[发明专利]一种基于多余观测分量的整周模糊度可靠性检验方法

权利要求书

1.一种基于多余观测分量的整周模糊度可靠性检验方法，其特征在于：首先确定残差值精度，然后在错误整周模糊度、多余观测分量矩阵及观测值残差之间的关系上，根据多余观测分量矩阵主对角线占优原则，通过选择不同的参考卫星，实现不同卫星的主对角线占优，进而以3倍中误差作为残差值阈值，依据残差值与阈值检验整周模糊度的可靠性；

依据残差值与阈值检验整周模糊度的可靠性包括有如下方法：

多余观测分量矩阵主对角线元素大小主要受到卫星几何分布以及参考星选取的影响；不同的卫星几何分布可以影响多余观测分量矩阵主对角元素的大小，但是由于卫星几何结构变化缓慢，短时间内对多余观测分量矩阵主对角线元素随时间变化不大；

从参考卫星的选取入手，重点讨论选取不同参考星对多余观测分量矩阵对角线元素大小的影响；计算整周模糊度后，依次选取不同的卫星作为参考卫星，将载波双差观测方程重新进行线性组合，得到不同的多余观测分量矩阵；

首先取观测时间段第1个历元进行分析，在该历元时刻，选取不同的卫星作为参考卫星情况下主对角占优的卫星情况；

根据多余观测分量主对角线占优原则，通过选取参考星的方式，实现部分卫星的模糊度可靠性检验；在此基础上，对于多余观测分量主对角线不占优的卫星，通过记录选取不同参考卫星情况下，利用多余观测分量绝对值最大的情况进行整周模糊度可靠性检验，从而完成所有卫星的模糊度可靠性检验；

(1)主对角线占优情况

当观测值对应的多余观测分量矩阵主对角线元素具有明显的主对角线占优特点时，当前卫星整周模糊度计算错误，将会对其对应的残差值产生严重影响；

(2)主对角线不占优情况

针对多余观测分量主对角线并不占优的情况，通过变换参考星，实现原有卫星观测值对应的多余观测分量主对角线占优；

因此，在计算得到每颗卫星的整周模糊度之后，依据多余观测分量主对角线占优原则来选取参考卫星，分别以不同卫星作为参考卫星，对载波双差观测方程进行线性组合，实现了相应卫星观测值对应的多余观测分量主对角线占优，进而实现了这些卫星的整周模糊度的可靠性检验；

而对于通过变换参考卫星无法实现多余观测分量主对角线占优的卫星，通过记录选取不同参考卫星情况下，多余观测分量绝对值最大的情况进行整周模糊度可靠性检验；通常情况下，主对角线多余观测分量绝对值越大，由于错误模糊度偏差引起残差值偏差也会越大。

2.根据权利要求1所述的基于多余观测分量的整周模糊度可靠性检验方法，具体按以下步骤实行：

(1)、采集基准站观测数据，包括L1，L2载波相位观测值、P1，P2伪距观测量信息；由载波双差无电离层组合建立双差观测方差：

上式中，Δ▽(·)为双差算子：下标“1”，“2”分别表示L1和L2载波；λ为波长；f为载波频率；为载波相位观测值；ρ为站星几何距离；c为光速；N为整周期模糊度；T为对流层延迟；O为轨道误差；mul为多路径效应；λ_W为宽巷波长；

顾及Δ▽N₂＝Δ▽N₁-Δ▽N_W以及λ_N＝c/(f₁+f₂),有

测站的卫地距通过卫星坐标与测站概略坐标计算得到，由于测站为基准站，多路径效应影响比较小，双差后忽略不计，星历采用IGU预报星历，轨道误差经过双差后也能有效地削弱；上式的精度主要受到对流层延迟双差残余；由于长基线对流层湿分量改正精度不高，将干分量部分通过模型修正，对湿分量部分使用天顶对流层参数进行估计；对上式进行线性化，得到：

上式中，(Δ▽p,Δ▽q,Δ▽s)为双差观测方程系数；(dX_b,dY_b,dZ_b)为测站b的坐标待估参数；若有n颗卫星，则有n-1个双差观测方程

上式中，上标“i”表示参考卫星i；上标“1,2…n-1”表示其它卫星；通过多历元连续观测，进行最小二乘序贯平差，求得坐标待估参数与模糊度浮点解向量N₁；在此基础上，经过LAMBDA算法搜索，得到模糊度整数解与坐标位置参数；

