一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法及装置

摘要

本发明公开了一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法及装置，涉及卫星定位技术领域，所述方法包括：获取多项式拟合方程；根据多项式拟合方程和多项式拟合方程的残差确定多项式拟合方程的中误差，并根据多项式拟合方程确定当前历元的组合载波观测值的预测值；确定当前历元的组合载波观测值的预测值与当前历元的组合载波观测值的实测值的差值的绝对值是否小于k倍的多项式拟合方程的中误差；在确定大于k倍的多项式拟合方程的中误差时，确定当前历元发生周跳；获取当前历元各频点的周跳值，并修复当前历元各频点的周跳值。本发明避免了周跳解算错误的情况出现，提高了周跳探测和修复的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，尤其涉及一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测 修复方法及装置。

背景技术

接收机在接收卫星信号的过程中，由于障碍物遮挡、接收机故障和低信噪比等因 素造成卫星信号暂时中断，致使载波相位观测值整周计数发生突变，而不足一周的部分依 然正确的现象称为周跳，周跳的存在严重影响了载波观测值，因此，在高精度导航和定位中 必须予以消除。周跳的确定是载波相位测量中特有的问题，要想获得高精度的载波观测值， 就需要首先确定周跳，可知BDS((BeiDouNavigationSatelliteSystem，中国北斗卫星导 航系统)播发三个频率的载波信号，如何利用三频组合的优势探测周跳成为研究的热点。

现有技术中的BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法虽然探测精度高，通过 选取合适的组合系数可以探测大部分周跳，但是在低采样率的情况下，由于采样间隔大，历 元间站星距离变化大，噪声残差和电离层残差影响变大，使得周跳检验量变大，导致会有周 跳解算错误的情况出现，降低了周跳探测和修复的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法及装置，用 于避免周跳解算错误的情况出现，提高周跳探测和修复的精度。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

本发明提供一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法，包括：获取多项式拟 合方程；根据所述多项式拟合方程和所述多项式拟合方程的残差确定所述多项式拟合方程 的中误差，并根据所述多项式拟合方程确定当前历元的组合载波观测值的预测值；确定所 述当前历元的组合载波观测值的预测值与所述当前历元的组合载波观测值的实测值的差 值的绝对值是否小于k倍的所述多项式拟合方程的中误差；其中，所述k为正整数；在确定所 述当前历元的载波预测值与所述当前历元的组合载波实测值的差值的绝对值大于k倍的所 述多项式拟合方程的中误差时，确定当前历元发生周跳；获取当前历元各频点的周跳值，并 修复当前历元各频点的周跳值。

进一步，所述获取当前历元各频点的周跳值包括：根据方程解算当前历元各频点的周跳值，得到△N＝A^-1*△n；其中，A为根据三频伪距相位组合系数 x_i,y_i,z_i得到的探测矩阵，i＝1,2,3，△N为各频点的周跳值集合，△n为当前历元的三个三 频伪距相位组合的周跳值的集合。

进一步，在所述修复当前历元各频点的周跳值后，还包括：根据所述探测矩阵A和 修复后的当前历元各频点的周跳值确定修复后的组合周跳值△N_B；确定是否大 于零；其中，为所述组合观测值的探测阈值；在确定大于零时，将所述当 前历元的组合载波观测值的预测值与所述当前历元的组合载波观测值的实测值的差值取 整，并根据所述探测矩阵A和取整后得到的周跳值再次解算各频点的周跳值，修复再次解算 后得到的各频点的周跳值，并根据所述探测矩阵A和修复后的所述再次解算后得到的各频 点的周跳值确定再次修复后的组合周跳值，直至确定所述再次修复后的组合周跳值的绝对 值与组合观测值的探测阈值的差值小于等于零。

