周跳检测方法、装置、电子设备及可读储存介质与流程

1.本发明涉及导航卫星技术领域，具体地，涉及一种周跳检测方法、装置、电子设备及可读储存介质。


背景技术：

2.全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)能够提供全球性、全天候、三维的高精度定位、导航和授时服务。随着自动化和精细作业的需求，用户对定位精度的需求也与日俱增。
3.电离层误差作为gnss最棘手的误差源之一，电离层通常距离地球表面48
‑
965km，是日地空间环境的重要组成之一。电离层作为一种传播介质对无线电波产生反射、折射、散射和吸收作用，因而对gnss的信号传播起着重要影响。
4.在电离层平静的状态下，电离层误差在时空域表现出稳定的变化特性，然而在电离层扰动状态下，电离层误差表现出不规则的变化特性，研究全球导航卫星系统在电离层扰动下的定位性对获得稳定可靠的定位结果能具有重要意义。
5.由于载波相位观测值比伪距观测值的精度高100倍左右，载波相位在卫星高精度定位中扮演着重要作用，然而载波相位受到周跳影响，当受到信号受到遮挡或者电离层的扰动情况下,存在不连续观测。常规判断周跳的方法是采用几何无关组合法，即电离层残差法来判断周跳。然而在电离层的扰动下，电离层残差较大，很容易错误的判断周跳的发生，错误的周跳判断会使得模糊度参数频繁的初始化，从而影响最后高精度定位的性能。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种周跳检测方法、装置、电子设备及可读储存介质。
7.根据本发明提供的周跳检测方法，包括：
8.获取目标历元的初始观测值，所述初始观测值包括n个第一卫星中每一所述第一卫星对应的位置参数与残差，n为大于1的整数；
9.依据所述初始观测值，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星，所述第二卫星为初始判定存在周跳的第一卫星；
10.依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，m为大于1的整数；
11.在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳。
12.本发明实施例还提供了一种周跳检测装置，包括：
13.获取模块，用于获取目标历元的初始观测值，所述初始观测值包括n个第一卫星中每一所述第一卫星对应的位置参数与残差，n为大于1的整数；
14.第一确定模块，用于依据所述初始观测值，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星，所述第二卫星为初始判定存在周跳的第一卫星；
15.第二确定模块，用于依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，m为大于1的整数；
16.检测模块，用于在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳。
17.本发明实施例还提供了一种电子设备，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
18.所述处理器执行所述计算机程序指令时实现上述的周跳检测方法。
19.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的周跳检测方法。
20.本发明实施例提供的周跳检测方法，获取目标历元的初始观测值，所述初始观测值包括n个第一卫星中每一所述第一卫星对应的位置参数与残差，依据所述初始观测值，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星，依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳。本发明实施例中可以认为是对初步的周跳判定结果进行了进一步的验证，有效降低周跳的虚假判断，避免了模糊度参数频繁的初始化，从而有助于提高卫星定位性能。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
22.图1为本发明实施例提供的周跳检测方法的流程示意图；
23.图2为本发明实施例提供的周跳检测方法在一个具体应用例中的流程示意图；
24.图3为常规方法和本发明实施例所对应的迭代滤波探测周跳数目的对比图；
25.图4为常规方法的定位效果和本发明实施例对应的迭代滤波的定位效果的对比图；
26.图5为本发明实施例提供的周跳检测装置的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.如图1所示，本发明实施例提供的周跳检测方法，包括：
30.步骤101，获取目标历元的初始观测值，所述初始观测值包括n个第一卫星中每一所述第一卫星对应的位置参数与残差，n为大于1的整数；
31.步骤102，依据所述初始观测值，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星，所述第二卫星为初始判定存在周跳的第一卫星；
32.步骤103，依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，m为大于1的整数；
33.步骤104，在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳。
34.本实施例中，目标历元可以对应的是某一个观测时刻，在该观测时刻下可以基于卫星信号，来获取到初始观测值。初始观测值中可以确定出可用卫星数，对应了上述的n个第一卫星。
35.容易理解的是，依据目标历元的初始观测值，基于常规的周跳检测方法，实际可以判断出是否存在周跳的情况，例如基于载波相位的几何无关组合(geometry
‑
free combination，gf)或者是宽巷相位减窄巷伪距组合(melbourne
‑
w
ü
bbena，mw)，来判断是否存在周跳；其中，gf又可以成为电离层残差组合。
36.然而，如上文中所示的，基于这些常规的周跳检测方法，在电离层的扰动下，电离层残差较大，很容易错误的判断周跳的发生，错误的周跳判断会使得模糊度参数频繁的初始化，从而影响最后高精度定位的性能。
37.因此，本实施例中，可以是通过这些常规的周跳检测方法初步检测周跳，确定出存在周跳的第一卫星，也就是上述的第二卫星。容易理解的是，本实施例中，可以是对初步的周跳检测结果进一步对周跳进行确认。
38.具体地，可以根据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，并在m个循环中依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，进一步检测所述初始观测值是否存在周跳。
39.举例来说，对于一些卫星，可以会存在一个或多个频点，例如某一颗卫星可能会使用到l1频点与l2频点等；在一个可行的实施方式中，可以将各个第二卫星对应的频点数量相加，得到循环的数量，即上述的m的值。
40.而在m个循环中依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，进一步检测所述初始观测值是否存在周跳，可以基于例如下面的原理进行：首先，可用的初始观测值数量并不会因为假设不存在周跳而提出更多的卫星；这是因为如果不存在周跳，那么观测值应该是一致的。其次，载波相位的前后两次估计差别不应该太大，具体是表达式应该是差值的绝对值在基于中误差确定的某一数值范围以内。再者，是所有残差也应该不会变化太大。
41.当以上条件均满足，或者说满足其中的某几项时，一般可以认为不存在周跳的假设成立，反之，则可以认为确实存在周跳的情况。也就是说，基于以上条件的判断，可以检测出所述初始观测值是否存在周跳。
42.本发明实施例提供的周跳检测方法，获取目标历元的初始观测值，所述初始观测值包括n个第一卫星中每一所述第一卫星对应的位置参数与残差，依据所述初始观测值，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星，依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳。本发明实施例中可以认为是对初步的周跳判
定结果进行了进一步的验证，有效降低周跳的虚假判断，避免了模糊度参数频繁的初始化，从而有助于提高卫星定位性能。
43.可选地，上述步骤101，获取目标历元的初始观测值，包括：
44.获取目标历元的原始观测值；
45.对所述原始观测值滤波得到第一卫星的数量n，以及每一所述第一卫星对应的位置参数与残差。
46.本实施例中，原始观测值可以认为是原始的卫星信息，通过对原始观测值的滤波，得到滤波结果，也就是上述的第一卫星的数量n，以及每一所述第一卫星对应的位置参数与残差。具体可以是通过例如卡尔曼滤波等常用的滤波方式对原始观测值进行滤波的。
47.本实施例通过滤波来获得第一卫星的数量n，以及每一所述第一卫星对应的位置参数与残差，有助于提高后续周跳检测结果的准确度。
48.可选地，所述依据所述初始观测值，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星，包括：
49.依据所述初始观测值，采用几何无关组合，和/或，宽巷相位减窄巷伪距组合，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星。
50.以下结合一个举例对基于几何无关组合gf确定跳变的过程进行说明：
51.常规的周跳方法是载波相位的几何无关组合gf(geometry
‑
free combination)，也称为电离层残差组合，载波观测值的无几何观测值如以下公式表示：
52.l
gf
＝λ1φ1‑
λ2φ2＝(1
‑
γ2)i1 λ1n1‑
λ2n2 ε
gf
[0053][0054]
其中l
gf
是载波相位的几何无关组合，δl
gf
是前后历元间的差值变化，φ
i
在第i种频率上的载波相位,λ
i
则是第i种频率上对应的波长，i的取值可以为1或2，n
i