(2)、错误模糊度对观测值残差的影响分析

求解整周模糊度后，将整周模糊度带回载波双差无电离层组合方程，求得残差向量；整周模糊度求解正确的情况下，残差值将随时间变化将在0附近波动，而错误整周模糊度将会影响观测值残差，使其产生严重偏差；

求得模糊度整数估值后，将模糊度整数估值带回载波无电离层双差观测方程，得到：

如果模糊度存在偏差δN₁，经过最小二乘后，残差值与观测值向量的关系表示为：

L＝(Δ▽l^i,1…Δ▽l^i,j…Δ▽l^i,n-1)^T

上式中V为改残差值向量；δN₁为错误的整周模糊度偏量；为由错误整周模糊度引起的残差值向量偏量；Q_VV为改正数的协因数阵；P为载波双差观测值权阵；L为载波双差观测阵；R为观测值的多余观测分量矩阵；

由上式，可得到错误整周模糊度引起的残差值向量偏量：

故当模糊度整数求解错误时，错误模糊度对第颗卫星的残差值影响表示为：

观测值残差受到多余观测分量大小、错误模糊度数量以及错误模糊度较整周模糊度真值偏量大小的影响；

在多余观测分量矩阵中，主对角线元素往往比较占优，大于其所在行列的其它元素绝对值之和；当主对角线元素的绝对值大于同行其他元素的绝对值之和，称之为主对角线元素绝对占优；通常，多余观测分量矩阵具有对角线占优的特性，因此当卫星模糊度解算错误时，错误模糊度对自身观测值残差的影响往往大于对其它卫星观测值残差的影响，对角线占优越明显的卫星，模糊度错误时对自身残差值影响越明显；

(3)、检验阈值的确定

上面的分析可以看出，残差值的精度主要受到载波观测值、轨道误差以及对流层延迟模型精度的影响；其中载波双差观测值引起的精度误差在毫米级，星历采用下载IGU星历，双差后误差也忽略不计；下面对使用模型估计的双差对流层延迟精度进行分析；在求得整周模糊度后，双差对流层延迟表示为：

由于残差值主要受到双差对流层延迟模型精度影响，在忽略其它误差的影响前提下，认为残差值的精度为σ厘米，取3倍中误差，则残差值的阈值为3σ厘米，当残差值在3σ厘米以内波动，认为整周模糊度求解正确，反之，认为整周模糊度求解错误；

(4)、基于多余观测分量的模糊度检验

多余观测分量矩阵主对角线元素大小主要受到卫星几何分布以及参考卫星选取的影响；不同的卫星几何分布可以影响多余观测分量矩阵主对角元素的大小，但是由于卫星几何结构变化缓慢，短时间内对多余观测分量矩阵主对角线元素随时间变化不大；

从参考卫星的选取入手，分析选取不同参考星对多余观测分量矩阵对角线元素大小的影响；计算整周模糊度后，依次选取不同的卫星作为参考卫星，将载波双差观测方程重新进行线性组合，得到不同的多余观测分量矩阵；

首先取观测时间段第1个历元进行分析，在该历元时刻，选取不同的卫星作为参考卫星情况下主对角占优的卫星情况；

根据多余观测分量主对角线占优原则，通过选取参考卫星的方式，实现部分卫星的模糊度可靠性检验；在此基础上，对于多余观测分量主对角线不占优的卫星，通过记录选取不同参考卫星情况下，利用多余观测分量绝对值最大的情况进行整周模糊度可靠性检验，从而完成所有卫星的模糊度可靠性检验；

因此，在计算得到每颗卫星的整周模糊度之后，依据多余观测分量主对角线占优原则来选取参考卫星，分别以不同卫星作为参考卫星，对载波双差观测方程进行线性组合，实现了相应卫星观测值对应的多余观测分量主对角线占优，进而实现了这些卫星的整周模糊度的可靠性检验；

而对于通过变换参考卫星无法实现多余观测分量主对角线占优的卫星，通过记录选取不同参考卫星情况下，多余观测分量绝对值最大的情况进行整周模糊度可靠性检验；通常情况下，主对角线多余观测分量绝对值越大，由于错误模糊度偏差引起残差值偏差也会越大。