进一步，所述获取多项式拟合方程包括：获取m个无整周跳变的载波观测值；其中， 所述m为正整数；采用最小二乘法，并根据所述m个无整周跳变的载波观测值得到多项式拟 合方程其中，所述m个无整周跳变的载波观 测值为所述当前历元之前获取的值，i＝1,2,......m,m>k+1，k为正整数，a₀,a₁,…,a_k为多 项式拟合方程的系数；根据所述多项式拟合方程和所述多项式拟合方程的残差确定所述多 项式拟合方程的中误差包括：根据公式确定所述多项式拟合方程的中误 差，其中，σ为多项式拟合方程的中误差，V_i为多项式拟合方程的残差，m为无整周跳变的载 波观测值的个数，n为拟合多项式的阶数。

进一步，所述k等于3。

本发明提供一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复装置，包括：获取单元，用 于获取多项式拟合方程；确定单元，用于根据所述多项式拟合方程和所述多项式拟合方程 的残差确定所述多项式拟合方程的中误差，并根据所述多项式拟合方程确定当前历元的组 合载波观测值的预测值；所述确定单元，还用于确定所述当前历元的组合载波观测值的预 测值与所述当前历元的组合载波观测值的实测值的差值的绝对值是否小于k倍的所述多项 式拟合方程的中误差；其中，所述k为正整数；所述确定单元，还用于在确定所述当前历元的 载波预测值与所述当前历元的组合载波实测值的差值的绝对值大于k倍的所述多项式拟合 方程的中误差时，确定当前历元发生周跳；所述获取单元，还用于获取当前历元各频点的周 跳值；处理单元，用于修复当前历元各频点的周跳值。

进一步，所述获取单元，具体用于根据方程解算当前历 元各频点的周跳值，得到△N＝A^-1*△n；其中，A为根据三频伪距相位组合系数x_i,y_i,z_i得到 的探测矩阵，i＝1,2,3，△N为各频点的周跳值集合，△n为当前历元的三个三频伪距相位组 合的周跳值的集合。

进一步，所述确定单元，还用于根据所述探测矩阵A和修复后的当前历元各频点的 周跳值确定修复后的组合周跳值△N_B；所述确定单元，还用于确定是否大于零； 其中，为所述组合观测值的探测阈值；所述处理单元，还用于在所述确定单元确定 大于零时，将所述当前历元的组合载波观测值的预测值与所述当前历元的组 合载波观测值的实测值的差值取整，并根据所述探测矩阵A和取整后得到的周跳值再次解 算各频点的周跳值，修复再次解算后得到的各频点的周跳值，并根据所述探测矩阵A和修复 后的所述再次解算后得到的各频点的周跳值确定再次修复后的组合周跳值，直至确定所述 再次修复后的组合周跳值的绝对值与组合观测值的探测阈值的差值小于等于零。

进一步，所述获取单元，具体用于获取m个无整周跳变的载波观测值；其中，所述m 为正整数；所述获取单元，具体用于采用最小二乘法，并根据所述m个无整周跳变的载波观 测值得到多项式拟合方程其中，所述m个无 整周跳变的载波观测值为所述当前历元之前获取的值，i＝1,2,......m,m>k+1，k为正整 数，a₀,a₁,…,a_k为多项式拟合方程的系数；所述确定单元，具体用于根据公式 确定所述多项式拟合方程的中误差，其中，σ为多项式拟合方程的中误差， V_i为多项式拟合方程的残差，m为无整周跳变的载波观测值的个数，n为拟合多项式的阶数。

进一步，所述k等于3。

本发明提供的一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法及装置，根据多项 式拟合方程获取到当前历元的组合载波观测值的预测值，在确定当前历元的载波预测值与 所述当前历元的组合载波实测值的差值的绝对值大于k倍的多项式拟合方程的中误差时， 确定当前历元发生周跳，此时，获取当前历元各频点的周跳值，并修复当前历元各频点的周 跳值，这样，在低采样率的情况下，能够避免周跳解算错误的情况出现，提高周跳探测和修 复的精度。

附图说明

图1是本发明提供的一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法的流程示意 图；

图2是本发明提供的另一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法的流程示 意图；

图3是本发明提供的一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复装置的功能示意 图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法的流程 示意图，包括如下步骤：

