[发明专利]基于随机森林的卫星导航双频周跳探测方法

说明书

本发明公开了一种基于随机森林的卫星导航双频周跳探测方法。本发明使用卫星导航双频伪距、载波相位、多普勒观测量进行组合，构造出包括3个双频和4个单频特征在内的周跳检测特征，利用随机森林分类模型进行分类，识别出周跳发生与否以及周跳发生的频点，有效改进了电离层残差法的固有缺陷，能够区分周跳频点、能够探测双频按载波频率比例发生的周跳，以及双频同时发生的相等的半周跳，实现了周跳频点以及特定周跳组合的探测，并在最大程度上保留其对小周跳高探测率和低虚警率的优势。

技术领域

本发明涉及全球导航卫星系统GNSS数据处理、机器学习技术领域，具体涉及一种基于随机森林的卫星导航双频周跳探测方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)是一种无线电导航定位系统，采用三段式控制，分空间段、地面控制段和用户段，可以实时为用户提供定位、测速和授时服务。卫星导航技术无处不在，在农业、交通、环保、航天、勘探、救援等多个领域具有广泛的应用，也在军事战争中承担重任。近年来，许多国家和地区都在积极建设GNSS系统。其中较完善的有美国的全球定位系统(GPS)、中国的北斗卫星导航系统(Beidou)、俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)以及欧盟的卫星导航系统(Galileo)。卫星导航高精度定位技术使用载波相位观测量进行定位解算，可以达到厘米级甚至毫米级精度，将取代传统单点定位，主要包括精密单点定位(PPP)和载波相位实时差分(RTK)两种技术。载波相位周跳是接收机载波环由于载噪比降低等原因在输出载波相位时产生的一个整周或半周的偏差，将影响高精度定位中的整周模糊度解算等过程，并最终影响定位精度。现代的接收机一般都为双频或多频接收机，可通过联立双频观测量进行周跳探测，实际工程中常用的电离层残差法就是一个典型代表，相比于其他方法，它具有较强的小周跳检测能力，但是，电离层残差法具有一些固有缺陷，比如，它不能区分周跳频点，不能探测双频按载波频率比例发生的周跳，也不能探测双频同时发生的相等的半周跳。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于随机森林的卫星导航双频周跳探测方法，能够改进电离层残差法的固有缺陷，有效实现周跳频点以及特定周跳组合的探测，并在最大程度上保留电离层残差法对小周跳高探测率和低虚警率的优势。

本发明的基于随机森林的卫星导航双频周跳探测方法，包括如下步骤：

步骤一，根据接收机接收的双频观测数据，构造周跳检测特征；其中，周跳检测特征包括：频点一的相位减伪距检测量PML1、频点二的相位减伪距检测量PML2、电离层残差检测量GF、宽巷相位减窄巷伪距检测量MW、频点一的载波相位在观测矢量的距离变化量残差DPL1、频点二的载波相位在观测矢量的距离变化量残差DPL2，以及DPL1和DPL2关于载波频率的线性组合DDPL；其中，

DDPL＝λ₁×DPL1-λ₂×DPL2；

其中，L₁、L₂分别表示频点一、频点二的载波相位观测量；λ₁、λ₂分别表示频点一、频点二的载波波长，D₁和D₂分别表示频点一和频点二的伪距观测量，t表示历元时间，Δt表示历元间隔；

步骤二，构造随机森林模型；以步骤一构建的周跳检测特征为随机森林模型的输入，以只有频点一有周跳、只有频点二有周跳、频点一与频点二均有周跳、以及无周跳为随机森林模型分类结果，利用训练数据集中的历元数据对随机森林模型进行训练，得到训练好的随机森林模型；

步骤三，获取待检测周跳卫星数据的周跳检测特征，并输入训练好的随机森林模型进行周跳探测，获得周跳探测结果。

较优的，采用如下方法构建训练集：