GNSS的多维粗差探测方法、装置、电子设备及存储介质

摘要

本发明涉及一种GNSS的多维粗差探测方法、装置、电子设备及存储介质，其方法包括：获取每一组卫星的观测数据，并基于所述观测数据构建星间单差观测方程；获取载体的平稳运动特征，并基于所述平稳运动特征构建状态方程；利用所述星间单差观测方程与所述状态方程构建测速模型，并基于所述测速模型中的预测信息对所述每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量；根据所述观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系或所述观测值验前残差检验量的大小，探测所述导出多普勒观测值的粗差结果。本发明可以探测小于一周的粗差，提高GNSS测速的精度和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星大地测量技术领域，尤其涉及一种GNSS的多维粗差探测方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

近年来，全球卫星导航定位系统(GNSS)飞速发展，特别是随着北斗卫星系统全球组网完成并顺利投入使用，我国卫星导航产业应用也进入了高速发展时期。相比于传统的激光、声波、雷达等测速方法，GNSS测速具有全天候、覆盖全球、高精度等特点，在交通、无人驾驶等领域得到了广泛的应用。

速度是导航中的重要参数，获得载体的速度是解决导航、路径规划等一系列问题的前提。传统的GNSS速度测量主要基于位置差分法，通过对位置序列进行数值差分获得载体速度。然而，其对位置精度要求很高，在动态长基线的情况下模糊度往往难以固定。随着GNSS测速技术的进步，发展出了利用载波相位构造导出多普勒观测值的速度解算方法。其主要采用历元间差分的思想，消除了模糊度参数以及历元间变化缓慢的误差，可以实时获得高精度载体速度信息，同时对载体定位精度依赖性较低。

但是受测量环境的影响，载波相位观测值不可避免的存在粗差。尤其在采用多频多系统的测速模式下，观测值数量成倍增加，同个历元出现多个测量粗差的概率也逐渐增加，厘米级的观测粗差甚至会造成分米至米级的速度误差。因此，如何对多维粗差进行精准探测是一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种多维粗差探测方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决由于粗差探测不精准导致不能获得高精度载体速度信息的问题。

为了解决上述问题，第一方面，本发明提供一种GNSS的多维粗差探测方法，包括：

在GNSS中获取每一组卫星的观测数据，并基于所述观测数据构建星间单差观测方程；

获取载体的平稳运动特征，并基于所述平稳运动特征构建状态方程；

利用所述星间单差观测方程与所述状态方程构建测速模型，并基于所述测速模型中的预测信息对所述每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量；

根据所述观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系或所述观测值验前残差检验量的大小，探测所述导出多普勒观测值的粗差结果。

进一步的，所述基于所述观测数据构建星间单差观测方程，包括：

对所述观测数据进行预处理操作，得到预处理后的载波相位观测值；

利用所述预处理后的卫星载波相位观测值构建第一星间单差观测方程：

根据所述预处理后的载波相位观测值构建导出多普勒观测值；

根据所述导出多普勒观测值构建第二星间单差观测方程：

进一步的，所述利用所述星间单差观测方程与所述状态方程构建测速模型包括：

利用所述第二星间单差观测方程与所述状态方程构建所述测速模型：

所述测速模型中的预测信息包括载体预测速度，所述基于所述测速模型中的预测信息对所述每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量包括：

基于所述载体速度预测值对每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量

进一步的，根据所述观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系，探测所述导出多普勒观测值的粗差结果，包括：

对所述观测值验前残差检验量进行标准化处理得到标准化检验量

若所述标准化检验量

若所述标准化检验量

进一步的，根据所述观测值验前残差检验量的大小，探测所述导出多普勒观测值的粗差结果，包括：

对所述观测值验前残差检验量进行标准化处理得到标准化检验量

若所述标准化检验量

进一步的，所述对所述观测值验前残差检验量进行标准化处理得到标准化检验量

获取所述观测值验前残差检验量中各项误差的先验信息；

根据所述各项误差的先验信息，基于误差统计特性计算出所述观测值验前残差检验量的中误差

基于所述中误差对所述观测值验前残差检验量进行标准化处理得到所述标准化检验量

进一步的，上述方法还包括：

根据所述标准化检验量

权重调整公式为：

第二方面，本发明还提供一种多维粗差探测装置，包括：

观测方程构建模块，用于获取每一组卫星的观测数据，并基于所述观测数据构建星间单差观测方程；

状态方程构建模块，用于获取载体的平稳运动特征，并基于所述平稳运动特征构建状态方程；

检验量构建模块，用于利用所述星间单差观测方程与所述状态方程构建测速模型，并基于所述测速模型中的预测信息对所述每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量；

