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专利号: 201710790184X
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于粒子滤波的GNSS相位系统间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:对卫星导航数据进行预处理,导入卫星星历、当前历元伪距观测值和当前历元相位观测值;

步骤2:建立系统内和系统间的观测值方程,并线性化,得到单历元法方程或与之前历元累加法方程;

步骤3:计算粒子均方根,判断均方根是否大于给定阈值,若大于阈值则对粒子进行聚簇分析,通过聚簇分析整合分簇粒子;对每个粒子值,改正GNSS观测值法方程系统间偏差;

解算法方程,使用LAMBDA方法进行模糊度固定并输出对应粒子的RATIO值;建立关于RATIO值的函数,用函数值更新粒子滤波权;根据带权粒子,计算相位系统间偏差小数部分的数值及粒子均方根;

步骤4:重复步骤1-3,实时追踪GNSS系统间相位偏差小数部分的值,实现实时追踪;重复步骤1-3,待滤波收敛后,通过估计的GNSS系统间相位偏差小数部分,改正观测值或法方程中相位系统间偏差值,固定系统内和系统间的双差整周模糊度,实现精密定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的GNSS相位系统间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤3中通过聚簇分析整合分簇粒子过程如下:S1:选择粒子值最大和最小的两个粒子作为起始粒子,计算其它粒子到起始粒子的距离,按照距离大小将粒子分为两组;

S2:分别计算两个粒子组的加权重心g1、g2,其定义如下:其中:xk为k时刻粒子值,wk为k时刻粒子对应权值,Nh为各组粒子个数,h为组号,h=1,

2;

S3:计算粒子组重心距离d:

d=|g1-g2|;

S4:判断距离d与载波波长λ之间的差值是否小于eps,若|d-λ|<eps成立,则将两个粒子组进行合并。

3.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的GNSS相位系统间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤3具体过程如下:(1)采样生成初始粒子集 对于第k时刻粒子集由上一时刻滤波结果生成,其中:x为粒子值,w为粒子对应权值,N为粒子个数,i=1,2…N为粒子序号;

(2)计算粒子均方根,判断均方根是否大于给定阈值,若大于阈值则对粒子进行聚簇分析,通过聚簇分析整合分簇粒子;

(3)对于每一个粒子值,改正GNSS观测值法方程系统间偏差;解算法方程,获得未知量的负电解和相应的协方差阵;使用LAMBDA方法进行模糊度固定并输出对应粒子的RATIO值;

(4)建立关于RATIO值的似然函数,用函数值进行粒子滤波权更新,并标准化粒子权值,作为新的粒子权值;

(5)计算粒子的期望值作为相位偏差的估计值

计算粒子的方差

(6)判断粒子滤波是否收敛,实时追踪时,判断均方根是否小于设定阈值stdthd,若是则输出相位偏差的估值和粒子的方差作为估计结果,进入步骤(8);若否则直接进入步骤(8);

(7)判断粒子滤波是否收敛,精确估计时,判断均方根是否小于设定阈值std2thd,若是则输出相位偏差的估计值和粒子的方差作为估值结果,退出滤波,进入步骤4;若否则进入步骤(8);

(8)如果满足重采样条件,根据更新的权值重新采样,转入步骤(9);

(9)在精确估计时,判断均方根是否小于设定阈值std1thd,若是则对重采样的粒子实施正则化,转入步骤(11);若否则转入步骤(10);实时追踪时,直接转入步骤(10);

(10)预计下一时刻粒子,对重采样的粒子实施离散化:其中:e为离散化时所加的随机噪声;

(11)推算下一历元的粒子值。

4.根据权利要求3所述的一种基于粒子滤波的GNSS相位系统间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤(4)中粒子滤波权更新过程如下:S11:建立似然函数与RATIO之间的函数关系:式中:f(RATIO)是关于RATIO值的函数;

S12:根据建立的函数关系和第i个粒子对应的RATIO值RATIOi计算对应粒子的似然函数值S13:将似然函数值与对应粒子的权值相乘,获得更新后的粒子权S14:标准化粒子权值,即将每个粒子的权与所有粒子权之和的比值,作为新的粒子权值

5.根据权利要求3所述的一种基于粒子滤波的GNSS相位系统间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤(7)中重新采样过程如下:S21:根据序号累加粒子权值,获得各粒子的累积分布函数值集:S22:计算所需粒子数Nk+1:

式中: n为单元方差对应的粒子个数, 为最小粒子个数;

S23:生成均匀的或随机的累积分布函数值:

S24:依次将粒子序号对应的累积分布函数值,和均匀或随机的累积分布函数值进行对比;对于m=1,i=1,如 则删除第i个粒子,i=i+1,否则复制第i个粒子到新的粒子集,m=m+1;直到m=Nk+1,得到新的粒子集为S25:设置新的粒子集为等权:

得到新的粒子集及权值。

6.根据权利要求3所述的一种基于粒子滤波的GNSS相位系统间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤(8)中正则化的过程如下:S31:确定粒子正则化的核函数:

式中:nx为未知向量的维数,当x是标量时值为1; 为nx空间单元球体的体积;

S32:根据粒子滤波中的维数计算最优带宽hopt:S33:根据粒子方差计算均方根

S34:对核函数不为零部分采样,产生集合 根据采样值,最优带宽和均方根,根据下式获得新的粒子值:

7.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的GNSS相位系统间偏差实时追踪和精密估计方法,其特征在于,所述步骤2中单历元法方程或与之前历元累加法方程建立过程如下:GLONASS系统伪距非差观测方程为:

GLONASS系统相位非差观测方程为:

式中:i为卫星序号,a为观测站序号,P为GNSS卫星的非差伪距观测值,Φ为GNSS卫星的非差相位观测值,c为光速,δta为GNSS观测站接收机钟差,ρ为观测站到GNSS卫星之间的距离,δti为GNSS卫星钟差,dia为接收机端伪距硬件延迟,di为GNSS卫星端伪距硬件延迟,I为电离层延迟误差,T为对流层延迟误差,ε为伪距观测值的观测噪声,μia为接收机端相位硬件延迟,μi为GNSS卫星端相位硬件延迟,λi为第i颗卫星的载波波长,Nia为整周模糊度,ζ为相位观测值的观测噪声。

对上述观测值进行双差组合,消除卫星钟差,接收机钟差,改正电离层延迟误差和对流层延迟误差;得到GNSS系统内双差伪距观测方程:GNSS系统内双差载波相位观测方程:

式中:s1为任一卫星系统,b为双差观测值的另一测站的测站号,j为组成双差观测值的另一GNSS卫星的卫星号;

GNSS系统间双差伪距观测方程:

GNSS系统间双差载波相位观测方程:

式中:s2为s1之外的另一卫星系统,d为伪距系统间偏差,μ为所求的相位系统间偏差;

GNSS系统双差伪距观测方程和GNSS系统双差载波相位观测方程线性化后可转化为:v=Ax+Db+Cγ+l

式中:x为除模糊度和频间偏差外其他未知量包括测站坐标分量组成的矢量,b为接收机间单差模糊度未知数矢量,γ为系统间偏差未知量,A、D和C分别为未知量对应系数矩阵,l为常数项矢量,P为权矩阵,v为观测值残差矢量;

根据线性化方程可可单历元法方程或与之前历元累加法方程: