基于先验信息的静态基线解算方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及卫星导航定位，尤其涉及基于先验信息的静态基线解算方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.静态基线解算技术是卫星导航定位中的一项重要技术，以广泛应用于工程测量的各个领域，从城市控制网、工程控制网到精密工程测量，该技术具有精度高、效率高等特点。其中，静态基线解算方法的精度取决于观测环境、观测时长和基线长度。然而，传统的静态基线解算往往对不同的接收机和不同的观测环境采用相同的处理策略，当出现较多观测异常的卫星参与解算时，会使得解算精度大大降低，无法获取高精度的位置信息。尤其对于静态基线解算中的随机模型，其用于不同观测量的先验精度和观测量的相关性，会直接影响到基线解算的精度，一般采用协方差阵来表示。目前，对于随机模型一般采用等权法、卫星高度角定权法和信噪定权法等。
3.其中，等权法是认为每颗卫星的观测噪声相等，在解算前确定每颗卫星观测值的精度，不随时间和观测环境的变化而变化；卫星高度角定权法是依据卫星的高度角不同时，卫星所受到的观测噪声也是不同的而构建的卫星高度角和观测值精度相应的函数关系；信噪比定权法是指通过信噪比来确定的，其中信噪比是指接收机输入1hz宽带上的载波和噪声功率的比值(c/n)。从前述可知，现有的随机模型的确定方法均仅通过卫星高度角和信噪比卫星权重，在观测环境较好时，能得到较好的精度，但是当观测环境较差、信号受到干扰时卫星高度角和信噪比并不能真实反应卫星观测指令，此时采用现有的模型确定方法无法得到高精度的解算结果，同时，现有的模型确定方法也未考虑不同类型接收机观测噪声的差异，对不同接收机采用相同的定权策略，导致相同的解算算法对不同类型接收机的解算精度差异较大。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供基于先验信息的静态基线解算方法，其能够解决现有在观测环境较差或信号受到干扰时接收机的解算精度差异较大等问题。
5.本发明的目的之二在于提供基于先验信息的静态基线解算装置，其能够解决现有在观测环境较差或信号受到干扰时接收机的解算精度差异较大等问题。
6.本发明的目的之三在于提供一种存储介质，其能够解决现有在观测环境较差或信号受到干扰时接收机的解算精度差异较大等问题。
7.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
8.基于先验信息的静态基线解算方法，所述静态基线解算方法包括以下步骤：
9.噪声计算步骤：获取同一条天线接收的卫星信号并将其分发到多台相同类型的gnss接收机以及根据多台gnss接收机接收到的卫星信号进行计算以得出对应类型的gnss
接收机的观测噪声；
10.计算步骤：获取监测gnss接收机接收到的原始观测数据并根据所述原始观测数据计算得出每颗卫星的完整率、多路径和周跳数；
11.权重确定步骤：根据所述监测gnss接收机的类型匹配得出对应的观测噪声，并根据监测gnss接收机的观测噪声和每颗卫星的完整率、多路径和周跳数构建随机模型进而确定每颗卫星的权重；
12.基线解算步骤：根据确定得出的每颗卫星的权重进行静态基线解算。
13.进一步地，所述噪声计算步骤中通过功率分配器将所述同一条天线接收的卫星信号进行功分，使得功分后的卫星信号分发到所述多台相同类型的gnss接收机中的每一台gnss接收机；其中，多台gnss接收机中的任意两台组成的基线理论长度为零。
14.进一步地，所述噪声计算步骤具体包括：依据零基线检验法对多台gnss接收机接收到的卫星信号进行计算以得出不同类型的gnss接收机的观测噪声。
15.进一步地，所述噪声计算步骤具体包括：首先根据多台gnss接收机接收到的卫星信号构建载波相位原始观测方程和站间单差观测方程；然后确定参考卫星后构建双差观测方程，并根据取整法对双差观测方程、载波相位原始观测方程和站间单差观测方程进行计算得出双差模糊度和单差残差，进而计算得出每颗卫星的站间单差残差；最后对每颗卫星的站间单差残差进行定权以得出对应类型的gnss接收机的观测噪声。
