一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法与流程

专利2025-05-16  26


本发明涉及测绘科学与,尤其涉及一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法。


背景技术:

1、gnss形变监测技术由于具有自动化程度高、可高精度全天候监测等优势,已广泛应用于桥梁、大坝、滑坡、建筑物等工程实施与安全监测领域。但由于部分桥梁、大坝、滑坡所处的高山峡谷环境存在gnss信号遮挡会导致卫星可见性较差、gnss信号多路径干扰以及非视距接收等不利影响,最终导致rtk定位精度的受限进而给gnss形变监测能力造成了一定的破坏。

2、伪卫星作为导航卫星的重要补充,可以在gnss卫星观测条件较差或gnss拒止环境下通过位置固定的伪卫星改善卫星几何分布从而提高定位精度,为此通常通过布设地基伪卫星增强系统补充低高度角观测信息,优化定位能力并提升定位精度。但长时间监测运行在所处的大坝、桥梁以及山体坡面等环境下伪卫星本身位置可能出现变动导致观测值异常偏移,且观测环境常常在水域附近造成较为严重的多路径误差而出现观测值错误等问题,降低了地基伪卫星增强系统的定位精度和可靠性,为gnss伪卫星组合高精度形变监测的发展带来一定的阻碍。


技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点,本发明的目的是提供一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,以解决现有技术中的一个或多个问题。

2、为实现上述目的,本发明的技术方案如下:

3、一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,包括步骤如下:

4、基于zupt约束建立gnss/imu组合定位;

5、故障检测,包括检测伪卫星本身位置故障以及引入欧式距离矩阵检测伪卫星观测值故障;

6、基于检测结果对伪卫星执行决策;

7、引入预测观测值修正量修正伪距、载波相位观测值;

8、rtk解算。

9、进一步的,所述基于zupt约束建立gnss/imu组合定位的构建按步骤如下:

10、对gnss卫星数据进行rtk定位获得伪卫星接收端位置ppl;

11、利用伪卫星惯性测量单元imu采集信息并力学编排得到推算位置pimu、速度vimu、姿态信息aimu后并通过扩展卡尔曼滤波ekf融合。

12、进一步的,所述检测伪卫星本身位置故障包括步骤如下:

13、标定最初的伪卫星接收天线位置pini;

14、求解pini与ekf后的伪卫星信号接收天线位置pk的伪卫星疑似本身位置△p;

15、执行判断,若△p≥5cm,则认为该伪卫星存在本身位移,反之则不存在。

16、进一步的,所述引入欧式距离矩阵检测伪卫星观测值故障包括步骤如下:

17、基于伪卫星发射端位置以及监测站接收机获得的伪距观测值构建欧式距离矩阵

18、转化欧式距离矩阵为对应的gram矩阵

19、对gram矩阵进行奇异值分解;

20、执行判断,若检验统计量大于检测阈值,则表明现有伪卫星中存在故障伪卫星,则需进行故障伪卫星的检测排除,重复检测排除直到剩余伪卫星检验统计量低于检测阈值,则认为剩余伪卫星中不存在观测值故障的伪卫星。

21、进一步的,所述转化欧式距离矩阵为对应的gram矩阵的转换公式如下式所示:

22、

23、式中:l表示几何中心矩阵,i表示单位矩阵,1表示1的列向量。

24、进一步的,所述执行判断的判断式如下式所示:

25、

26、式中:σi为矩阵的奇异值,d为状态空间的维数,为检验统计量,βthre为人为设置的检测阈值。

27、进一步的,所述基于检测结果对伪卫星执行决策包括情况如下:

28、对于出现本身位置故障但观测值未出现故障的伪卫星,给予保留观测值操作,但需通过无线传输进行告警信息的发送;

29、对于出现本身位置故障且观测值出现故障的伪卫星,在解算时直接将此伪卫星排除不参与解算;

30、对于本身位置无故障,仅出现观测值故障的伪卫星,给予降权操作并在解算时将其观测值权重调整为0.5。

31、进一步的,所述引入预测观测值修正量的步骤如下:

32、基于历史数据构建数据集;

33、利用反演多径误差值对样本标定;

34、基于集成袋装回归树建立观测值修正量预测模型。

35、进一步的,所述反演多径误差值分别包括gnss卫星和伪卫星的伪距残差和载波相位小数部分残差。

36、进一步的,所述基于集成袋装回归树建立观测值修正量预测模型包括步骤如下:

37、子样本单一回归树模型生成;

38、基于所有回归树生成训练模型;

39、对gnss不同星座以及伪卫星分别建立预测模型。

40、与现有技术相比,本发明的有益技术效果如下:

41、(一)针对目前已有的面向室内定位环境的伪卫星故障检测与排除方法并不能很好地满足形变监测应用下桥梁、大坝、山体坡面等监测环境下的室外环境伪卫星故障检测与排除需求,本专利基于零速修正约束进行伪卫星位移自检并基于欧式距离矩阵实现伪卫星的故障检测,在无需参考卫星的条件下进行卫星观测量互检,并对不同故障情况的伪卫星进行降权或剔除操作,实现伪卫星gnss组合系统的观测质量控制。

42、(二)针对目前地基伪卫星增强系统未对观测值误差进行建模修正的问题,本发明使用深度学习采用历史数据对伪卫星和gnss卫星多路径误差进行建模,建立多路径误差与卫星位置、卫星信号质量以及环境水位的联系,实现观测值误差的预测和修正,提高伪卫星gnss组合系统的定位精度,提升形变监测能力与可靠性。



技术特征:

1.一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:包括步骤如下:

2.如权利要求1所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述基于zupt约束建立gnss/imu组合定位的构建按步骤如下:

3.如权利要求1所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述检测伪卫星本身位置故障包括步骤如下:

4.如权利要求1所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述引入欧式距离矩阵检测伪卫星观测值故障包括步骤如下:

5.如权利要求4所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述转化欧式距离矩阵为对应的gram矩阵的转换公式如下式所示:

6.如权利要求5所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述执行判断的判断式如下式所示:

7.如权利要求1所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述基于检测结果对伪卫星执行决策包括情况如下:

8.如权利要求1所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述引入预测观测值修正量的步骤如下:

9.如权利要求8所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述反演多径误差值分别包括gnss卫星和伪卫星的伪距残差和载波相位小数部分残差。

10.如权利要求9所述的一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,其特征在于:所述基于集成袋装回归树建立观测值修正量预测模型包括步骤如下:


技术总结
本发明涉及一种面向形变监测的伪卫星观测质量控制方法,包括步骤如下:基于ZUPT约束建立GNSS/IMU组合定位;故障检测,包括检测伪卫星本身位置故障以及引入欧式距离矩阵检测伪卫星观测值故障;基于检测结果对伪卫星执行决策;引入预测观测值修正量修正伪距、载波相位观测值;RTK解算。本发明使用深度学习采用历史数据对伪卫星和GNSS卫星多路径误差进行建模,建立多路径误差与卫星位置、卫星信号质量以及环境水位的联系,实现观测值误差的预测和修正,提高伪卫星GNSS组合系统的定位精度,提升形变监测能力与可靠性。

技术研发人员:吉莉,王敏,贾浩洋,凌凯峰,赵一沣
受保护的技术使用者:无锡卡尔曼导航技术有限公司南京技术中心
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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