CN115728796A

CN115728796A - 定位方法及其***

Info

Publication number: CN115728796A
Application number: CN202111015519.3A
Authority: CN
Inventors: 刘晓磊; 陈亮; 王伟; 徐坤
Original assignee: Qianxun Spatial Intelligence Inc
Current assignee: Qianxun Spatial Intelligence Inc
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本申请公开了一种定位方法及其***，该方法包括：获取当前历元的卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数；根据当前历元卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合；当根据粗差探测指标集合判断某一卫星在当前历元具有粗差时，判断该卫星在上一历元是否具有粗差，若无粗差，将该卫星观测值进行降权处理，若有粗差，根据残差集合判断该卫星的残差是否大于预定阈值，若大于预定阈值，将该卫星观测值标记为周跳并重置该卫星的模糊度，若小于等于预定阈值，则调整该卫星当前历元滤波参数的随机噪声；以及进行滤波解算以获取定位结果。

Description

定位方法及其***

技术领域

本申请涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种定位方法及其***。

背景技术

PPP((Precise Point Positioning，精密单点定位)通过接收服务端播发的轨道、钟差偏差等改正数，可在收敛约20分钟后实现实时厘米级的定位精度，且该技术没有区域限制，在全球范围内定位精度均匀，因此在大地测量等诸多领域得到了广泛的应用。但在实际应用中，由于受到服务播发差分改正数精度不高或载波观测值出现粗差(周跳/半周跳)等因素的影响，将会导致定位结果出现偏差，且在精密单点定位中由于载波观测值权重远大于伪距观测值，因此，针对载波观测值进行数据质量控制是十分必要的。公式(1)所示即为精密单点定位伪距观测值和载波观测值的观测方程，其中

及

分别表示历元t伪距观测值及载波观测值，

表示卫星位置距接收机的几何距离，t_r，sys表示接收机钟差，c表示光速，t^s表示卫星钟差，

表示对流层映射函数，T_z表示对流层湿延迟，

表示电离层延迟，f表示频率，b_r,f及

分别表示卫星及接收机端的伪距硬件延迟，B_r,f及

分别表示卫星及接收机端的载波硬件延迟，

表示载波整周模糊度，

表示相位缠绕改正，

及

分别表示伪距及载波的噪声。

现有载波观测值质量控制方法中，多依据伪距观测值和载波观测值进行周跳探测，若探测出周跳，则重置其相应的模糊度。这些方法一方面仅从观测值角度出发来进行载波观测值质量控制，而未考虑到由于服务播发改正数精度较低所导致的载波观测值出现粗差的问题，更没有考虑到不同的粗差探测结果应采用不同的数据处理方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种定位方法及其***，解决服务播发的差分改正数据精度不高或载波观测值出现粗差导致定位出现偏差的技术问题。

本申请的一个实施例中提供一种定位方法，包括：

获取当前历元的卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数；

根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合；

当根据所述粗差探测指标集合判断某一卫星在当前历元具有粗差时，判断该卫星在上一历元是否具有粗差，若无粗差，将该卫星观测值进行降权处理，若有粗差，根据所述残差集合判断该卫星的残差是否大于预定阈值，若大于所述预定阈值，将该卫星观测值标记为周跳并重置该卫星的模糊度，若小于等于所述预定阈值，则调整该卫星当前历元滤波参数的随机噪声；以及

进行滤波解算以获取定位结果。

在一个优选例中，根据根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合的步骤，进一步包括：

根据上一历元的滤波参数及当前历元的卫星观测值、广播星历和差分改正数据组建观测方程；

对所述观测方程进行最小二乘处理获取残差集合；以及

对所述残差集合进行粗差探测，若未探测到粗差，则终止粗差探测迭代，并标记粗差探测指标集合为空，若探测到粗差则对已探测到粗差的卫星进行标记并删除后再次进行粗差探测迭代直至未探测到粗差或达到最大迭代次数，并且，获取所有标记粗差卫星组成粗差探测指标集合。

在一个优选例中，所述观测方程为ν＝HX-L，其中，X＝[x y z c·t_r,sys]，x、y、z、t_r,sys分别表示待估计的接收机的三个位置参数及钟差参数，c表示光速，ν表示观测噪声，H表示待估计的参数所对应的系数，矩阵L的计算公式为

