一种精密单点定位逐级模糊度固定方法

1.本发明涉及交通运输领域，尤其涉及一种精密单点定位逐级模糊度固定方法。


背景技术：

2.在现代交通领域中，位置信息智能感知对于智慧交通的普及与发展十分重要。全球卫星导航系统全天候和全球性的定位特征令其在定位技术中占据重要的地位，但是目前广泛应用的标准单点定位服务的定位误差通常可达十几米，无法提供高精度位置信息。
3.精密单点定位(precise point positioning,ppp)采用载波相位卫星观测值，无需额外设备就可提供高精度位置结果，但是其中载波相位模糊度的存在制约着载波相位高精度的实现。载波相位模糊度具有整周特性，采用估计方法仅能获得浮点小数解，无法在短时间内完成快速收敛获得厘米级精度结果。因此需要对载波相位模糊度进行固定得到整数解，采用逐级固定的方式分层固定，结合grg钟差产品恢复载波相位模糊度的整周特性，提升精密单点定位的精度和收敛速度。


技术实现要素：

4.本发明的实施例提供了一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，以提高精密单点定位的精度和收敛时间。
5.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
6.一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，包括：
7.在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用igs发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解；
8.通过采用mw组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解；
9.根据所述载波相位模糊度浮点解和所述宽巷模糊度固定解获取窄巷模糊度浮点解，根据窄巷模糊度浮点解用lambda算法搜索得到窄巷模糊度固定解；
10.根据所述宽巷模糊度固定解和所述窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将所述无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解。
11.优选地，所述的在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用igs发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解，包括：
12.在对需要定位的物体上放置卫星接收机，从卫星接收机获取整个定位过程中所需伪距、载波相位卫星原始观测信息，从igs组织网站上下载卫星精密星历产品获得卫星位置和卫星钟差信息；
13.采用拉格朗日内插方法对所述卫星位置和卫星钟差进行内插，获得与所述卫星原始观测值时间同步的卫星位置和卫星钟差；
14.考虑卫星信号传播过程中各种误差源矫正补偿上述信息误差，包括：
15.用双频信号组成消除电离层组合观测值来减少电离层延迟：
[0016][0017]
其中，a3为消电离层组合观测值，f1、f2为不同gnss信号频率，a1、a2分别为频率f1和f2的卫星观测值；
[0018]
将对流层延迟分为干燥气体引起的干分量延迟和湿润气体引起的湿分量延迟，用误差估计的方法估计湿分量延迟带给定位结果的误差；
[0019]
卫星时钟与接收机时钟受到的重力和速度因所在位置不同而并不相同，用户可用下式进行此相对论效应的校正：
[0020][0021]
其中，rela为相对论效应，r为卫星位置，v为卫星速度，c为光速。
[0022]
gnss信号传播至卫星接收机的这段时间，因地球自转导致卫星发射和接收机接收时卫星坐标发生了变化，由(xs,ys,zs)变为(xs',ys',zs')，需要对卫星坐标进行校正：
[0023][0024]
其中，ω为地球自转角速度，δt为信号传播时间长度；
[0025]
采用星间单差的方式来消除接收机相关误差，选用信号质量最好的卫星作为参考卫星，将其他卫星的卫星原始观测值减去参考卫星的卫星原始观测值，最终相互抵消相同的接收机误差项；
[0026]
利用卡尔曼滤波器估计待定位物体运动状态信息，卡尔曼滤波器内部设置如下：
[0027]
构建的卡尔曼滤波器状态向量如下所示：
[0028][0029]
其中，[x y z]表示当前估计的三维位置，[v
x v
y vz]表示当前估计的三维速度，[a
x a
y az]表示当前估计的三维加速度，δd