16.进一步地，所述计算步骤还包括：质检步骤：对所述监测gnss接收机接收到的原始观测数据进行质量核检，以将存在异常的卫星剔除或将存在异常的卫星的权重降低。
17.进一步地，单颗卫星的完整率＝(单颗卫星实际完整观测数/单颗卫星理论观测数)*100％。
18.进一步地，所述计算步骤还包括：首先根据所述监测gnss接收机的原始观测数据构建得出多路径与噪声的观测方程，然后采用移动平均法得出每颗卫星的多路径；
19.所述计算步骤还包括：采用geometry_free和mw组合观测值进行周跳探测，以计算得出每颗卫星的周跳数。
20.进一步地，所述随机模型的公式为：
[0021][0022]
式中，中，
[0023]
s表示卫星的编号；ps为卫星s权重；a、b、c分别表示卫星s的完整率、多路径、周跳数；ei表示高度角；εs表示卫星s的单差载波噪声。
[0024]
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
[0025]
基于先验信息的静态基线解算装置，其包括存储器和处理器，所述存储器上存储有在处理器上运行的静态基线解算程序，所述静态基线解算程序为计算机程序，所述处理器执行所述静态基线解算程序时实现如本发明的目的之一采用的基于先验信息的静态基线解算方法的步骤。
[0026]
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
[0027]
一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序为静态基线解算程序，所述静态基线解算程序被处理器执行时实现如本发明的目的之一采用的基于先验信息的静态基线解算方法的步骤。
[0028]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0029]
本发明通过将卫星的载波噪声以及gnss接收机的类型加入到随机模型的构建中以实现对卫星的定权，可解决现有技术观测环境差、信号受到干扰或 gnss接收机类型不同时导致观测的解算精度较差等问题。
附图说明
[0030]
图1为本发明提供的基于先验信息的静态基线解算方法流程图；
[0031]
图2为图1中步骤s1的流程图。
具体实施方式
[0032]
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0033]
实施例一
[0034]
本发明提供一种基于先验信息的静态基线解算方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0035]
步骤s1、获取同一条天线接收的卫星信号并将其分发到多台相同类型的 gnss接收机以及根据多台gnss接收机接收到的卫星信号进行计算以得出对应类型的gnss接收机的观测噪声。
[0036]
其中，由于卫星的数量较多，因此，天线接收到的卫星信号不仅包括一颗卫星的数据，也可能存在多颗卫星的数据。同时，由于卫星信号在被gnss接收机接收到会受到通道间偏差、锁相环延迟及码跟踪偏差等干扰产生的误差，这些误差最终成为接收机的内部噪声，也称为观测噪声。优选地，本实施例采用零基线检验法来获取接收机的观测噪声。其中，零基线检验法是检定接收机内部噪声的常用方法，其基本原理为：通过多台gnss接收机接收来自同一条天线的卫星信号，并且任意两台接收机组成的基线理论长度为0，组成零基线的两个接收机类型相同。
[0037]
优选地，通过零基线检验法可以消除卫星误差、接收机误差、轨道误差、大气延迟误差、多路径误差以及天线相位中心偏差等误差，因此，采用零基线检验法计算得出的剩余的残差结果能够较真实的反应接收机的观测质量。
[0038]
更为优选地，同一条天线接收到的卫星信号还通过功率分配器功分后分发到多台相同类型的gnss接收机中的每台gnss接收机。通过功率分配器功分后的卫星信号均相同，也即分发到每台gnss接收机的卫星信号均相同。
[0039]
优选地，如图2所示，步骤s1具体包括：
[0040]