其中，f₁为第一载波的频率，f₂为第二载波的频率，t表示当前历元，t-1表示上一历元，

表示第一频点载波观测值，

表示第二频点载波观测值，

表示卫星位置距接收机的几何距离，t^s表示卫星钟差，

表示对流层映射函数，T_z表示对流层湿延迟，

表示电离层延迟，

表示第一频点载波整周模糊度，

表示第二频点载波整周模糊度，

表示相位缠绕改正，B_r,f1及

分别表示卫星及接收机端的第一频点载波硬件延迟，B_r,f2及

分别表示卫星及接收机端的第二频点载波硬件延迟。

在一个优选例中，采用中位数或3倍sigma方法进行粗差探测。

在一个优选例中，所述最大迭代次数大于等于5。

在一个优选例中，根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合的步骤之前，还包括：

根据所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据采用历元差分模型进行周跳探测；以及

判断连续发生周跳的历元数，若连续发生周跳的历元数达到所设定阈值，将所述观测值标记为周跳并重置模糊度，并且，更新所述历元差分模型的历史信息，若连续发生周跳的历元数未达到所设定阈值，将所述当前历元观测值判断为周跳的卫星标记为粗差，并且，不更新所述历元差分模型的历史信息。

在一个优选例中，还包括：当所述历元差分模型进行周跳探测失效时，采用GF模型和MW模型结合进行周跳探测，若连续发生周跳的历元数达到所设定阈值，将所述卫星观测值标记为周跳并重置模糊度，并且，更新所述GF模型、MW模型和历元差分模型的历史信息，若连续发生周跳的历元数未达到所设定阈值，将所述卫星观测值标记为粗差并在滤波处理时将该卫星观测值进行降权处理，并且，不更新所述GF模型、MW模型和历元差分模型的历史信息。

在一个优选例中，调整该卫星的滤波参数的随机噪声的步骤，进一步包括：放大该卫星的滤波模糊度随机噪声。

本申请的一个实施例中提供一种定位***，包括：

数据获取模块，用于获取当前历元的卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数；

粗差探测模块，用于根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合；

非差载波质量控制模块，用于当根据所述粗差探测指标集合判断某一卫星在当前历元具有粗差时，判断该卫星在上一历元是否具有粗差，若无粗差，将该卫星观测值进行降权处理，若有粗差，根据所述残差集合判断该卫星的残差是否大于预定阈值，若大于所述预定阈值，将该卫星观测值标记为周跳并重置该卫星的模糊度，若小于等于所述预定阈值，则调整该卫星当前历元滤波参数的随机噪声；以及

滤波模块，用于进行滤波解算以获取定位结果。

本申请一个实施例中还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前文描述的方法中的步骤。

相对于现有技术，本申请的定位方法及其***至少具有以下有益效果：

本申请实施方式中在载波质量控制中通过组建观测方程的方式，同时将载波观测值及服务播发改正数等多种因素进行综合评估。并且，根据不同的粗差探测结果采用不同的载波处理方式。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1是根据本申请一个实施例中的定位方法的流程示意图。

图2是根据本申请一个实施例中的定位方法的整体流程图。

图3是根据本申请一个实施例中的周跳探测方法的流程示意图。

图4是根据本申请一个实施例中的非差载波质量控制方法的流程示意图。

图5是根据本申请一个实施例中的定位***的整体框图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

本申请的一个实施例中提供一种定位方法，图1示出了一个实施例中定位方法的流程示意图。所述定位方法包括如下步骤：

步骤101，获取当前历元的卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数。

在一个实施例中，根据所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据采用历元差分模型进行周跳探测，判断连续发生周跳的历元数，若连续发生周跳的历元数达到所设定阈值，将所述观测值标记为周跳并重置模糊度，并且，更新所述历元差分模型的历史信息，若连续发生周跳的历元数未达到所设定阈值，将所述当前历元观测值判断为周跳的卫星标记为粗差，并且，不更新所述历元差分模型的历史信息。

在一个实施例中，当所述历元差分模型进行周跳探测失效时，采用GF模型和MW模型结合进行周跳探测，若连续发生周跳的历元数达到所设定阈值，将所述卫星观测值标记为周跳并重置模糊度，并且，更新所述GF模型、MW模型和历元差分模型的历史信息，若连续发生周跳的历元数未达到所设定阈值，将所述卫星观测值标记为粗差并在滤波处理时将该卫星观测值进行降权处理，并且，不更新所述GF模型、MW模型和历元差分模型的历史信息。