wet
表示当前估计的对流层湿分量延迟，δn
if
表示表示当前估计的消除电离层组合的载波相位模糊度浮点解，m表示当前估计参考卫星，n表示当前估计的卫星颗数；
[0030]
加速度因物体运动随时间的相关性被认为是一阶马尔可夫过程，加速度模型为：
[0031][0032]
其中，τ是系统相关时间常数，ωa是零均值白噪声。
[0033]
采用一阶马尔可夫模型加速度建模，随机游走模型分别对消除电离层组合的载波相位模糊度和对流层湿分量延迟建模，则系统矩阵为：
[0034][0035]
卡尔曼滤波器量测向量为星间单差消除电离层后的载波相位之差：
[0036][0037]
系统测量矩阵为：
[0038][0039]
其中，m
wet
是对流层湿分量系数，e是表示卫星-用户速度差沿视线方向单位矢量投影；
[0040]
因为不同卫星单差消除电离层组合的载波相位之间具有相关性，所以系统测量噪声协方差矩阵表示为：
[0041][0042]
其中，表示单差消除电离层组合的载波相位的噪声方差。
[0043]
优选地，所述的通过采用mw组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解，包括：
[0044]
卫星观测方程为：
[0045][0046]
其中，p为伪距，ρ为卫星与接收机之间的真实距离，dtr接收机钟差，dts为卫星钟差，d
ion
为电离层误差，d
trop
为对流层误差，分别为卫星端和接收机端的伪距偏差，ε为其他误差，l为载波相位，n为整周模糊度，λ为波长，分别为卫星端和接收机端的相位偏差；
[0047]
采用双频消除电离层组合观测值消除电离层延迟，卫星观测方程变为：
[0048]
[0049][0050]
仅在伪距中使用igs精密卫星钟差产品，在载波相位方程中则使用依据整数相位种模糊度固定方法得到的cnes精密卫星钟差产品，则卫星观测方程的相位偏差的影响被吸入钟差中，卫星观测方程变为：
[0051][0052][0053]
星间差分后卫星观测方程为：
[0054][0055][0056]
将按照mw组合分解为：
[0057][0058]
其中，下标1和2分别表示相同卫星的两个不同的信号频段，表示宽巷模糊度，表示窄巷模糊度，窄巷波长宽巷波长
[0059]
使用mw卫星观测值固定宽巷模糊度
[0060][0061]
其中，是卫星i的mw组合观测值，b
r,mw
表示接收机宽巷偏差，是卫星宽巷偏差，为mw组合观测值中未模型化的剩余误差；
[0062]
通过上式知宽巷模糊度表示为：
[0063][0064]
其中，τ
r,wl
为以周为单位的宽巷偏差，通过grg钟差文件中的gps宽巷偏差改正值消除，τ
r,wl
通过之前的星间差分方式消除，完成宽巷模糊度的固定；
[0065]
对于单颗卫星，采用平滑处理提升数据质量：
[0066][0067]
其中，为经平滑处理的宽巷模糊度，k为当前时间历元；
[0068]
星间差分后的宽巷模糊度表示为：
[0069][0070]
优选地，所述的根据所述载波相位模糊度浮点解和所述宽巷模糊度固定解获取窄巷模糊度浮点解，根据窄巷模糊度浮点解用lambda算法搜索得到窄巷模糊度固定解，包括：
[0071]
窄巷模糊度模糊度浮点解通过模糊度浮点解、宽巷模糊度固定解求得：
[0072][0073]
窄巷模糊度模糊度的协方差矩阵为：
[0074][0075]
通过将窄巷模糊度模糊度浮点解和其协方差矩阵输入到最小二乘模糊度降相关平差搜索方法中求得窄巷模糊度固定解，完成星间差分窄巷模糊度固定过程；
[0076]
星间差分窄巷模糊度的协方差矩阵因星间单差而具有相关性，采用cholesky方法实施降相关：
[0077][0078][0079]
其中，l为下三角矩阵，d为对角矩阵，q1是具有对称性和正定性的变换矩阵；
[0080]
重复上式直至最终矩阵[lm]-1
变成单位矩阵，假设一共迭代m次，则最终变换矩阵z：
[0081][0082]
整周模糊度的搜索空间确定为：
[0083][0084]
其中，χ2是控制搜索区域大小的常量。
[0085]
在星间差分窄巷模糊度浮点解和对其协方差矩阵进行将相关处理的基础上，进行变换后模糊度整数最小化处理。
[0086][0087]
搜索整周模糊度，搜索方向从第n个开始到第1个结束来避免ni对nj(j＝i+1,
…
,n-1)的搜索产生影响，从后一个模糊度开始搜索并确立搜索边界，然后对前一个模糊度展开搜索，直到第一个模糊度完成搜索，完成整个固定过程，如此通过递归方式建立各个模糊度的搜索边界，当第i+1个模糊度被固定成功，就开始搜索固定第i个模糊度的界限：