步骤s11、根据多台gnss接收机接收到的卫星信号来构建载波相位原始观测方程和站间单差观测方程。
[0041]
其中，载波相位原始观测方程为：
[0042][0043]
式中，为测站i到卫星s的载波观测值，为卫地距，dtss和dtr分别为卫星钟差和接收机钟差，λ为载波波长，为模糊度，i和t分别为电离层和对流层延迟，ε为观测噪声。
[0044]
其中，站间单差观测方程为：
[0045][0046]
式中，
[0047]
步骤s12、确定参考卫星后构建双差观测方程。
[0048]
其中，双差观测方程为：
[0049]
式中，q为参考卫星的编号。
[0050]
步骤s13、根据取整法对双差观测方程、载波相位原始观测方程和站间单差观测方程进行计算得出双差模糊度和单差残差，进而计算得出每颗卫星的站间单差残差。
[0051]
其中，双差模糊度为：
[0052]
优选地，由于单差残差的优势在于其可分析每颗卫星的残差序列，避免了参考星转换问题，因此，对站间单差观测方程进行变换得到以下公式：
[0053][0054]
根据上述公知可知，其中，参考卫星的单差模糊度和接收机钟差为未知参数，因此，通过最小二乘对上述公式求解未知参数，并将计算得出的参数代下式后可得到每颗卫星的站间单差残差。
[0055]
步骤s14、对每颗卫星的站间单差残差进行定权以得出对应类型的gnss 接收机的观测噪声。
[0056]
其中，每颗卫星的单差残差rms的计算公式为：
[0057]
式中，表示s号卫星第n个历元的单差残差。
[0058]
将上述零基线检验法计算的单差残差作为接收机的观测噪声，用于评估接收机的性能。在实际的使用过程中，可通过将不同类型的gnss接收机的观测噪声记录在程序配置文件中，这样在基线解算时，通过识别到的接收机类型匹配到对应的观测噪声。
[0059]
步骤s2、获取监测gnss接收机的原始观测数据并对根据原始观测数据计算得出每颗卫星的完整率、多路径和周跳数。
[0060]
步骤s3、获取监测gnss接收机的类型并根据监测gnss接收机的类型匹配得出对应的观测噪声，并根据监测gnss接收机的观测噪声和每颗卫星的完整率、多路径和周跳数构建得出随机模型进而确定每颗卫星的权重。
[0061]
步骤s2还对原始观测数据进行预处理，也即对原始观测数据进行质量核检，以剔除存在异常的部分卫星或将存在异常的卫星进行降权处理，防止异常卫星较多，以拉偏整个算法的解算结果，导致解算结果存在偏差。
[0062]
步骤s2中通过根据质量核检后的原始观测数据来计算每颗卫星的完整率、多路径和周跳数，也即，通过以上指标来分析原始观测数据中出现的数据缺失、周跳和多路径等异常，进而及时发现存在异常的卫星。
[0063]
其中，单颗卫星的完整率＝(单颗卫星实际完整观测数/单颗卫星理论观测数) *100％。
[0064]
多路径的计算具体为：首先根据监测gnss接收机的原始观测数据构建得出多路径与噪声的观测方程，然后通过移动平均法得出每颗卫星的多路径。
[0065]
其中，多路径与噪声的观测方差为：
[0066][0067]
式中，l1,l2为载波相位观测值，p1,p2为伪距观测值。
[0068]
由于要求多路径的真实量必须先求出整周模糊度，但整周模糊度准确确定并不容易，因此采用移动平均法求多路径。
[0069]
其中，移动平均法具体步骤：
[0070]
第1步：确定移动窗口历元数n；
[0071]
第2步：根据公式(1)，计算n个历元的绝对多路径abmp；
[0072]
第3步：计算n个历元的平均值
[0073]
第4步：计算第n个历元的多路径值m
p
，
[0074]
公式如下：
[0075]
优选地，对于每颗卫星的周跳数的计算，目前对于非差周跳探测最常用的方法为联合使用geometry_free(几何无关组合)和mw(melbourne wubbena)组合观测值进行周跳探测。
[0076]
其中，geometry_free组合和mw组合观测值分别为：
[0077]
l
gf
(i)＝λ1φ1(i)-λ2φ2(i)＝(α-1)i1(i) (λ1n
1-λ2n2)
ꢀꢀꢀ
(3)，
[0078]
