層次校驗的北斗Ⅱ雙頻載體姿態(tài)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了層次校驗的北斗Ⅱ雙頻載體姿態(tài)測量方法，其特征在于：首先確定北斗Ⅱ雙頻雙差整周模糊度候選解，然后對雙頻雙差整周模糊度候選解進(jìn)行基線長度檢驗篩選出可信雙頻雙差整周模糊度候選解，最后采用基本層次校驗法或魯棒層次校驗法，對可信雙頻雙差整周模糊度候選解進(jìn)行基線姿態(tài)角層次校驗，獲得雙頻雙差整周模糊度正確解。本發(fā)明層次校驗方法對更多的(更大范圍的)雙差整周模糊度候選解進(jìn)行篩選，擴(kuò)大了雙差整周模糊度的篩選空間，以保證不錯過正確解，提高了雙差整周模糊度求解的成功率和效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】層次校驗的北斗II雙頻載體姿態(tài)測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從北斗II雙頻的多個雙差整周模糊度候選解中篩選出正確解的整周模糊度固定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]載體姿態(tài)測量是航空、航海以及陸地導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于其在軍事和民用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用，因此一直是研究的熱點。在北斗II雙頻載體姿態(tài)測量中，如何從多個雙差整周模糊度候選解中篩選出正確解是一個關(guān)鍵問題。目前的主要方法是通過最小二乘法結(jié)合LAMBDA算法求解出雙頻雙差整周模糊度候選解，進(jìn)一步通過以下方法篩選出雙差整周模糊度正確解。
[0003](I)Rat1檢驗法。LAMBDA算法求解出雙差整周模糊度候選解會有一個自然的排序。將排序前兩位的候選解進(jìn)行后驗方差比較(計算比值)，如果比值大于臨界值c (c通常取2.0)，則認(rèn)為排序第一位的候選解是正確解，否則認(rèn)為整周模糊度求解失敗。該方法忽略了觀測噪聲對求解過程的影響，對雙差整周模糊度的求解局限于排序前兩位的候選解，因此可能會錯過正確解。
[0004](2)統(tǒng)計檢驗法。典型的是基于X 2分布的統(tǒng)計檢驗法，該方法的主要問題是當(dāng)雙差整周模糊度的殘差二次型和浮點模糊度的殘差二次型很接近時，一個略小于分位值，另一個略大于分位值，這種方法很不可靠。
[0005](3)衛(wèi)星幾何分布檢驗法。由于衛(wèi)星相對基線的幾何分布計算較為復(fù)雜，且精度難以保證，因此該方法可實現(xiàn)性不好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，充分考慮觀測噪聲對求解過程的影響，對更多的雙差整周模糊度候選解進(jìn)行篩選，以保證不錯過正確解。本發(fā)明的方法采用基線長度作為約束，同時給予基線“層次性的角度增量”，并校驗基線姿態(tài)求解結(jié)果的變化，從而從多個雙差整周模糊度候選解中篩選出正確的解，該方法能夠提高模糊度求解的成功率和效率。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明層次校驗的北斗II雙頻載體姿態(tài)測量方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行:
[0009]a、確定北斗II雙頻雙差整周模糊度候選解
[0010]al、采用北斗II的BI頻點和B2頻點所分別對應(yīng)的波長λ i和λ 2進(jìn)行超長波長組合，獲得超長波長組合波長λ EffL(其中下標(biāo)EWL表示超長波長組合)，同時獲得超長波長組合的雙差載波相位觀測值矩陣Φ.、超長波長組合的雙差整周模糊度矢量N和超長波長組合的觀測噪聲誤差矢量e ；
[0011]按式(I)求解獲得超長波長組合的雙差整周模糊度矢量N的m個超長波長組合雙差整周模糊度候選解Newui,…，Newu i，…，NEWL，m，i = 1,2, 3，…，m:
[0012]C>EWL = A.N+B.b+e (I)；
[0013]式中，b為基線矢量；A和B分別為N和b的設(shè)計矩陣；
[0014]按式(2)求解計算獲得每個超長波長組合雙差整周模糊度候選解所對應(yīng)的超長波長組合偽距值PEWL，1:

【權(quán)利要求】
1.層次校驗的北斗II雙頻載體姿態(tài)測量方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行: a、確定北斗II雙頻雙差整周模糊度候選解 al、采用北斗II的BI頻點和B2頻點所分別對應(yīng)的波長λ i和λ 2進(jìn)行超長波長組合，獲得超長波長組合波長λ ，同時獲得超長波長組合的雙差載波相位觀測值矩陣Φ.、超長波長組合的雙差整周模糊度矢量N和超長波長組合的觀測噪聲誤差矢量e ； 按式(I)求解獲得超長波長組合的雙差整周模糊度矢量N的m個超長波長組合雙差整周模糊度候選解 Newl,P …，Nwui,…，NEWL，m, i = I, 2, 3，…，m:
式中，b為基線矢量；A和B分別為N和b的設(shè)計矩陣； 按式(2)求解計算獲得每個超長波長組合雙差整周模糊度候選解所對應(yīng)的超長波長組合偽距值PEWL，1:
a2、采用北斗II的BI頻點和B2頻點所分別對應(yīng)的波長λ i和λ 2進(jìn)行長波長組合，獲得長波長組合波長λI和長波長組合的雙差載波相位觀測值Φι; 由式⑶獲得長波長組合的雙差整周模糊度浮點解I = 1,2,3,-,?:Nltt 廣.(3)

aWL 對所述長波長組合的雙差整周模糊度浮點解Sltru取整獲得m個長波長組合雙差整周模糊度候選解 Nwui,..., NffLji, ---,Nffum, i = I, 2, 3，…，m ; 由式(4)計算獲得每個長波長組合雙差整周模糊度候選解所對應(yīng)的長波長組合偽距值 Pwl’p i = I, 2，3，...，m: PiLji = aWl(NwljI+0Wl)(4)； a3、由式(5)獲得BI頻點對應(yīng)的雙差整周模糊度浮點解氣=￡￡^ —φ|(5) 式中，O1和A1分別為BI頻點對應(yīng)的雙差載波相位觀測值和BI頻點對應(yīng)的波長； 對BI頻點對應(yīng)的雙差整周模糊度浮點解氣取整獲得BI頻點對應(yīng)的波長λ I的雙差整周模糊度候選解K、…、隊、…、Nm, i = 1，2，…，m ; a4、對每一個BI頻點對應(yīng)的波長λ I的雙差整周模糊度候選解Ni按如下方式進(jìn)行拓展: 設(shè)可視衛(wèi)星有k+1顆，則BI頻點對應(yīng)的波長X1的雙差整周模糊度候選解％、…、隊、...、Nm 皆為 k 維，即 $=[<,…,JV?,…,iVf] , j = l，2，一，k; 將Ni的每一維變量iV/拓展為三個值:_、Ni +1和崎-1,則Ni拓展為3k個，分別為1? ny ~....^ I* ?9 I ， 則由N1, N2，…，Nm共拓展為3k Xm個雙頻雙差整周模糊度候選解: b、對3kXm個雙頻雙差整周模糊度候選解進(jìn)行基線長度檢驗 基于單基線載體姿態(tài)測量系統(tǒng)，分別計算3kXm個雙頻雙差整周模糊度候選解的基線矢量U(j = l，2，一，3kXm)，并對各基線矢量做如下判斷: 若基線矢量滿足條件I 1I」base I〈0.05.^ase，其中Ibase為真實基線的長度，則該基線矢量所對應(yīng)的雙頻雙差整周模糊度候選解為可信雙頻雙差整周模糊度候選解； 若所有雙頻雙差整周模糊度候選解的基線矢量皆不滿足條件，則轉(zhuǎn)入步驟a，采用更新的衛(wèi)星歷元數(shù)據(jù)重新解算，直至獲得不少于一個的可信雙頻雙差整周模糊度候選解；設(shè)經(jīng)過基線長度檢驗，共篩選出P個可信雙頻雙差整周模糊度候選解N) ,**% Μ； ,..., Nf , P 彡 I, s = I, 2，…，P ； C、采用基本層次校驗法或魯棒層次校驗法，對P個可信雙頻雙差整周模糊度候選解進(jìn)行基線姿態(tài)角層次校驗，獲得雙頻雙差整周模糊度正確解: Cl、所述基本層次校驗法的步驟為: cll、第一次基線旋轉(zhuǎn)和校驗:將基線從初始位置在水平或垂直方向上旋轉(zhuǎn)航向角度Θ或俯仰角度Θ至位置?,使相對于初始位置的航向角增量或俯仰角增量為Θ ；由可信雙頻雙差整周模糊度候選解Ni計算出基線在旋轉(zhuǎn)前后航向角或俯仰角的角度變化量，并按式(4)進(jìn)行角度一致性判斷:
保留，4?: Αφ =θJ； tl[l * ,.Zi Js = lL(4)
S丨騰，-1i Aft ^ Θ 設(shè)經(jīng)第一次旋轉(zhuǎn)保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解為N;，t = 1,2,…，u，； cl2、第二次基線旋轉(zhuǎn)和校驗:將基線從位置M在水平或垂直方向上再次旋轉(zhuǎn)航向角度Θ或俯仰角度Θ，至位置使相對于初始位置的航向角增量或俯仰角增量為2Θ ； 由經(jīng)第一次基線旋轉(zhuǎn)保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解NU十算出基線在第二次旋轉(zhuǎn)前后航向角或俯仰角的角度變化量△爐,，并按式(5)進(jìn)行角度一致性判斷:
保留，若Δ気=#<(t =(5)副除，'“φ,θ、1 設(shè)經(jīng)第二次旋轉(zhuǎn)保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解為(r = l,2,…,V)；cl3、按照這種方式，繼續(xù)進(jìn)行基線旋轉(zhuǎn)和校驗，直到保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解為一個，即為雙頻雙差整周模糊度正確解； 若在上述層次校驗過程中，P個可信雙頻雙差整周模糊度候選解均被剔除，則轉(zhuǎn)入步驟a，采用更新的衛(wèi)星歷元數(shù)據(jù)重新進(jìn)行解算；c2、所述魯棒層次校驗法的步驟為:c21、第一次基線旋轉(zhuǎn)和校驗:將基線從初始位置在水平或垂直方向上旋轉(zhuǎn)航向角度Θ或俯仰角度Θ至位置矹《使相對于初始位置的航向角增量或俯仰角增量為Θ ；由可信雙頻雙差整周模糊度候選解Ni計算出基線在旋轉(zhuǎn)前后航向角或俯仰角的角度變化量△灼，并按式(6)進(jìn)行角度一致性判斷:
其中α為誤差容限； 設(shè)經(jīng)第一次旋轉(zhuǎn)保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解為、.f = 1,2,..*,?； c22、第二次基線旋轉(zhuǎn)和校驗:將基線從位置H在水平或垂直方向上再次旋轉(zhuǎn)航向角度Θ或俯仰角度Θ，至位置使相對于初始位置的航向角增量或俯仰角增量為2Θ ； 由經(jīng)第一次旋轉(zhuǎn)保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解計算出基線在第二次旋轉(zhuǎn)前后航向角或俯仰角的角度變化量^的，并按式(7)進(jìn)行角度一致性判斷:
設(shè)經(jīng)第二次旋轉(zhuǎn)保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解為(r = 1,2,…,V);c23、按照這種方式，繼續(xù)進(jìn)行基線旋轉(zhuǎn)和校驗，直到保留下來的可信雙頻雙差整周模糊度候選解為一個，即為雙頻雙差整周模糊度正確解； 若在上述層次校驗過程中，P個可信雙頻雙差整周模糊度候選解均被剔除，則轉(zhuǎn)入步驟a，采用更新的衛(wèi)星歷元數(shù)據(jù)重新進(jìn)行解算； d、由雙頻雙差整周模糊度正確解解算獲得基線姿態(tài)角，即為北斗II雙頻載體姿態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層次校驗的北斗II雙頻載體姿態(tài)測量方法，其特征在于:Θ為90°，誤差容限α取5°。
【文檔編號】G01S19/55GK104166150SQ201410452892
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】夏娜, 戴金林, 常傳文, 許保殿, 王桃 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)