[0088][0089][0090]
最后，通过整数逆变换得到星间差分窄巷模糊度的固定解。
[0091]
优选地，所述的根据所述宽巷模糊度固定解和所述窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将所述无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解，包括：
[0092]
当窄巷模糊度固定结果多次成功固定且固定数值不变时，开始固定最终载波相位模糊度，表示为：
[0093][0094]
将无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数，再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解，并提供给下一个历元使用。
[0095]
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，对目标定位过程中对卫星原始观测数据和高精度精密星历产品进行先内插后误差校正的处理步骤，由经模糊度固定过程后精密单点定位方法获取运动位置，在多方面增强了定位系统的定位表现。
[0096]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0097]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0098]
图1为本发明实施例提供的一种应用于精密单点定位的逐级模糊度固定方法的具体处理流程图。
具体实施方式
[0099]
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0100]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在
中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0101]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0102]
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0103]
本发明实施例提供了一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，该方法的具体处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：
[0104]
步骤s10：使用卫星接收机测量接收伪距、载波相位等卫星原始观测信息，使用igs(international gnss service，国际gnss服务)发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解。
[0105]
在对需要定位的物体上放置卫星接收机，从卫星接收机获取整个定位过程中所需伪距、载波相位等卫星原始观测信息；从igs组织网站上下载卫星精密星历产品，获得高精度卫星位置和卫星钟差信息。
[0106]
采用拉格朗日内插方法对上述高精度卫星位置和卫星钟差进行内插，获得与上述卫星原始观测值时间同步的卫星位置和卫星钟差。
[0107]
考虑卫星信号传播过程中各种误差源矫正补偿上述信息误差，主要包括：
[0108]
gnss信号经过大气中的电离层时会因其中的电磁波产生延迟，可用双频信号组成消除电离层组合观测值来有效减少电离层延迟：
[0109][0110]
其中，a3为消电离层组合观测值，f1、f2为不同gnss信号频率，a1、a2分别为频率f1和f2的卫星观测值。
[0111]
gnss信号经过大气中的对流层时也会产生延迟，与电离层延迟不同，对流层延迟只能采用误差模型校正。将对流层延迟分为干燥气体引起的干分量延迟和湿润气体引起的湿分量延迟，则可通过saastamoinen模型等误差模型减少干分量延迟带来的影响，用误差估计的方法估计湿分量延迟带给定位结果的误差。
[0112]
卫星时钟与接收机时钟受到的重力和速度因所在位置不同而并不相同，用户可用下式进行此相对论效应的校正：
[0113][0114]
其中，rela为相对论效应，r为卫星位置，v为卫星速度，c为光速。
[0115]
gnss信号传播至卫星接收机的这段时间，因地球自转导致卫星发射和接收机接收时卫星坐标发生了变化，由(xs,ys,zs)变为(x
s'
,y
s'
,z
s'
)，需要对卫星坐标进行校正：
[0116][0117]
