的真值可能是計(jì)算值鄰近的三個(gè)整數(shù)中之一，一周的取整誤差會(huì)頻繁發(fā)生。
[0053] 若寬巷整周模糊度出現(xiàn)一周的取整錯(cuò)誤，則由（11)式計(jì)算的L1浮點(diǎn)解引入的誤 差 BiaSiS :
[0055] 由式（14)可見(jiàn)，若寬巷取整時(shí)錯(cuò)誤一周，則L1浮點(diǎn)解的小數(shù)會(huì)出現(xiàn)半周左右的誤 差。短基線情況下，若寬巷取整正確，L1浮點(diǎn)解會(huì)在整數(shù)附近。半周左右的誤差非常有利 于寬巷一周取整誤差的探測(cè)與修復(fù)。
[0056] L1浮點(diǎn)解計(jì)算時(shí)不包含偽距誤差，若載波相位測(cè)量精度為0. 01周，根據(jù)誤差傳播 定律，式（11)中計(jì)算誤差被放大為約〇. 05周左右，取誤差的3倍，得其限差約為0. 15周。
[0057] 將L1浮點(diǎn)解小數(shù)到其整數(shù)的距離劃分為5個(gè)區(qū)間，