一种北斗接收机非差观测值噪声评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种北斗接收机非差观测值噪声评估方法。读取观测值文件中的北斗观测数据；分别获取B1、B2、B3共三个频率的北斗载波相位和伪距观测值；根据理论分析分别计算出三频载波相位组合和三频伪距组合的系数，并利用相应系数形成组合观测值；利用三频载波相位组合系数对载波相位观测值进行周跳探测与标记；计算北斗接收机B1、B2、B3各频率上的载波相位和伪距观测值噪声情况。与现有的方法相比，本发明只需要单个接收机观测数据进行简单线性组合就能独立评价单颗卫星载波相位和伪距观测值噪声，因此，本发明可以更加简便的客观的评价北斗接收机的原始观测值噪声。
【专利说明】一种北斗接收机非差观测值噪声评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种北斗接收机非差观测值噪声评估方法。
【背景技术】
[0002] 我国自主研发的北斗区域卫星导航系统已正式建成并开始向亚太地区提供定位、 导航、授时等服务，而北斗区域导航系统的各项应用都基于接收机产生的观测值，故观测值 的质量将决定上述各项应用的精度。一般使用零基线实验通过载波相位、伪距观测值构成 测站间单差或者测站间卫星间双差对北斗接收机观测值噪声进行评估。使用零基线进行北 斗接收机观测值噪声分析需要两台接收机共用一个天线进行观测，而同一型号的接收机观 测值质量也可能存在一定差异，两台接收机的载波相位、伪距观测值构成单双差的方法，不 是直接的评价单一接收机的观测值噪声水平，仅是从侧面反映接收机的观测值噪声。除此 之外，零基线单差或双差法完全消除了天线端的噪声，不能准确的反映实际观测值的噪声 水平。对于单接收机观测数据噪声的评价，有学者基于单接收机的双频载波相位观测值进 行无几何组合，通过滤波进行载波相位的观测值噪声分析，但该组合未完全消除电离层误 差的影响，且滤波过程较为复杂。对于接收机伪距观测噪声的评价，一般利用载波相位和伪 距组合计算伪距观测值多路径效应，该方法除了会引入了载波相位观测值，增添周跳探测 与修复的麻烦，另外部分多路径误差会融入到噪声中。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种简单易行，且能客观 的对北斗单个接收机载波相位和伪距观测值的噪声情况进行评价的方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种北斗接收机非差观测值 噪声评估方法，包括以下步骤：
[0005] 1)读取观测值文件的北斗卫星导航系统观测数据，获取Bl、B2、B3三个频率的原 始载波相位观测值和伪距观测值；
[0006] 2)通过理论分析，利用步骤1)中的B1、B2、B3三个频率的载波相位观测值获得组 合序列；利用步骤1)中B1、B2、B3三个频率的伪距观测值获得组合序列；
[0007] 3)根据2)中的三频载波相位组合系数对载波相位观测值进行周跳探测与标记；
[0008] 4)利用所述载波相位观测值组合序列和伪距观测值组合序列分别获得Bl、B2、B3 各个频率上的载波相位和伪距观测值噪声。
[0009] 本发明的具体实现步骤如下：
[0010] 1)读取RINEX观测值文件的北斗卫星导航系统观测数据，获取Bl、B2、B3三个频 率的载波相位和伪距观测值。根据电离层散射特性，在仅顾及一阶电离层误差的情况下，北 斗卫星导航系统的载波相位和伪距观测方程可以表示为如下形式：
[0011] L1 = At(pt = p + c{dl ^ dT) + dmi, + dmv + fi,dum + A1N1 + dB：n +dmuilln +￡；, ^ Pi=P + c{dt - dT) + dorh + dmv - + dmall, + dB,,, + e,,
[0012] 其中，下标i代表频率标识，对应取值为1、2、3,分别代表Bl、B2、B3 ;Li为第i频 率上的载波相位观测值，以米为单位；A i为第i频率的载波波长；《为第i频率的载波相 位观测值，单位为周；P为卫星至接收机距离，单位为米；c为真空光速；dt为接收机钟差； dT为卫星钟差；dOTb为卫星轨道误差；dt_为对流层误差；y i为第i频率电离层误差系数 且ii i = AVfi2 J1为Bl载波频率A为第i频率上的载波频率；dim为Bl频率电离层延 迟误差为第i频率载波相位模糊度，以周为单位；为第i频率载波相位硬件延迟偏 差；为第i频率载波相位观测多路径误差；气>，为第i频率载波相位观测值噪声；Pi为 第i频率伪距观测值，单位为米一-*/11为第i频率伪距观测多路径误差；为第i频率 伪距硬件延迟偏差；^为第i频率伪距观测值噪声。由于载波相位硬件延迟偏差与模 糊度参数无法分离，因此该偏差项在下面的论述过程中未单独列出。
