基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法，包括以下步骤：步骤1：数据预处理，导入卫星星历、当前历云的伪距观测值和相位观测值；步骤2：建立双差伪距和载波相位观测方程，线性化后得到单历元法方程或与之前历元累加法方程；步骤3：根据粒子值改正法方程中的相位偏差，解算法方程；更新粒子滤波权，计算相位频间偏差率的数值及粒子均方根；步骤4：重复步骤1‑3，实时追踪或精密估计相位频间偏差率的数值；待滤波收敛后，通过相位频间偏差率的数值做相位频间偏差改正，并固定整周模糊度，实现精密估计；本发明专利技术可高效的实现频间偏差的实时追踪和接收机类型无差别的GLONASS精密定位。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法
本专利技术涉及卫星定位系统和定位测量
，具体涉及一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法。
技术介绍
GLONASS是由俄罗斯组建的全球导航卫星系统，目前两个频带采用了频分多址技术，接收机接收的不同卫星具有不同的频率；因为频率的不同导致在接收机端存在不同的相位延迟，即接收机端的频间偏差(inter-frequencybias，IFB)；相同品牌和类型的接收机会有相似的IFB，在组成的接收机间差分观测值可以忽略IFB；但是当不同类型的接收机组成接收机间差分观测值时，IFB可能不为零并残留在观测值中；残留的IFB误差严重影响GLONASS相位观测值的整周特性，从而使GLONASS的模糊度不能固定，也就不能快速获取GLONASS的固定解；GLONASS相位频间偏差与频率号存在比例关系，在双差观测方程求解中，只要这个比例关系的频间偏差率(IFBrate)已知，即可改正双差观测方程。传统的处理方法主要包括后处理法、引入假设偏差值法；前者首先精确解算整周模糊度再反推误差值，在偏差对整周模糊度解算很重要时，会因为不能成功固定整周模糊度而失败；后者假设的偏差值离真值较远时会起相反的作用，影响偏差估计中的模糊度固定。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法，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GLONASS系统双差伪距观测方程和GLONASS系统双差载波相位观测方程，线性化后得到单历元法方程或与之前历元累加法方程；步骤3：根据粒子值改正法方程中的相位偏差，解算法方程；进行模糊度固定，输出对应粒子的RATIO值；建立关于RATIO值的似然函数，用函数值进行粒子滤波权更新，根据带权值的粒子值，计算相位频间偏差率的数值及粒子均方根；步骤4：重复步骤1-3，实时追踪相位频间偏差率的数值，实现实时追踪；重复步骤1-3，待滤波收敛后，通过相位频间偏差率的数值在观测方程或法方程中改正相位频间偏差，并固定整周模糊度，实现精密定位。进一步的，所述步骤3具体过程如下：(1)采样产生初始粒子集对于第k个时刻，粒子集由上一时刻滤波结果生成；其中，x为粒子数值，w为粒子对应权值，N为粒子个数，i＝1,2，…N为粒子序号；(2)根据粒子值改正步骤1中的观测值方程和步骤2中的法方程中的相位偏差；解算单历元法方程或与之前历元累加法方程；通过LAMBDA法进行模糊度固定，并输出对应粒子的RATIO值；(3)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；(4)根据下式计算粒子的期望值作为相位偏差的估值根据下式计算粒子的方差(5)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值结果，之后进入步骤(7)，若否则直接进入步骤(7)；(6)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(7)；(7)根据更新的权值重新采样，转入步骤(8)；(8)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(10)，若否则转入步骤(9)；在实时追踪时，直接转入步骤(9)；(9)根据系统方程及系统噪声，预计下一时刻粒子，对重采样的粒子实施离散化：式中：e为离散化时所加的随机噪声；(10)根据系统方程及系统噪声，推算下一历元的粒子值，转入步骤1。进一步的，所述步骤(3)粒子滤波权更新过程如下：S1：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；S2：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S3：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S4：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，作为新的粒子权值进一步的，所述步骤(7)中重新采样过程如下：S11：根据序号累加粒子权值，获得各粒子的累积分布函数值集：S12：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；S13：生成均匀的或随机的累积分布函数值：S14：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S15：设置新的粒子集为等权：得到新的粒子集及权值。