[发明专利]一种双频多星座GNSS整周模糊度OTF解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及高精度卫星导航定位技术领域，包括GPS、BDS、GLONASS和GALILEO导航卫星系统，特别涉及多星座GNSS载波相位动态测量中的初始整周模糊度的OTF解算。

背景技术

目前世界上的四个主要的全球导航卫星系统（GNSS）有美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，我国的BDS系统（北斗卫星导航系统），以及欧洲的GALILEO卫星定位系统。GNSS定位技术由于具有高精度、全球覆盖和全天候定位的特点，而广泛用于测绘、工程建设、航天航空、交通运输、勘探、授时及海洋等行业。我国正处于北斗卫星系统初步建成的运行服务初期，北斗卫星导航相关产业开始进入迅猛发展的阶段，国产化的高精度位置服务有巨大的发展前景。

根据不同的观测值类型，GNSS定位方法可分为载波相位定位与伪距定位。伪距定位方法实现简单，但由于伪距观测值通常只能达到分米甚至米级的精度，因此其定位精度只能达到分米级或米级。为了实现并提供厘米级甚至毫米级的定位服务，采用精度高达毫米甚至亚毫米级的载波相位观测值进行定位是实现高精度定位的必要条件。然而与伪距测量不同的是，载波相位测量只能测量出载波相位不足一周的部分以及从初始时刻开始累计的整周数，因此GNSS载波相位定位技术存在初始整周模糊度解算的问题，即每颗卫星的每个频率上的载波相位观测值存在一个未知的整数的求解问题。只有当初始整周模糊度固定后，载波相位观测值才能视为毫米级的伪距观测值进行高精度的定位。针对动态定位而言，由于接收机处于运动状态，每个历元（时刻）需增加三个接收机位置参数，整周模糊度的固定较静态定位更加困难。整周模糊度的固定速度越快，其对动态定位服务效率的提高越有利。本发明主要针对短基线动态定位情况下，GNSS载波相位观测值的整周模糊度固定问题而提出。

GNSS整周模糊度解算方法主要有两类：一类是基于测量域的模糊度解算，另一类是基于整周模糊度域的模糊度搜索。第一类方法过程简单且计算速度快，其仅使用各卫星的伪距观测值与相位观测值相减得到模糊度值。由于伪距观测值精度只有0.3米，经过双差计算后精度降至0.6米，而载波波长只有约0.2米，因此常需要利用波长较长的载波相位双频组合观测量来辅助计算，如宽巷组合观测量。组合观测量虽然有较长的波长，但其只能得到组合观测量的整周模糊度，各频率上的模糊度还需作进一步的分解。另外宽巷波长约为0.86米，若要得到精度由于半波长的浮点模糊度解，仍需要多个历元的观测数据。第二类方法是将所有卫星观测数据进行总体平差，再将平差后的浮点模糊度及其方差协方差阵利用整数最小二乘方法来估计所有模糊度的整数解，此类方法包括有快速模糊度解算方法(FARA)、快速模糊度搜索滤波器（FASF）、最小二乘模糊度降相关平差法（LAMBDA）等。这些方法可用于实时动态定位，尤其是LAMBDA方法极大的改进了模糊度搜索效率，使得On The Fly(OTF)模糊度成为现实。然而，当伪距观测值受多路径影响较为显著时，仍然需要较长的模糊度初始化时间。另外，在卫星观测个数较多的情况下，这些方法的解算效率将会下降，显然随着我国BDS系统建设的完善和欧洲GALILEO导航卫星系统的发展，这种情况将会变得更加普遍。为了得到更好的解算效率，两类方法的组合也常用于整周模糊度的快速解算，如基于双频整周关系约束模糊度解算（FirCAR）的OTF模糊度算法。试验证明FirCAR方法能够较好的提高模糊度解算效率，但以往FirCAR方法的推导结果不完全，且导致了其中部分错误的结论。

发明内容

鉴于现有技术的以上情况，本发明的目的是，针对上述整周模糊度解算过程中的不足，提出了一种短基线情况下适用于GPS、BDS、GLONASS和GALILEO卫星系统的双频多星座GNSS整周模糊度OTF解算方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种双频多星座GNSS整周模糊度OTF解算方法，对短基线动态定位情况下，实现GNSS载波相位观测值的整周模糊度固定,包括如下主要步骤：

1）以载波波长为单位的双差伪距观测值减去双差载波相位观测值，逐颗卫星解算各双差相位观测值的浮点模糊度；当需要多个历元的数据进行模糊解算时，采用算术平均的方式得到滤波后各卫星的浮点模糊度；

2）以1）所得各卫星两个频率上的浮点模糊度和双差相位观测值，利用基于双频整周关系约束的模糊度解算的改进方法，逐颗卫星进行整周模糊度解算；若需多历元数据解算模糊度时，采用滤波后的相位观测值进行整周模糊度解算；