其中，ω为地球自转角速度，δt为信号传播时间长度。
[0118]
精密星历记录的卫星位置不是卫星天线相位中心的位置，再加上卫星天线相位中心会发生改变，会给精密单点定位引入卫星位置误差，这种误差可通过igs发布的antex(antenna exchange format)文件有效校正。
[0119]
采用星间单差的方式来消除接收机相关误差，选用信号质量最好的卫星作为参考卫星，将其他卫星的卫星原始观测值减去参考卫星的卫星原始观测值，最终相互抵消相同的接收机误差项。
[0120]
利用卡尔曼滤波器估计待定位物体运动状态信息，卡尔曼滤波器内部设置如下：
[0121]
构建的卡尔曼滤波器状态向量如下所示：
[0122][0123]
其中，[x y z]表示当前估计的三维位置，[v
x v
y vz]表示当前估计的三维速度，[a
x a
y az]表示当前估计的三维加速度，δd
wet
表示当前估计的对流层湿分量延迟，δn
if
表示表示当前估计的消除电离层组合的载波相位模糊度浮点解，m表示当前估计参考卫星，n表示当前估计的卫星颗数。
[0124]
加速度因物体运动随时间的相关性可以被认为是一阶马尔可夫过程，加速度模型为：
[0125][0126]
其中，τ是系统相关时间常数，ωa是零均值白噪声。
[0127]
采用一阶马尔可夫模型加速度建模，随机游走模型分别对消除电离层组合的载波相位模糊度和对流层湿分量延迟建模，则系统矩阵为：
[0128][0129]
卡尔曼滤波器量测向量为星间单差消除电离层后的载波相位之差：
[0130][0131]
系统测量矩阵为：
[0132][0133]
其中，m
wet
是对流层湿分量系数，e是表示卫星-用户速度差沿视线方向单位矢量投
影。
[0134]
因为不同卫星单差消除电离层组合的载波相位之间具有相关性，所以系统测量噪声协方差矩阵表示为：
[0135][0136]
其中，表示单差消除电离层组合的载波相位的噪声方差。
[0137]
步骤s20：通过采用mw(melbourne-wubeena combination)组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式固定宽巷模糊度；
[0138]
卫星观测方程为：
[0139][0140]
其中，p为伪距，ρ为卫星与接收机之间的真实距离，dtr接收机钟差，dts为卫星钟差，d
ion
为电离层误差，d
trop
为对流层误差，分别为卫星端和接收机端的伪距偏差，ε为其他误差，l为载波相位，n为整周模糊度，λ为波长，分别为卫星端和接收机端的相位偏差。
[0141]
采用双频消除电离层组合观测值消除电离层延迟，卫星观测方程变为：
[0142][0143][0144]
所使用的igs精密卫星钟差产品以伪距为基准，若在载波相位中使用会引入偏差，所以本方法中仅在伪距中使用igs精密卫星钟差产品，在载波相位方程中则使用依据整数相位种模糊度固定方法得到的cnes精密卫星钟差产品，则卫星观测方程的相位偏差的影响可被吸入钟差中变为：
[0145][0146][0147]
则若知晓以上四种钟差，载波相位模糊度固定解即可求得，完成整个模糊度固定过程。
[0148]
星间差分后卫星观测方程为：
[0149][0150][0151]
将按照mw(melbourne-wiibbena)组合分解为：
[0152][0153]
其中，下标1和2分别表示相同卫星的两个不同的信号频段，表示宽巷模糊度，表示窄巷模糊度，窄巷波长宽巷波长
[0154]
使用mw卫星观测值固定宽巷模糊度
[0155][0156]
其中，是卫星i的mw组合观测值，b
r,mw
表示接收机宽巷偏差，是卫星宽巷偏差，为mw组合观测值中未模型化的剩余误差。
[0157]
通过上式知宽巷模糊度可表示为：
[0158][0159]
其中，τ
r,wl
为以周为单位的宽巷偏差，前者可通过grg钟差文件中的gps宽巷偏差改正值消除，后者可通过之前的星间差分方式消除，从而完成宽巷模糊度的固定。
[0160]
受伪距观测噪声的影响，mw组合观测量噪声较大，所以对于单颗卫星，采用平滑处理可提升数据质量：
[0161][0162]
其中，为经平滑处理的宽巷模糊度，k为当前时间历元。
[0163]
星间差分后的宽巷模糊度可表示为：
[0164][0165]
步骤s30：通过模糊度浮点解、宽巷模糊度固定解确定窄巷模糊度浮点解之后，用lambda算法搜索得到窄巷模糊度固定解；
[0166]
窄巷模糊度模糊度浮点解可通过模糊度浮点解、宽巷模糊度固定解求得：
[0167]
[0168]
窄巷模糊度模糊度的协方差矩阵为：
[0169][0170]
因为精密单点定位中窄巷模糊度的波长较短，相关性较强，所以采取整数最小二乘搜索算法进行固定。通过将窄巷模糊度模糊度浮点解和其协方差矩阵输入到最小二乘模糊度降相关平差搜索方法(least-square ambiguity decorrelation adjustment,lambda)中可求得窄巷模糊度固定解，完成星间差分窄巷模糊度固定过程。
[0171]
首先是整周模糊度的降相关，因为星间差分窄巷模糊度的协方差矩阵因星间单差而具有相关性，可采用cholesky方法实施降相关：
[0172][0173][0174]
其中，l为下三角矩阵，d为对角矩阵，q1是具有对称性和正定性的变换矩阵。
[0175]
重复上式直至最终矩阵[lm]-1
变成单位矩阵。假设一共迭代m次，则最终变换矩阵z：
[0176][0177]
如此经z变换获得的矩阵可认为不具有相关性，使后续模糊度的搜索空间领域从椭球变成近似标准的球体。
[0178]
然后是整周模糊度的搜索空间确定，搜索空间可表示为：
[0179][0180]
其中，χ2是控制搜索区域大小的常量。
[0181]
在星间差分窄巷模糊度浮点解和对其协方差矩阵进行将相关处理的基础上，进行变换后模糊度整数最小化处理。
[0182][0183]
最后是整周模糊度搜索，搜索方向从第n个开始到第1个结束来避免ni对nj(j＝i+1,
…
,n-1)的搜索产生影响。从后一个模糊度开始搜索并确立搜索边界，然后对前一个模糊度展开搜索，直到第一个模糊度完成搜索，完成整个固定过程。如此通过递归方式建立各个模糊度的搜索边界，当第i+1个模糊度被固定成功，就可以开始搜索固定第i个模糊度的界限：
[0184][0185][0186]
最后，通过整数逆变换就能得到星间差分窄巷模糊度的固定解。
[0187]
步骤s40：在窄巷模糊度固定成功且固定值不变时利用宽巷模糊度固定解和窄巷
模糊度固定解来固定无电离层模糊度，将无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到位置速度等其他参数的固定解。
[0188]
当窄巷模糊度固定结果多次成功固定且固定数值不变时，可开始固定最终载波相位模糊度，表示为：
[0189][0190]
无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到位置速度等其他参数的固定解提供给下一个历元使用。
[0191]
根据上述各模型并通过本发明方法可以得出以下实验结果：
[0192]
载体运行时，利用实时测得的卫星观测值和高精度精密星历产品，通过经模糊度固定过程后精密单点定位方法得到收敛速度更快、精度更优、更能在复杂环境保持稳定输出的定位结果。
[0193]
综上所述，本发明实施例首先使用卫星接收机测量接收伪距、载波相位等卫星原始观测信息，使用igs发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息；对以上信息进行内插计算获得所需历元数据，搭建误差修正模型校正以上数据；把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解。然后，通过采用mw组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式固定宽巷模糊度；通过模糊度浮点解、宽巷模糊度固定解确定窄巷模糊度浮点解之后用lambda算法搜索得到窄巷模糊度固定解；在窄巷模糊度固定成功且固定值不变时利用宽巷模糊度固定解和窄巷模糊度固定解来固定无电离层模糊度，最后将无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到位置速度等其他参数的固定解，保障精密单点定位高精度快速收敛结果输出，增强精密单点定位在复杂交通环境下的适应性。
[0194]
本发明实施例提供了一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，对目标定位过程中对卫星原始观测数据和高精度精密星历产品进行先内插后误差校正的处理步骤，由经模糊度固定过程后精密单点定位方法获取运动位置，在多方面增强了定位系统的定位表现。
[0195]
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0196]
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0197]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根