进一步的，所述步骤(8)中正则化的过程如下：S21：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；S22：根据粒子滤波中的维数计算最优带宽hopt：S23：根据粒子方差计算均方根S24：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：进一步的，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GLONASS卫星的非差伪距观测值，Φ为GLONASS卫星的非差相位观测值，c为光速，δta为GLONASS观测站接收机钟差，ρ为观测站到GLONASS卫星之间的距离，δti为GLONASS卫星钟差，dia为接收机端伪距硬件延迟，di为GLONASS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GLONASS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GLONASS系统双差伪距观测方程：GLONASS系统双差载波相位观测方程：式中：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GLONASS卫星的卫星号；GLONASS系统双差伪距观测方程和GLONASS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为频间偏差未知量，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：本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术即使在GLONASS频间偏差发生变化时仍然适用，可高效的实现频间偏差的实时追踪和接收机类型无差别的GLONASS精密定位；(2)本专利技术滤波所用粒子个数依据粒子分布状况实时调节，需要较多粒子时能够增加粒子数，在需要较少粒子时，减少粒子数，降低计算量；(3)本专利技术在精确估计时，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于粒子滤波的GLONASS相位频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GLONASS系统双差伪距观测方程和GLONASS系统双差载波相位观测方程，线性化后得到单历元法方程或与之前历元累加法方程；步骤3：根据粒子值改正法方程中的相位频间偏差，解算单历元法方程或与之前历元累加法方程；进行模糊度固定，输出对应粒子的RATIO值；建立关于RATIO值的似然函数，用函数值进行粒子滤波权更新，根据带权值的粒子值，计算相位频间偏差率的数值及粒子均方根；步骤4：重复步骤1‑3，实时追踪相位频间偏差率的数值，实现实时追踪；重复步骤1‑3，待滤波收敛后，通过相位频间偏差率的数值在观测值或法方程中改正相位频间偏差，固定整周模糊度，实现精密定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子滤波的GLONASS相位频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GLONASS系统双差伪距观测方程和GLONASS系统双差载波相位观测方程，线性化后得到单历元法方程或与之前历元累加法方程；步骤3：根据粒子值改正法方程中的相位频间偏差，解算单历元法方程或与之前历元累加法方程；进行模糊度固定，输出对应粒子的RATIO值；建立关于RATIO值的似然函数，用函数值进行粒子滤波权更新，根据带权值的粒子值，计算相位频间偏差率的数值及粒子均方根；步骤4：重复步骤1-3，实时追踪相位频间偏差率的数值，实现实时追踪；重复步骤1-3，待滤波收敛后，通过相位频间偏差率的数值在观测值或法方程中改正相位频间偏差，固定整周模糊度，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GLONASS相位频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)采样产生初始粒子集对于第k个时刻，粒子集由上一时刻滤波结果生成；其中，x为粒子数值，w为粒子对应权值，N为粒子个数，i＝1,2，…N为粒子序号；(2)根据粒子值改正步骤1中的观测值方程和步骤2中的法方程中的相位偏差；解算单历元法方程或与之前历元累加法方程；通过LAMBDA法进行模糊度固定，并输出对应粒子的RATIO值；(3)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；(4)根据下式计算粒子的期望值作为相位偏差的估值根据下式计算粒子的方差(5)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值结果，之后进入步骤(7)，若否则直接进入步骤(7)；(6)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(7)；(7)根据更新的权值重新采样，转入步骤(8)；(8)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(10)，若否则转入步骤(9)；在实时追踪时，直接转入步骤(9)；(9)根据系统方程及系统噪声，预计下一时刻粒子，对重采样的粒子实施离散化：式中：e为离散化时所加的随机噪声；(10)根据系统方程及系统噪声，推算下一历元的粒子值，转入步骤1。3.根据权利要求2所述的一种基于粒子滤波的GLONASS相位频间偏差实时追踪和精密估计方法，其特征在于，所述步骤(3)粒子滤波权更新过程如下：S1：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；S2：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S3：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S4：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4.根据权利要求2所述的一种基于粒子滤波的GLONASS相位频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：S11：根据序号累加粒子权值，获得各粒子的累积分布函数值集：S12：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；S13：生成均匀的或随机的累积分布函数值：S14：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：田玉淼，葛茂荣，熊剑飞，魏金占，曹文海，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51