粗差探测模块，用于根据所述观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系或所述观测值验前残差检验量的大小，探测所述导出多普勒观测值的粗差结果。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述多维粗差探测方法中的步骤。

第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述多维粗差探测方法中的步骤。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的方法通过获取每一组卫星的观测数据，实现对多组卫星的观测，进而实现多维粗差，并且通过观测数据构建星间单差观测方程，可以避免误差；并且根据载体的平稳运动特征构建状态方程，减少测速模型的预测误差；最后通过观测方程与状态方程构建出测速模型，并且根据观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系获其大小探测观测值的粗差结果，以探测出小于一周的粗差。

此外，通过采用IGGⅢ抗差方案对导出多普勒观测值权进行降权处理，使得测速结果的可靠性和精度都得到了极大提高。

附图说明

图1为本发明提供的多维粗差探测方法的一实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的多维粗差探测装置200的一实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的一种电子设备一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

粗差是指在相同观测条件下作一系列的观测，其绝对值超过限差的测量偏差，含有粗差的测量数据绝不能采用，因此需要对粗差进行探测。

本发明提供了一种多维粗差探测方法、装置、电子设备及存储介质，以下分别进行说明。

请参阅图1，图1为本发明提供的多维粗差探测方法的一实施例的流程示意图，本发明的一个具体实施例，公开了一种多维粗差探测方法，包括：

步骤S101：获取每一组卫星的观测数据，并基于观测数据构建星间单差观测方程；

其中，所述观测数据包括卫星的载波相位观测值、卫星高度角及卫星广播星历等数据，本发明通过获取多组卫星的观测数据，从多维角度进行粗差的探测。

通过基于观测数据构建观测卫星之间的单差观测方程，便于对粗差进行探测，可以理解的是，单差是指直接将观测值相减，所获得的结果为载波相位观测值的单差，其包括在观测卫星之间求一次差，在接收机间求一次差和在不同历元间求一次差。通过在接收机间求一次差，可以消除卫星钟差，接收机钟差参数数量减少，同时卫星星历误差、电离层误差和对流层延迟的影响也可以减弱。

在本发明的一个实施例中，基于观测数据构建星间单差观测方程，包括：

对观测数据进行预处理操作，得到预处理后的载波相位观测值；

可以理解的是，一般情况下，初步获取的观测数据比较杂乱，因此需要对观测数据进行预处理操作，具体为对获得的观测数据进行质量检测，去除信噪比低的观测数据以及含有周跳的观测数据。

利用预处理后的卫星载波相位观测值构建第一星间单差观测方程：

根据预处理后的载波相位观测值构建导出多普勒观测值；

根据导出多普勒观测值构建第二星间单差观测方程：

可以理解的是，在构建完观测方程后，为了使得观测方程可以进一步地服务测速模型，也为了进一步增强单差的效果，可以对观测方程进行误差修正。在本发明的一个实施例中，具体包括：可以利用广播星历计算获得卫星位置和速度，利用标准单点定位获得接收机坐标，采用Saastamoinen模型对对流层延迟进行改正，对流层延迟包括对流层干延迟和对流层湿延迟，相位观测噪声为毫米量级，其影响可忽略不计，卫星钟速通过广播星历进行修正。

步骤S102：获取载体的平稳运动特征，并基于平稳运动特征构建状态方程；

其中，状态方程包括常加速度状态方程，本发明中默认载体的运动特征平稳。

步骤S103：利用星间单差观测方程与状态方程构建测速模型，并基于测速模型中的预测信息对每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量；

其中，利用星间单差观测方程与状态方程构建测速模型包括利用第一星间单差观测方程与状态方程构建测速模型或者利用第二星间单差观测方程与状态方程构建测速模型。

在本发明的一个实施例中，利用星间单差观测方程与状态方程构建测速模型包括：

利用第二星间单差观测方程与状态方程构建测速模型：

在上述测速模型中，为了便于处理，将对流层误差归入

此外，测速模型中的预测信息包括载体预测速度，基于测速模型中的预测信息对每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量包括：

基于载体速度预测值对每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量

步骤S104：根据观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系或观测值验前残差检验量的大小，探测导出多普勒观测值的粗差结果。

