[发明专利]一种基于单差滤波的变形监测GNSS信号多路径改正方法

说明书

本发明公开了一种基于单差滤波的变形监测GNSS信号多路径改正方法,利用站间单差观测残差的空间相关特性，采用单差滤波方法固定模糊度并提取载波伪距观测残差，通过对数据残差进行快速傅里叶变换分析及小波降噪，建立离散多路径及反射多路径空间改正图，减弱桥梁变形监测环境中的多路径效应对GNSS载波及伪距观测值的影响。本发明方法充分利用多路径的时空重复特性，可有效提高变形监测中模糊度固定的可靠性及成功率，并提升动态监测的单历元解算精度。

技术领域

本发明涉及定位与监测领域，尤其涉及一种基于站间单差滤波(between-receiver single-difference)的变形监测GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)信号多路径延迟改正方法，是GNSS实时高精度快速RTK(Real TimeKinematic，实时动态定位技术)定位技术研究的重要部分。

背景技术

随着卫星定位系统的完善与发展，GNSS变形监测目标的精度和可靠性要求越来越高。作为各种高精度测量的一种极为有效的手段，GNSS载波测量可实时输出高频、厘米级三维定位结果。当应用差分定位时，两台GNSS接收机对同步观测的伪距和相位观测值实施双差，可建立一组包含相对位置和双差模糊度等参数的观测方程，通过固定双差载波模糊度，实现高精度位置信息的获取。当对测量精度要求较高时(毫米级变形监测)，在通常的数据处理中所忽略的一些误差源，必须予以高度重视。

变形监测应用一般采用短基线，通过站间差分方式可大幅度消除包括对流层延迟、电离层延迟等大气误差延迟项的影响，由于观测受限于监测应用的环境约束，各接收机天线接收到的信号除了卫星发射的信号以外，还接收各类周边反射物体反射的间接信号，因此，多路径效应成为短基线GNSS数据处理的主要误差源。常规多路径效应处理方法主要分为远距离反射处理及近距离反射处理两部分，对于远距离反射通过在接收机中采用MEDLL、窄相关等技术来改善或削减，对于近距离反射，主要采用双差定位结果的恒星日相关性，剥离多路径残差对定位结果的影响，忽略了多路径本身的空间变化的相关性。另一方面，GNSS双差定位方法(站间星间)需在各历元选取参考星，在卡尔曼滤波中传递双差模糊度，当前后历元参考星不一致时，还需要构建转换矩阵实现双差模糊度的转换，确保传递的准确性和滤波的连续性，同时其多路径效应受到两颗卫星的信号传送方位角度影响，无法精确评定。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于单差滤波的变形监测GNSS信号多路径改正方法，在消除接收机相位钟差和站间单差模糊度所引起的列秩亏后，恢复模糊度的双差形式和整数特性，利用固定的模糊度提取单卫星载波残差，采用快速傅里叶变换(FFT)分析多路径类型，并采用小波降噪提取载波、伪距离散及反射多路径延迟值，建立多路径延迟改正空间图，并应用于之后观测卫星中修正观测值，以减弱多路径效应对高精度GNSS卫星测量或变形监测的影响。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于单差滤波的变形监测GNSS信号多路径改正方法，包括以下步骤：

步骤1，采用站间单差非组合观测模型，通过增加初始历元参考星模糊度基准，分别估计各频段站间单差伪距接收机钟差值及各频段站间单差载波接收机钟差值，使得各频段伪距接收机钟差吸收接收机硬件延迟偏差项，各频段载波接收机钟差吸收载波接收机偏差项，恢复伪距单差观测值和载波单差观测值中待估参数的单差模糊度整数特性。

步骤2，建立站间单差卡尔曼滤波模型，将步骤1得到的伪距单差观测值和载波单差观测值代入单差卡尔曼滤波模型中实时估计监测站坐标位置、接收机各频段钟差及卫星单差模糊度，固定模糊度以获得稳定固定坐标结果及伪距观测残差、载波观测残差。