101、获取多项式拟合方程。

具体的，获取多项式拟合方程的步骤如下：

获取m个无整周跳变的载波观测值；其中，所述m为正整数；

采用最小二乘法，并根据所述m个无整周跳变的载波观测值得到多项式拟合方程

其中，所述m个无整周跳变的载波观测值为所述当前历元之前获取的值，i＝1, 2,......m,m>k+1，k为正整数，a₀,a₁,…,a_k为多项式拟合方程的系数。

需要说明的是，在获取多项式拟合方程时，需要根据实际需求确定多项式阶数k和 拟合窗宽度m，若多项式阶数k太低，拟合精度不高；若多项式阶数k太高，计算量太大且造成 偏差增大，所以本发明选取k为3或4；另外，由于随着时间的推移，多项式拟合的精度会逐渐 下降，所以通常选取滑动的拟合窗来预测下一历元的载波值，即去除掉最初的一部分观测 值，加入等量后续无周跳的实际观测值，重复上述多项式拟合过程，若拟合窗宽度m较小时， 拟合精度不高，外推的值不精确；若拟合窗宽度m较大时，外推的值会更准确，但会增加计算 量，本发明根据不同的宽度试验，得到m＝6～8时精度适合。

102、根据所述多项式拟合方程和所述多项式拟合方程的残差确定所述多项式拟 合方程的中误差，并根据所述多项式拟合方程确定当前历元的组合载波观测值的预测值。

具体的，根据公式确定所述多项式拟合方程的中误差，其中，σ为 多项式拟合方程的中误差，V_i为多项式拟合方程的残差，m为无整周跳变的载波观测值的个 数，n为拟合多项式的阶数。

103、确定所述当前历元的组合载波观测值的预测值与所述当前历元的组合载波 观测值的实测值的差值的绝对值是否小于k倍的所述多项式拟合方程的中误差。

其中，所述k为正整数。

优选的，k等于3。

需要说明的是，根据确定结果的不同，下述执行的步骤也不同，在确定当前历元的 载波预测值与当前历元的组合载波实测值的差值的绝对值大于k倍的多项式拟合方程的中 误差时，执行步骤104和步骤105，在确定当前历元的载波预测值与当前历元的组合载波实 测值的差值的绝对值小于等于k倍的多项式拟合方程的中误差时，认为当前历元没有发生 周跳，不执行下述任一步骤。

104、在确定所述当前历元的载波预测值与所述当前历元的组合载波实测值的差 值的绝对值大于k倍的所述多项式拟合方程的中误差时，确定当前历元发生周跳。

105、获取当前历元各频点的周跳值，并修复当前历元各频点的周跳值。

具体的，根据方程解算当前历元各频点的周跳值，得到 △N＝A^-1*△n。

其中，A为根据三频伪距相位组合系数x_i,y_i,z_i得到的探测矩阵，i＝1,2,3，△N为 各频点的周跳值集合，△n为当前历元的三个三频伪距相位组合的周跳值的集合。

作为上述技术方案的进一步改进，如图2所示，在执行上述步骤105后，还包括：

106、根据所述探测矩阵A和修复后的当前历元各频点的周跳值确定修复后的组合 周跳值△N_B。

107、确定是否大于零。

其中，为所述组合观测值的探测阈值，为组合周跳探测检测量的中误差。

具体的，是根据组合周跳值△N_B和误差传播定律获得，具体公式为

公式中，表示历元间做差值，表示载波中误差，这里假定δ_ρ表示伪距中误差，a_i,b_i,c_i、u_i,v_i,w_i(i＝1,2,3)分别表示载波组合系数和伪距组合系数。

需要说明的是，根据确定的结果不同，下述执行的步骤也不同，在确定 大于零时，执行步骤108；在确定小于等于零时，不执行下述步 骤。

108、在确定大于零时，将所述当前历元的组合载波观测值的预测值 与所述当前历元的组合载波观测值的实测值的差值取整，并根据所述探测矩阵A和取整后 得到的周跳值再次解算各频点的周跳值，修复再次解算后得到的各频点的周跳值，并根据 所述探测矩阵A和修复后的所述再次解算后得到的各频点的周跳值确定再次修复后的组合 周跳值，直至确定所述再次修复后的组合周跳值的绝对值与组合观测值的探测阈值的差值 小于等于零。