是第i种频率上的模糊度参数，t是当前历元，i1是在l1频点上的电离层误差,表示在当前历元下在l1频点上的电离层误差，ε
gf
是观测值噪声和多路径等误差。
[0055]
容易理解的是，常规gf方法的缺点有两点。第一，需要对δl
gf
选择合适的阈值来判断是否发生周跳，gf组合前提是假设电离层残差稳定变化，这样历元间差分会变化较小，如果出现较大残差，则认为存在周跳。然而电离层残差跟电离层的活跃程度密切相关，可见很难确定合适的阈值来判断是否发生了周跳。第二，一旦某颗卫星判断为存在周跳，该卫星的所有频点认为都存在周跳，所有频点的模糊度都需要初始化。然而研究表明不同l1频点相对l2频点在扰动情况下会表现的更加稳健。
[0056]
而结合上文实施例中的描述，本发明实施例中，一方面，可以有效降低周跳的虚假判断，尤其在电离层扰动下，给的gf探测阈值比较保守的情况下。另一方面，由于在确定循环数量时，考虑了第二卫星的频点数量，可以有效区分不同频点是否发生周跳；另外，在一些可行的实施方式中，还可以进一步对每个频点进行标记，从而根究需求逐一进行初始化，这样可以使得某一频点数据对定位有更多的贡献。
[0057]
相应地，在考虑第二卫星的频点数量的时，所述依据n与每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，可以包括：
[0058]
在每一所述第二卫星对应的频点的数量均为p的情况下，将n与p的乘积确定为m的
值，p为大于1的整数。
[0059]
通常来说，第二卫星的频点的数量是一致的，例如，各第二卫星均可以包括第一频点与第二频点，设第二卫星对应的频点的数量为p，则可以将n和p的乘积来作为循环的数量。
[0060]
可选地，上述在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳，包括：
[0061]
在满足如下全部条件的情况下，确定初始观测值不存在周跳：
[0062][0063]
|n(i)
‑
n(i
‑
1)|≥α{var_n(i) var_n(i
‑
1)}
[0064]
std
i
/std
i
‑1≥β
[0065]
其中，i为所述循环的序号，且1<i≤m；表示在第i个循环中假设在不存在周跳的情况下，确定出的卫星的数量；n(i)表示在第i个循环中依据所述位置参数确定的载波相位；var_n(i)表示在第i个循环中所述载波相位的中误差；std
i
表示在第i个循环中的残差；α与β均为预设的系数。
[0066]
本实施例中，限定了同时满足以上三个条件的情况下，认为不存在周跳的假设成立，而在不满足至少一个条件的情况下，可以认为初始观测值中存在周跳。通过多个条件的限定，可以有效降低周跳的虚假判断。
[0067]
在一个示例中，上述α与β可以分别取值为3与1.5；当然，两者的取值也可以进一步根据实际需要进行调整。
[0068]
可选地，所述在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳之后，所述方法还包括：
[0069]
在所述初始观测值存在周跳的情况下，基于所述目标历元的前一历元的观测值，确定所述目标历元的目标观测值；
[0070]
在所述初始观测值不存在周跳的情况下，将所述目标历元的初始观测值，确定为所述目标历元的目标观测值。
[0071]
换而言之，本实施例中，可以在认为不存在周跳的假设成立时，采用当前的滤波结果；不存在周跳的假设不成立时，采用上次滤波，也就是目标历元的前一历元的观测值的滤波结果。
[0072]
可选地，所述依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，包括：
[0073]
获取在目标历元之前的预设历元范围内出现周跳的历史数目；
[0074]
在所述历史数目大于周跳数目阈值的情况下，依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环。
[0075]
容易理解的是，本发明实施例提供的周跳检测方法，相对于常规的周跳检测方法，需要额外的增加计算量，实际应用中，可以对定位效果和计算量之间的权衡。当周跳数目只有1
‑
2个时，几何结构变化较小，对定位的最终影响较小，可以选择不用进行上述的循环迭代过程。但是一旦出现周跳数目较多的情况下，采用本发明实施例提供的周跳检测方法可以进一步判断周跳的发生与否，避免频繁的错误模糊度初始化，进而提高定位精度。
[0076]
参见图2，以下结合一具体应用例对本发明实施例提供的周跳检测方法进行说明，
在该应用例中，周跳检测方法包括：
[0077]
步骤s11，获取当前观测值，记为t0；
[0078]
步骤s12，基于当前观测值，使用常规gf和/或mw方法来判断周跳；
[0079]
步骤s13，采用滤波方法来计算在现有周跳判断方法下，对应的滤波所有的位置参数、可用卫星数以及残差等信息，记为滤波结果solution0；
[0080]
步骤s14，按照每颗可用卫星乘以对应的频点，进行固定次数的循环；
[0081]
在可以卫星数的数量为n，且每一可用卫星对应的频点数量为nfreq的情况下，循环次数可以记为n*nfreq；
[0082]