其中，观测值验前残差检验量中包括各项误差的先验信息，各项误差处理后可以得到相应的残差，先验信息指的是通过大量观测信息处理后的误差和误差残差信息。

预设分布可以为正态分布，在本发明的一个实施例中，根据观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系，探测导出多普勒观测值的粗差结果，包括：

对观测值验前残差检验量进行标准化处理得到标准化检验量

具体的，对观测值验前残差检验量进行标准化处理得到标准化检验量

获取观测值验前残差检验量中各项误差的先验信息；

其中，先验信息指的是通过大量观测信息处理后的误差和误差残差信息。

根据各项误差的先验信息，基于误差统计特性计算出观测值验前残差检验量的中误差

基于中误差对观测值验前残差检验量进行标准化处理得到标准化检验量

若标准化检验量

若标准化检验量

可以理解的是，如果观测值验前残差检验量序列不含粗差，则其应服从正态分布，为了能探测出最小粗差，在本发明的一个实施例中，根据观测值验前残差检验量的大小，探测导出多普勒观测值的粗差结果，包括：

对观测值验前残差检验量进行标准化处理得到标准化检验量

若标准化检验量

其中，可以根据标准化检验量大小分为3段，第一是标准化检验量很小的正常段，此时标准化检验量

可以理解的是标准化检验量

此外，对于可疑段的导出多普勒观测值，可以进行降权处理，具体的，可以采用IGGⅢ的权函数对导出多普勒观测值的权重进行调整，其中，权重调整公式为：

其中，通过采用IGGⅢ抗差方案探测粗差并同时调整导出多普勒观测值权重，可以探测出小于一周的粗差，并且提示测速精度。

与现有技术相比，本实施例提供的方法通过获取每一组卫星的观测数据，实现对多组卫星的观测，进而实现多维粗差，并且通过观测数据构建星间单差观测方程，可以避免误差；并且根据载体的平稳运动特征构建状态方程，减少测速模型的预测误差；最后通过观测方程与状态方程构建出测速模型，并且根据观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系获其大小探测观测值的粗差结果，以探测出小于一周的误差。

此外，通过采用IGGⅢ抗差方案对导出多普勒观测值权进行降权处理，使得测速结果的可靠性和精度都得到了极大提高。

为了更好实施本发明实施例中的多维粗差探测方法，在多维粗差探测方法基础之上，对应的，请参阅图2，图2为本发明提供的多维粗差探测装置的一实施例的结构示意图，本发明实施例提供了一种多维粗差探测装置200，包括：观测方程构建模块201、状态方程构建模块202、检验量构建模块203及粗差探测模块204。

观测方程构建模块201，用于获取每一组卫星的观测数据，并基于观测数据构建星间单差观测方程；

状态方程构建模块202，用于获取载体的平稳运动特征，并基于平稳运动特征构建状态方程；

检验量构建模块203，用于利用星间单差观测方程与状态方程构建测速模型，并基于测速模型中的预测信息对每一组卫星构建导出多普勒观测值的观测值验前残差检验量；

粗差探测模块204，用于根据观测值验前残差检验量与预设分布的服从关系或观测值验前残差检验量的大小，探测导出多普勒观测值的粗差结果。

这里需要说明的是：上述实施例提供的装置200可实现上述各方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。

基于上述多维粗差探测方法，本发明实施例还相应的提供一种电子设备，包括：处理器和存储器以及存储在存储器中并可在处理器上执行的计算机程序；处理器执行计算机程序时实现如上述各实施例的多维粗差探测方法中的步骤。

图3中示出了适于用来实现本发明实施例的电子设备300的结构示意图。本发明实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

电子设备包括：存储器以及处理器，其中，这里的处理器可以称为下文的处理装置301，存储器可以包括下文中的只读存储器(ROM)302、随机访问存储器(RAM)303以及存储装置308中的至少一项，具体如下所示：

如图3所示，电子设备300可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储装置308加载到随机访问存储器(RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM303中，还存储有电子设备300操作所需的各种程序和数据。处理装置301、ROM302以及RAM303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。

通常，以下装置可以连接至I/O接口305：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置306；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置307；包括例如磁带、硬盘等的存储装置308；以及通信装置309。通信装置309可以允许电子设备300与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图3示出了具有各种装置的电子设备300，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置309从网络上被下载和安装，或者从存储装置308被安装，或者从ROM302被安装。在该计算机程序被处理装置301执行时，执行本发明实施例的方法中限定的上述功能。

基于上述多维粗差探测方法，本发明实施例还相应的提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述各实施例的多维粗差探测方法中的步骤。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，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计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

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。