本发明提供了一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复方法，根据多项式拟合 方程获取到当前历元的组合载波观测值的预测值，在确定当前历元的载波预测值与所述当 前历元的组合载波实测值的差值的绝对值大于k倍的多项式拟合方程的中误差时，确定当 前历元发生周跳，此时，获取当前历元各频点的周跳值，并修复当前历元各频点的周跳值， 这样，在低采样率的情况下，能够避免周跳解算错误的情况出现，提高周跳探测和修复的精 度。进一步的，本发明将修复后的当前历元各频点的周跳值进行验证，当修复后的当前历元 各频点的周跳值不满足要求时，将当前历元的组合载波观测值的预测值与当前历元的组合 载波观测值的实测值的差值取整，并根据探测矩阵A和取整后得到的周跳值再次解算各频 点的周跳值，修复再次解算后得到的各频点的周跳值，直至满足要求，进一步提高了周跳探 测和修复的精度。

本发明提供了一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复装置，如图3所示，包括： 获取单元301、确定单元302和处理单元303。

所述获取单元301，用于获取多项式拟合方程。

所述获取单元301，具体用于获取m个无整周跳变的载波观测值。

其中，所述m为正整数。

所述获取单元301，具体用于采用最小二乘法，并根据所述m个无整周跳变的载波 观测值得到多项式拟合方程

其中，所述m个无整周跳变的载波观测值为所述当前历元之前获取的值，i＝1, 2,......m,m>k+1，k为正整数，a₀,a₁,…,a_k为多项式拟合方程的系数。

所述确定单元302，用于根据所述多项式拟合方程和所述多项式拟合方程的残差 确定所述多项式拟合方程的中误差，并根据所述多项式拟合方程确定当前历元的组合载波 观测值的预测值。

所述确定单元302，具体用于根据公式确定所述多项式拟合方程 的中误差，其中，σ为多项式拟合方程的中误差，V_i为多项式拟合方程的残差，m为无整周跳 变的载波观测值的个数，n为拟合多项式的阶数。

所述确定单元302，还用于确定所述当前历元的组合载波观测值的预测值与所述 当前历元的组合载波观测值的实测值的差值的绝对值是否小于k倍的所述多项式拟合方程 的中误差。

其中，所述k为正整数。

优选的，k等于3。

所述确定单元302，还用于在确定所述当前历元的载波预测值与所述当前历元的 组合载波实测值的差值的绝对值大于k倍的所述多项式拟合方程的中误差时，确定当前历 元发生周跳；

所述获取单元301，还用于获取当前历元各频点的周跳值。

所述获取单元301，具体用于根据方程解算当前历元各 频点的周跳值，得到△N＝A^-1*△n。

其中，A为根据三频伪距相位组合系数x_i,y_i,z_i得到的探测矩阵，i＝1,2,3，△N为 各频点的周跳值集合，△n为当前历元的三个三频伪距相位组合的周跳值的集合。

所述处理单元303，用于修复当前历元各频点的周跳值。

本发明提供了一种BDS三频伪距相位组合的周跳探测修复装置，根据多项式拟合 方程获取到当前历元的组合载波观测值的预测值，在确定当前历元的载波预测值与所述当 前历元的组合载波实测值的差值的绝对值大于k倍的多项式拟合方程的中误差时，确定当 前历元发生周跳，此时，获取当前历元各频点的周跳值，并修复当前历元各频点的周跳值， 这样，在低采样率的情况下，能够避免周跳解算错误的情况出现，提高周跳探测和修复的精 度。进一步的，本发明将修复后的当前历元各频点的周跳值进行验证，当修复后的当前历元 各频点的周跳值不满足要求时，将当前历元的组合载波观测值的预测值与当前历元的组合 载波观测值的实测值的差值取整，并根据探测矩阵A和取整后得到的周跳值再次解算各频 点的周跳值，修复再次解算后得到的各频点的周跳值，直至满足要求，进一步提高了周跳探 测和修复的精度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以 通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质 中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁 碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。