据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0198]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，其特征在于，包括：在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用igs发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解；通过采用mw组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解；根据所述载波相位模糊度浮点解和所述宽巷模糊度固定解获取窄巷模糊度浮点解，根据窄巷模糊度浮点解用lambda算法搜索得到窄巷模糊度固定解；根据所述宽巷模糊度固定解和所述窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将所述无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用igs发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解，包括：在对需要定位的物体上放置卫星接收机，从卫星接收机获取整个定位过程中所需伪距、载波相位卫星原始观测信息，从igs组织网站上下载卫星精密星历产品获得卫星位置和卫星钟差信息；采用拉格朗日内插方法对所述卫星位置和卫星钟差进行内插，获得与所述卫星原始观测值时间同步的卫星位置和卫星钟差；考虑卫星信号传播过程中各种误差源矫正补偿上述信息误差，包括：用双频信号组成消除电离层组合观测值来减少电离层延迟：其中，a3为消电离层组合观测值，f1、f2为不同gnss信号频率，a1、a2分别为频率f1和f2的卫星观测值；将对流层延迟分为干燥气体引起的干分量延迟和湿润气体引起的湿分量延迟，用误差估计的方法估计湿分量延迟带给定位结果的误差；卫星时钟与接收机时钟受到的重力和速度因所在位置不同而并不相同，用户可用下式进行此相对论效应的校正：其中，rela为相对论效应，r为卫星位置，v为卫星速度，c为光速。gnss信号传播至卫星接收机的这段时间，因地球自转导致卫星发射和接收机接收时卫星坐标发生了变化，由(x
s
,y
s
,z
s
)变为(x
s'
,y
s'
,z
s'
)，需要对卫星坐标进行校正：
其中，ω为地球自转角速度，δt为信号传播时间长度；采用星间单差的方式来消除接收机相关误差，选用信号质量最好的卫星作为参考卫星，将其他卫星的卫星原始观测值减去参考卫星的卫星原始观测值，最终相互抵消相同的接收机误差项；利用卡尔曼滤波器估计待定位物体运动状态信息，卡尔曼滤波器内部设置如下：构建的卡尔曼滤波器状态向量如下所示：其中，[x y z]表示当前估计的三维位置，[v
x v
y v
z
]表示当前估计的三维速度，[a
x a
y a
z
]表示当前估计的三维加速度，δd
wet
表示当前估计的对流层湿分量延迟，δn
if
表示表示当前估计的消除电离层组合的载波相位模糊度浮点解，m表示当前估计参考卫星，n表示当前估计的卫星颗数；加速度因物体运动随时间的相关性被认为是一阶马尔可夫过程，加速度模型为：其中，τ是系统相关时间常数，ω
a
是零均值白噪声。采用一阶马尔可夫模型加速度建模，随机游走模型分别对消除电离层组合的载波相位模糊度和对流层湿分量延迟建模，则系统矩阵为：卡尔曼滤波器量测向量为星间单差消除电离层后的载波相位之差：系统测量矩阵为：其中，m
wet
是对流层湿分量系数，e是表示卫星-用户速度差沿视线方向单位矢量投影；因为不同卫星单差消除电离层组合的载波相位之间具有相关性，所以系统测量噪声协方差矩阵表示为：其中，表示单差消除电离层组合的载波相位的噪声方差。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的通过采用mw组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解，包括：卫星观测方程为：其中，p为伪距，ρ为卫星与接收机之间的真实距离，dt
r
接收机钟差，dt
s
为卫星钟差，d
ion
为电离层误差，d
trop