[0013] 2)根据理论分析的系数，使用1)中的载波相位观测值进行北斗三频组合。理论上 载波相位观测值噪声为波长的1/100,因此不同频率的载波相位观测值噪声与其波长存在 一定的比例关系。通过以下关系式获取北斗三频载波相位组合系数：
[0014]
【权利要求】
1. 一种北斗接收机非差观测值噪声评估方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 读取观测值文件的北斗卫星导航系统观测数据，获取Bl、B2、B3三个频率的载波相 位观测值和伪距观测值； 2) 通过理论分析，利用步骤1)中的载波相位观测值求取B1、B2、B3三个频率的载波相 位观测值组合序列；利用步骤1)中的伪距观测值，求取Bl、B2、B3三个频率的伪距观测值 组合序列； 3) 通过2)中理论分析获得的三频载波相位系数对步骤1)中的载波相位观测值进行周 跳探测与标记； 4) 利用所述载波相位观测值组合序列和伪距观测值组合序列分别获得B1、B2、B3各个 频率上的载波相位和伪距观测值噪声。
2. 根据权利要求1所述的北斗接收机非差观测值噪声评估方法，其特征在于，所述步 骤1)中，Bl、B2、B3三个频率的载波相位观测值P和伪距观测值P的观测方程表示为如下 形式：
其中，下标i代表频率标识，i= 1、2、3,分别对应Bl、B2、B3频率A为第i频率上的 载波相位观测值，以米为单位；Ai为第i频率的载波波长；势为原始观测值文件中第i频 率的载波相位观测值，单位为周；P为卫星至北斗接收机距离，单位为米；c为真空光速；dt 为北斗接收机钟差；dT为卫星钟差；dOTb为卫星轨道误差；dtMp为对流层误差；iii为第i频 率的电离层误差系数且Ui=f^/f? 为B1载波频率A为第i频率上的载波频率；dim 为B1频率的电离层延迟误差；队为第i频率载波相位模糊度，以周为单位；4/,f为第i频 率载波相位硬件延迟偏差；为第i频率载波相位观测多路径误差；，为第i频率载 波相位观测值噪声；Pi为原始观测值文件中第i频率伪距观测值，单位为米；为第i频 率伪距硬件延迟偏差；为第i频率伪距观测多路径误差；，为第i频率伪距观测值 噪声。由于载波相位硬件延迟偏差与模糊度参数无法分离，因此该偏差项在下面的论述过 程中未单独列出。
3. 根据权利要求2所述的北斗接收机非差观测值噪声评估方法，其特征在于，B1、B2、 B3三个频率的载波相位观测值组合序列为：
其中，N。为B1、B2、B3三个频率组合观测值模糊度，以米为单位；为B1、B2、B3三 个频率载波相位组合观测值多路径误差；气^为B1、B2、B3三个频率载波相位组合观测值噪 声；Bl、B2、B3三个频率伪距观测值组合序列为：
其中，4/li为组合伪距观测硬件延迟偏差；<4*4为三频伪距组合观测值多路径误差； ，为Bl、B2、B3伪距组合观测值噪声。
4. 根据权利要求3所述的北斗接收机非差观测值噪声评估方法，其特征在于，通过以 下关系式进行载波相位观测值周跳探测： ANc(k) =Lc(k)-Lc(k-1)
其中，厶凡〇〇为周跳检测量冰表示观测历元，即时亥1]山。〇〇、1^&-1)为第1^历元与k-1两相邻历元三频载波相位组合观测值；〃叫.为周跳判断阈值；为B1频率上的载波相 位观测值精度，设为2毫米；若第k历元AN。大于〃则认为该历元出现周跳，并对该历 元进行标记。
5. 根据权利要求4所述的北斗接收机非差观测值噪声评估方法，其特征在于，通过以 下关系式计算Bl、B2、B3三个频率的载波相位观测值噪声和伪距观测值噪声：
其中，为B1频率载波相位观测值噪声；n为载波相位观测量或伪距观测量统计个 数；（0)为剔除模糊度值的载波相位观测值残差；分别为B2、B3频率上的载 波相位观测值噪声；〇 B1/P、〇 B2/P、〇B3/P分别为Bl、B2、B3频率上的伪距观测值噪声；6(A) 为剔除硬件延迟偏差值的伪距观测值残差。
6. 根据权利要求5所述的北斗接收机非差观测值噪声评估方法，其特征在于，Z；(幻的 计算过程为：设北斗接收机的载波相位观测值统计时长为t小时，北斗接收机的采样间隔 为s秒，将所述统计时长分成每m分钟一段，则对每（
）个L。计算一个平均值，然后 用所述<
>个L。减去所述平均值，得到m分钟的
个f依此类推，一共得到
个I；序列，记为的计算与上面的过程类似：设北斗接收机的伪距 观测值统计时长为t小时，北斗接收机的采样间隔为s秒，将所述统计时长分成每m分钟一 段，则对每 <
个P。计算一个平均值，然后用所述
个P。减去所述平均值，得 到m分钟的
个$，依此类推，一共得到
个曷序列,记为&纟）；此处的
)即为上面公式中的载波相位观测量或伪距观测量统计个数n。
7.根据权利要求6所述的北斗接收机非差观测值噪声评估方法，其特征在于，m= 3? 15。
【文档编号】G01S19/23GK104407359SQ201410751673
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】蔡昌盛, 何畅 申请人:中南大学