式中，i表示观测历元，λ
lw
和n
lw
分别表示宽巷波长和宽巷模糊度，f1、f2 为载波观测值l1和l2对应的频率。
[0079]
由公式(4)可知，mw组合观测值的精度受到伪距观测噪声和多路径效应的影响，可通过平滑的方式减弱其影响。
[0080]
第i个历元mw组合观测量的均值和方差分别为：
[0081][0082][0083]
对于gf组合，采用当前历元组合观测值与前一历元组合观测值的差值绝对值|l
gf
(i)-l
gf
(i-1)|作为周跳检验量进行周跳探测；对于mw组合观测值则采用当前i历元的mw观测量n
lw
(i)和前i-1个历元的宽巷模糊度平滑值差值的绝对值作为判断周跳的依据，以便统计得出每颗卫星的周跳数。
[0084]
优选地，步骤s3中根据监测gnss接收机的观测噪声和统计得出的每颗卫星的完整率、多路径和周跳数构建随机模型以确定每颗卫星的权重。
[0085]
其中，随机模型的公式如下：
[0086][0087]
式中，式中，
[0088]
s表示卫星的编号；ps为卫星s权重；a、b、c分别表示卫星s的完整率、多路径、周跳
数；ei表示高度角；εs表示卫星s的观测噪声。
[0089]
步骤s4、根据每颗卫星的权重调用静态基线解算方法进行静态基线解算。
[0090]
本发明通过采用零基线检验法实现计算不同类型的接收机的观测噪声，将其加入随机模型中进行定权，实现了不同的接收机采用不同的定权策略，相对于现有技术中未考虑不同接收机的差异性，无法根据不同接收机的特性，采用最优的解算策略，导致同一套解算算法对不同接收机解算精度存在明显差异。同时，本发明通过零基线检验法统计不同类型接收机的观测噪声，通过观测噪声优化卫星的定权模型，从而提高算法兼容性和可靠性。
[0091]
优选地，本发明在观测时，还对原始的观测数据进行预处理，以进行质量核检，这样，可根据质检结果，对观测较差的卫星系统进行降权处理或将存在异常的卫星的数据从原始观测数据中剔除，以避免当存在多颗异常的卫星时导致整个解算存在系统偏差，无法真实反映卫星的观测质量。
[0092]
也即，本发明在确定每颗卫星的权重时通过根据gnss接收机的观测噪声和通过质量核检后的原始观测数据来构建相关的随机模型，既考虑了不同类型的接收机与不同观测环境的差异，同时也考虑了高度角对观测数据质量的影响，从而提高观测环境较差时的解算精度，即使在观测环境较差或信号受到干扰的情况下，解算精度仍然很高。
[0093]
实施例二
[0094]
基于实施例一，本发明还提供基于先验信息的静态基线解算装置，其包括存储器和处理器，所述存储器上存储有在处理器上运行的静态基线解算程序，所述静态基线解算程序为计算机程序，所述处理器执行所述静态基线解算程序时实现以下步骤：
[0095]
噪声计算步骤：获取同一条天线接收的卫星信号并将其分发到多台相同类型的gnss接收机以及根据多台gnss接收机接收到的卫星信号进行计算以得出对应类型的gnss接收机的观测噪声；
[0096]
计算步骤：获取监测gnss接收机接收到的原始观测数据并根据所述原始观测数据计算得出每颗卫星的完整率、多路径和周跳数；
[0097]
权重确定步骤：根据所述监测gnss接收机的类型匹配得出对应的观测噪声，并根据监测gnss接收机的观测噪声和每颗卫星的完整率、多路径和周跳数构建随机模型进而确定每颗卫星的权重；
[0098]
基线解算步骤：根据确定得出的每颗卫星的权重进行静态基线解算。
[0099]
进一步地，所述噪声计算步骤中通过功率分配器将所述同一条天线接收的卫星信号进行功分，使得功分后的卫星信号分发到所述多台相同类型的gnss接收机中的每一台gnss接收机；其中，多台gnss接收机中的任意两台组成的基线理论长度为零。
[0100]
进一步地，所述噪声计算步骤具体包括：依据零基线检验法对多台gnss接收机接收到的卫星信号进行计算以得出不同类型的gnss接收机的观测噪声。
[0101]
进一步地，所述噪声计算步骤具体包括：首先根据多台gnss接收机接收到的卫星信号构建载波相位原始观测方程和站间单差观测方程；然后确定参考卫星后构建双差观测方程，并根据取整法对双差观测方程、载波相位原始观测方程和站间单差观测方程进行计算得出双差模糊度和单差残差，进而计算得出每颗卫星的站间单差残差；最后对每颗卫星的站间单差残差进行定权以得出对应类型的gnss接收机的观测噪声。