步骤102，根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合。

在一个实施例中，根据根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合的步骤，进一步包括如下步骤：

步骤1021，根据上一历元的滤波参数及当前历元的卫星观测值、广播星历和差分改正数据组建观测方程。

在一个实施例中，所述观测方程为ν＝HX-L，其中，X＝[x y z c·t_r,sys]，x、y、z、t_r,sys分别表示待估计的接收机的三个位置参数及钟差参数，c表示光速，ν表示观测噪声，H表示待估计的参数所对应的系数，矩阵L的计算公式为

表示第一频点载波观测值，

表示第二频点载波观测值，

表示卫星位置距接收机的几何距离，t^s表示卫星钟差，

表示对流层映射函数，T_z表示对流层湿延迟，

表示电离层延迟，

表示第一频点载波整周模糊度，

表示第二频点载波整周模糊度，

表示相位缠绕改正，B_r,f1及

分别表示卫星及接收机端的第一频点载波硬件延迟，B_r,f2及

分别表示卫星及接收机端的第二频点载波硬件延迟。

步骤1022，对所述观测方程进行最小二乘处理获取残差集合。

在一个实施例中，采用中位数或3倍sigma方法进行粗差探测。

步骤1023，对所述残差集合进行粗差探测，若未探测到粗差，则终止粗差探测迭代，并标记粗差探测指标集合为空，若探测到粗差则对已探测到粗差的卫星进行标记并删除后再次进行粗差探测迭代直至未探测到粗差或达到最大迭代次数，并且，获取所有标记粗差卫星组成粗差探测指标集合。

在一个实施例中，所述最大迭代次数大于等于5。应当理解，在其他实施例中，最大迭代次数不限于设置为5次，还可以设置为10次等等。

步骤103，当根据所述粗差探测指标集合判断某一卫星在当前历元具有粗差时，判断该卫星在上一历元是否具有粗差，若无粗差，将该卫星观测值进行降权处理，若有粗差，根据所述残差集合判断该卫星的残差是否大于预定阈值，若大于所述预定阈值，将该卫星观测值标记为周跳并重置该卫星的模糊度，若小于等于所述预定阈值，则调整该卫星当前历元滤波参数的随机噪声。

在一个实施例中，调整该卫星的滤波参数的随机噪声的步骤，进一步包括：放大该卫星的滤波模糊度随机噪声。

步骤104，进行滤波解算以获取定位结果。在一个实施例中，采用卡尔曼滤波进行定位解算以获取定位结果。

为了能够更好地理解本说明书的技术方案，下面结合一个具体的例子来进行说明，该例子中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。

图2描述了本申请一个实施例的定位方法中实现载波观测值质量控制的整体流程图，包括如下步骤：

(1)在不同历元epoch中循环进行数据处理。

(2)输入观测历元epoch的观测值、广播星历及差分改正数据。

(3)载波周跳探测并进行数据处理。

(4)非差载波质量控制并进行数据处理。

(5)滤波解算以获取定位结果。

图3描述了图2中所示的载波周跳探测并进行数据处理的具体流程示意图，包括如下步骤：

(1)在不同历元epoch中循环进行数据处理。

(2)输入观测历元epoch的观测值、广播星历及差分改正数据。

(3)采用GF模型进行周跳探测。

(4)采用MW模型进行周跳探测。

(5)采用历元差分模型进行周跳探测。

(6)判断是否连续多次发生周跳。

在一个实施例中，发生周跳的判断逻辑是：首先根据历元差分模型进行判断，若该卫星采用历元差分模型判断为发生周跳则认为周跳。若历元差分模型周跳探测方法失效(例如，不满足卫星个数、占比的条件)，则采用GF模型+MW模型进行周跳探测。如果连续多次发生周跳，则将该卫星载波观测值标记为周跳，在模糊度初始化时重置，并将GF/MW模型及历元差分模型周跳探测的历史信息进行更新。反之，仅将该卫星载波观测指标记为粗差，在滤波处理时降权，且不更新GF/MW及历元差分模型周跳探测的历史信息。

图4描述了图2中所示的非差载波质量控制及数据处理的具体流程示意图，包括如下步骤：

(一)非差载波数据质量控制探测粗差，并输出粗差探测指标集合index及残差集合res_abs，具体如下：

(1)迭代(iter)进行数据质量控制，最大迭代次数设置为10次。

(2)根据上一历元滤波参数信息(例如，模糊度、对流层、电离层参数等)及当前历元观测数据组建观测方程，具体公式如下：

ν＝HX-L (2)

其中，X＝[x y z c·t_r,sys]，x、y、z、t_r,sys分别表示待估计的接收机的三个位置参数及钟差参数，c表示光速，ν表示观测噪声，H表示待估计的参数所对应的系数，矩阵L的计算公式为(t表示当前历元，t-1表示上一历元)如下：

