[发明专利]利用最优数值导数的GNSS多普勒观测值生成方法

说明书

本发明公开了一种利用最优数值导数的GNSS多普勒观测值生成方法。针对常规方法仅利用必要等间隔历元的GNSS载波观测值以及不具有稳健性、最优性等不足，本发明提出基于载波相位/伪距观测值的多历元连续性构建多项式基函数和数值导数方程，利用最小二乘估计确定最优数值导数算子并生成多普勒观测值。本发明相较于常规方法有以下优点：(1)同时适用于载波相位和伪距观测值；(2)利用多历元GNSS连续性，满足观测值存在非均匀采样时的多普勒生成任务；(3)顾及了观测值随卫星高度角的精度变化或方差异常，能够提高多普勒观测生成精度；(4)所用历元数根据GNSS采样率可灵活设置，通过最小二乘估计保证了数值导数算子最优性。

技术领域

本发明涉及一种利用最优数值导数的GNSS多普勒观测值生成方法，属于卫星导航定位技术和测绘科学技术领域。

背景技术

随着全球卫星导航系统(GNSS)的快速发展，利用GNSS进行位置、速度、姿态解算和授时等应用越来越广泛。其中，GNSS多普勒观测值被广泛用于载体位置速度测量、周跳探测和伪距平滑等研究与应用。然而，GNSS多普勒观测值并不是GNSS接收机原始观测值输出格式的标准要求，用户目前需要基于原始载波相位观测值进一步利用常规生成算子获得多普勒观测值。例如，专利文献为CN106772472A的“一种顾及GNSS接收机钟跳的导出多普勒观测值构造方法”直接采用连续两个历元的载波相位观测值进行差分的方法导出多普勒观测值；专利文献为CN102253399A的“一种利用载波相位中心值的多普勒差分补偿测速方法”利用载波相位一阶中心微分值对原始多普勒观测值进行补偿从而得到修正后的测速值。

现有导出多普勒观测值是利用连续两个或必要历元的载波相位观测值通过常规差分算子求得，该方法存在如下问题：一、常规差分算子仅适用于载波相位观测值，无法避免周跳难题；二、仅采用两个历元或等间隔历元的观测值难以利用多历元GNSS轨迹连续性，无法完成非均匀采样条件下多普勒生成任务；三、所用历元数是常规差分算子的必要历元数，不能根据采样率和移动时间窗口长度进行最优算子估计；四、不考虑观测值精度随历元的变化情况，多普勒观测值受非等精度观测或异常方差影响严重。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用最优数值导数的GNSS多普勒观测值生成方法，该方法能同时适用于载波相位和伪距观测值、均匀和非均匀采样时间，且具有最优性和稳健性。

为实现上述目的，本发明提供一种利用最优数值导数的GNSS多普勒观测值生成方法，包括以下步骤：

第一步、定义第i个移动窗口的时间区间为t∈[t_i，t_i+K]，设置数值导数算子长度为K+1，数值导数算子记为d_i＝[d_i，0 … d_i，k … d_i，K]^T，k∈[0，K]。将第i个移动窗口的时间变量t_i+k∈[t_i，t_i+K]处理为标准化时间变量τ_i+k∈[-1，1]，则标准化时间变量及其导数分别为和

第二步、选取一般多项式或递推多项式作为时间序列基函数，并设置多项式阶数N，且满足N＜K；其中，第j阶时间序列基函数记为F_j(t_i+k)、基函数导数记为j∈[0，N]。基函数导数可采用如下任意一种计算方法。

①时序基函数采用N阶一般多项式，导数递推形式为：

②时序基函数采用N阶切比雪夫多项式T_N(τ_i+k)，则导数递推形式为：

式中，T₁⁽¹⁾(τ_i+k)＝1。