[0102]
进一步地，所述计算步骤还包括：质检步骤：对所述监测gnss接收机接收到的原始
观测数据进行质量核检，以将存在异常的卫星剔除或将存在异常的卫星的权重降低。
[0103]
进一步地，单颗卫星的完整率＝(单颗卫星实际完整观测数/单颗卫星理论观测数)*100％。
[0104]
进一步地，所述计算步骤还包括：首先根据所述监测gnss接收机的原始观测数据构建得出多路径与噪声的观测方程，然后采用移动平均法得出每颗卫星的多路径；
[0105]
所述计算步骤还包括：采用geometry_free和mw组合观测值进行周跳探测，以计算得出每颗卫星的周跳数。
[0106]
进一步地，所述随机模型的公式为：
[0107][0108]
式中，式中，
[0109]
s表示卫星的编号；ps为卫星s权重；a、b、c分别表示卫星s的完整率、多路径、周跳数；ei表示高度角；εs表示卫星s的单差载波噪声。
[0110]
实施例三
[0111]
基于实施例一，本发明还提供另外一实施例，一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序为静态基线解算程序，所述静态基线解算程序被处理器执行时实现如以下步骤：
[0112]
噪声计算步骤：获取同一条天线接收的卫星信号并将其分发到多台相同类型的gnss接收机以及根据多台gnss接收机接收到的卫星信号进行计算以得出对应类型的gnss接收机的观测噪声；
[0113]
计算步骤：获取监测gnss接收机接收到的原始观测数据并根据所述原始观测数据计算得出每颗卫星的完整率、多路径和周跳数；
[0114]
权重确定步骤：根据所述监测gnss接收机的类型匹配得出对应的观测噪声，并根据监测gnss接收机的观测噪声和每颗卫星的完整率、多路径和周跳数构建随机模型进而确定每颗卫星的权重；
[0115]
基线解算步骤：根据确定得出的每颗卫星的权重进行静态基线解算。
[0116]
进一步地，所述噪声计算步骤中通过功率分配器将所述同一条天线接收的卫星信号进行功分，使得功分后的卫星信号分发到所述多台相同类型的gnss接收机中的每一台gnss接收机；其中，多台gnss接收机中的任意两台组成的基线理论长度为零。
[0117]
进一步地，所述噪声计算步骤具体包括：依据零基线检验法对多台gnss接收机接收到的卫星信号进行计算以得出不同类型的gnss接收机的观测噪声。
[0118]
进一步地，所述噪声计算步骤具体包括：首先根据多台gnss接收机接收到的卫星信号构建载波相位原始观测方程和站间单差观测方程；然后确定参考卫星后构建双差观测方程，并根据取整法对双差观测方程、载波相位原始观测方程和站间单差观测方程进行计算得出双差模糊度和单差残差，进而计算得出每颗卫星的站间单差残差；最后对每颗卫星的站间单差残差进行定权以得出对应类型的gnss接收机的观测噪声。
[0119]
进一步地，所述计算步骤还包括：质检步骤：对所述监测gnss接收机接收到的原始观测数据进行质量核检，以将存在异常的卫星剔除或将存在异常的卫星的权重降低。
[0120]
进一步地，单颗卫星的完整率＝(单颗卫星实际完整观测数/单颗卫星理论观测数)*100％。
[0121]
进一步地，所述计算步骤还包括：首先根据所述监测gnss接收机的原始观测数据构建得出多路径与噪声的观测方程，然后采用移动平均法得出每颗卫星的多路径；
[0122]
所述计算步骤还包括：采用geometry_free和mw组合观测值进行周跳探测，以计算得出每颗卫星的周跳数。
[0123]
进一步地，所述随机模型的公式为：
[0124][0125]
式中，式中，
[0126]
s表示卫星的编号；ps为卫星s权重；a、b、c分别表示卫星s的完整率、多路径、周跳数；ei表示高度角；εs表示卫星s的单差载波噪声。
[0127]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。