(3)针对步骤(2)中的观测方程进行抗差最小二乘处理。

(4)针对步骤(3)中的抗差最小二乘残差进行粗差探测。其中，粗差探测的方法可采用中位数、3倍sigma等方法。

(5)若步骤(4)未探测出粗差，则中断迭代，反之，继续迭代，直至未探测出粗差或迭代次数超过一定限值。

(二)根据步骤(2)中数据质量控制结果，对载波观测值或滤波模糊度噪声进行数据处理，具体如下：

(1)在所有卫星中进行循环。

(2)如果该卫星i未发现粗差，则返回步骤(1)，反之继续下一步。

(3)判断前一历元该卫星i是否发生粗差，若未发现粗差，则将卫星i载波观测值降权，并返回步骤(1)，反之继续下一步。

(4)判断该卫星i抗差最小二乘残差是否大于所设定阈值，若大于该设定阈值，则将该卫星标记为周跳，并重置其模糊度，并返回步骤(1)，反之，增大该卫星滤波模糊度参数噪声，并返回步骤(1)，直至所有卫星均处理完毕。

本申请的一个实施例中提供一种定位***，包括：数据获取模块、粗差探测模块、非差载波质量控制模块和滤波模块。其中，数据获取模块用于获取当前历元的卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数。粗差探测模块用于根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合。非差载波质量控制模块用于当根据所述粗差探测指标集合判断某一卫星在当前历元具有粗差时，判断该卫星在上一历元是否具有粗差，若无粗差，将该卫星观测值进行降权处理，若有粗差，根据所述残差集合判断该卫星的残差是否大于预定阈值，若大于所述预定阈值，将该卫星观测值标记为周跳并重置该卫星的模糊度，若小于等于所述预定阈值，则调整该卫星当前历元滤波参数的随机噪声。滤波模块用于进行滤波解算以获取定位结果。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，第一实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第一实施方式。

需要说明的是，本领域技术人员应当理解，上述定位***的实施方式中所示的各模块的实现功能可参照前述定位方法的相关描述而理解。上述定位***的实施方式中所示的各模块的功能可通过运行于处理器上的程序(可执行指令)而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本申请实施例上述定位***如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

相应地，本申请实施方式还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现本申请的各方法实施方式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括但不限于，相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本申请的上述公开内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。

Claims

1.一种定位方法，其特征在于，包括：

进行滤波解算以获取定位结果。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，根据根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合的步骤，进一步包括：

对所述观测方程进行最小二乘处理获取残差集合；以及

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述观测方程为ν＝HX-L，其中，X＝[xy z c·t_r,sys]，x、y、z、t_r,sys分别表示待估计的接收机的三个位置参数及钟差参数，c表示光速，ν表示观测噪声，H表示待估计的参数所对应的系数，矩阵L的计算公式为

表示第一频点载波观测值，

表示第二频点载波观测值，

表示卫星位置距接收机的几何距离，t^s表示卫星钟差，

表示对流层映射函数，T_z表示对流层湿延迟，

表示电离层延迟，

表示第一频点载波整周模糊度，

表示第二频点载波整周模糊度，

表示相位缠绕改正，B_r,f1及

分别表示卫星及接收机端的第一频点载波硬件延迟，B_r,f2及

分别表示卫星及接收机端的第二频点载波硬件延迟。

4.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，采用中位数或3倍sigma方法进行粗差探测。

5.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述最大迭代次数大于等于5。

6.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，根据当前历元所述卫星观测值、广播星历和差分改正数据及上一历元滤波参数进行处理获取当前历元的残差集合，对所述残差集合进行粗差探测以获取粗差探测指标集合的步骤之前，还包括：

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括：当所述历元差分模型进行周跳探测失效时，采用GF模型和MW模型结合进行周跳探测，若连续发生周跳的历元数达到所设定阈值，将所述卫星观测值标记为周跳并重置模糊度，并且，更新所述GF模型、MW模型和历元差分模型的历史信息，若连续发生周跳的历元数未达到所设定阈值，将所述卫星观测值标记为粗差并在滤波处理时将该卫星观测值进行降权处理，并且，不更新所述GF模型、MW模型和历元差分模型的历史信息。

8.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，调整该卫星的滤波参数的随机噪声的步骤，进一步包括：放大该卫星的滤波模糊度随机噪声。

9.一种定位***，其特征在于，包括：

滤波模块，用于进行滤波解算以获取定位结果。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的方法中的步骤。