为对流层误差，分别为卫星端和接收机端的伪距偏差，ε为其他误差，l为载波相位，n为整周模糊度，λ为波长，分别为卫星端和接收机端的相位偏差；采用双频消除电离层组合观测值消除电离层延迟，卫星观测方程变为：采用双频消除电离层组合观测值消除电离层延迟，卫星观测方程变为：仅在伪距中使用igs精密卫星钟差产品，在载波相位方程中则使用依据整数相位种模糊度固定方法得到的cnes精密卫星钟差产品，则卫星观测方程的相位偏差的影响被吸入钟差中，卫星观测方程变为：差中，卫星观测方程变为：星间差分后卫星观测方程为：星间差分后卫星观测方程为：将按照mw组合分解为：其中，下标1和2分别表示相同卫星的两个不同的信号频段，表示宽巷模糊度，表
示窄巷模糊度，窄巷波长宽巷波长使用mw卫星观测值固定宽巷模糊度使用mw卫星观测值固定宽巷模糊度其中，是卫星i的mw组合观测值，b
r,mw
表示接收机宽巷偏差，是卫星宽巷偏差，为mw组合观测值中未模型化的剩余误差；通过上式知宽巷模糊度表示为：其中，τ
r,wl
为以周为单位的宽巷偏差，通过grg钟差文件中的gps宽巷偏差改正值消除，τ
r,wl
通过之前的星间差分方式消除，完成宽巷模糊度的固定；对于单颗卫星，采用平滑处理提升数据质量：其中，为经平滑处理的宽巷模糊度，k为当前时间历元；星间差分后的宽巷模糊度表示为：4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的根据所述载波相位模糊度浮点解和所述宽巷模糊度固定解获取窄巷模糊度浮点解，根据窄巷模糊度浮点解用lambda算法搜索得到窄巷模糊度固定解，包括：窄巷模糊度模糊度浮点解通过模糊度浮点解、宽巷模糊度固定解求得：窄巷模糊度模糊度的协方差矩阵为：通过将窄巷模糊度模糊度浮点解和其协方差矩阵输入到最小二乘模糊度降相关平差搜索方法中求得窄巷模糊度固定解，完成星间差分窄巷模糊度固定过程；星间差分窄巷模糊度的协方差矩阵因星间单差而具有相关性，采用cholesky方法实施降相关：降相关：其中，l为下三角矩阵，d为对角矩阵，q1是具有对称性和正定性的变换矩阵；
重复上式直至最终矩阵[l
m
]-1
变成单位矩阵，假设一共迭代m次，则最终变换矩阵z：整周模糊度的搜索空间确定为：其中，χ2是控制搜索区域大小的常量。在星间差分窄巷模糊度浮点解和对其协方差矩阵进行将相关处理的基础上，进行变换后模糊度整数最小化处理。搜索整周模糊度，搜索方向从第n个开始到第1个结束来避免n
i
对n
j
(j＝i+1,
…
,n-1)的搜索产生影响，从后一个模糊度开始搜索并确立搜索边界，然后对前一个模糊度展开搜索，直到第一个模糊度完成搜索，完成整个固定过程，如此通过递归方式建立各个模糊度的搜索边界，当第i+1个模糊度被固定成功，就开始搜索固定第i个模糊度的界限：索边界，当第i+1个模糊度被固定成功，就开始搜索固定第i个模糊度的界限：最后，通过整数逆变换得到星间差分窄巷模糊度的固定解。5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的根据所述宽巷模糊度固定解和所述窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将所述无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解，包括：当窄巷模糊度固定结果多次成功固定且固定数值不变时，开始固定最终载波相位模糊度，表示为：将无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数，再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解，并提供给下一个历元使用。

技术总结
本发明提供了一种精密单点定位逐级模糊度固定方法。该方法包括：使用卫星接收机测量接收卫星原始观测信息，使用IGS发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，估计得到载波相位模糊度浮点解；通过采用MW组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解，获取窄巷模糊度浮点解，搜索得到窄巷模糊度固定解；根据宽巷模糊度固定解和窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到位置和速度的固定解。本发明方法对卫星原始观测数据和精密星历产品进行先内插后误差校正，由经模糊度固定过程后精密单点定位方法获取运动位置，增强了定位系统的定位表现。位表现。位表现。


技术研发人员：姜维 刘涛 蔡伯根 王剑 上官伟 刘江 陆德彪 柴琳果 巴晓辉
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/11/1