步骤s15，提出假设：假设没有周跳，将模糊度方差设置为0；
[0083]
步骤s16，计算第i次循环中，因为假设不存在周跳而提出的卫星的数量、载波相位以及残差，记为solution_i；
[0084]
步骤s17，对比solution_i与solution_i
‑
1判断提出的卫星的数量、载波相位以及残差是否分别满足对应的预设条件；如满足，则认为假设成立，采用当前的滤波结果，若不满足，则认为假设不成立，采用上次滤波结果；
[0085]
步骤s18，一直循环，直到循环次数结束。
[0086]
图3示出了常规方法(对应conventional gf method of 2476)和本发明实施例所对应的迭代滤波探测(对应improved interative filter of 418)周跳数目的对比图；其中，number of cycle slips代表了周跳数目，utc表示历元，单位小时；
[0087]
图4示出了常规方法的定位效果和本发明实施例对应的迭代滤波的定位效果的对比图，其中，2d accuracy表示二维精度，height accuracy表示高度精度，3d accuracy表示三维精度，time为时间。
[0088]
可见，本发明实施例提供的周跳检测方法可以有效降低周跳的虚假判断，尤其在电离层扰动下，给的gf探测阈值比较保守的情况下；可以有效区分不同频点是否发生周跳，并合理利用某一频点数据的贡献；在避免频繁的模糊度初始化的情况下，定位精度有明显的提升。
[0089]
如图5所示，本发明实施例还提供了一种周跳检测装置，包括：
[0090]
获取模块501，用于获取目标历元的初始观测值，所述初始观测值包括n个第一卫星中每一所述第一卫星对应的位置参数与残差，n为大于1的整数；
[0091]
第一确定模块502，用于依据所述初始观测值，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星，所述第二卫星为初始判定存在周跳的第一卫星；
[0092]
第二确定模块503，用于依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环，m为大于1的整数；
[0093]
检测模块504，用于在所述m个循环中，依据所述第二卫星的数量、以及与所述第二卫星对应的位置参数与残差，检测所述初始观测值是否存在周跳。
[0094]
可选地，获取模块501，包括：
[0095]
第一获取单元，用于获取目标历元的原始观测值；
[0096]
第二获取单元，用于对所述原始观测值滤波得到第一卫星的数量n，以及每一所述第一卫星对应的位置参数与残差。
[0097]
可选地，第一确定模块502，可具体用于：
[0098]
依据所述初始观测值，采用几何无关组合gf，和/或，宽巷相位减窄巷伪距组合mw，从所述n个第一卫星中确定出第二卫星。
[0099]
可选地，第二确定模块503可具体用于：
[0100]
在每一所述第二卫星对应的频点的数量均为p的情况下，将n与p的乘积确定为m的值，p为大于1的整数。
[0101]
可选地，检测模块504，可以具体用于：
[0102]
在满足如下全部条件的情况下，确定初始观测值不存在周跳：
[0103][0104]
|n(i)
‑
n(i
‑
1)|≥α{var_n(i) var_n(i
‑
1)}
[0105][0106]
其中，i为所述循环的序号，且1<i≤m；表示在第i个循环中假设在不存在周跳的情况下，确定出的卫星的数量；n(i)表示在第i个循环中依据所述位置参数确定的载波相位；var_n(i)表示在第i个循环中所述载波相位的中误差；std
i
表示在第i个循环中的残差；α与β均为预设的系数。
[0107]
可选地，周跳检测装置还包括：
[0108]
第三确定模块，用于在所述初始观测值存在周跳的情况下，基于所述目标历元的前一历元的观测值，确定所述目标历元的目标观测值；
[0109]
第四确定模块，用于在所述初始观测值不存在周跳的情况下，将所述目标历元的初始观测值，确定为所述目标历元的目标观测值。
[0110]
可选地，第二确定模块503，可以包括：
[0111]
第三获取单元，用于获取在目标历元之前的预设历元范围内出现周跳的历史数目；
[0112]
确定单元，用于在所述历史数目大于周跳数目阈值的情况下，依据每一所述第二卫星对应的频点的数量，确定m个循环。
[0113]
需要说明的是，本发明实施例提供的周跳检测装置是能够执行上述周跳检测方法的装置，故上述周跳检测方法的所有实施例均适用于周跳检测装置，且均能达到相同或相似的有益效果。
[0114]
本发明实施例还提供了一种电子设备，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
[0115]
所述处理器执行所述计算机程序指令时实现上述的周跳检测方法。
[0116]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的周跳检测方法。
[0117]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。