一种基于改进型卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法
【专利摘要】本发明提供了一种基于改进型卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法，首先获得较正确的伪距递推初始值，然后估算载波相位平滑伪距的预测量及其方差估计量，使用平滑时间常数平滑伪距并计算其方差估计量，循环递推，直至达到平滑历元数。本发明的多历元平滑效果优于传统的平滑算法，计算量不大，易于实时实现。
【专利说明】一种基于改进型卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航领域，是卫星导航用户接收机导航解算中一种提高伪距定位 精度的算法。
【背景技术】
[0002] 卫星导航用户接收机对每颗卫星产生伪距和载波相位两个基本距离测量值以实 现定位。伪距和载波相位两者具有明显区别，又呈互补特性，伪距测量值反映了卫星与接收 机之间的距离，采用伪距定位可避免求解模糊度和处理周跳等问题；但是由于其包含钟差、 大气延时等各种误差，观测噪声大、易受多路径效应影响，采用伪距定位精度较低。载波相 位测量值具有测距精度高的优点，对高精度定位具有极为重要的意义，但是载波相位测量 只能测定其不足一个波长的部分，存在整周不确定性问题。在高精度卫星导航接收机的基 带信号处理中，利用精确、平滑的载波相位测量值对粗糙、无模糊度的伪距测量值进行平滑 可以获得比伪距测量值更高的精度。
[0003] 传统的载波相位平滑伪距采用Hatch滤波算法，虽然传统算法在工程上被广泛应 用，但是其存在以下不足：
[0004] (1)假定各个历元的伪距观测量是等精度的，忽略载波相位噪声的影响，平滑时间 常数仅与平滑次数有关。理论上平滑精度随着平滑历元数的增加而提高，但实际上由于传 统算法中平滑时间常数未考虑载波相位观测噪声的影响，在多历元平滑中所选择的平滑时 间常数并不是最优的。
[0005] (2)平滑伪距的初始值选择接收机锁定载波相位后的第一个伪距测量值。
[0006] 如果平滑伪距初始值有一个较大的偏差，平滑器则需要一段较长时间才能消除偏 差，因此平滑伪距的初始值应尽可能准确。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于改进型卡尔曼滤波的载波相位平 滑伪距算法，算法通过选择最优平滑时间常数和选择尽可能准确的伪距初始值提高伪距平 滑精度。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0009] 步骤1 :通过伪距观测量及相邻历元载波相位观测量之差反映的伪距变化量估算 多个伪距值，将多个估算值的平均值作为伪距递推初始值，
[0010]
【权利要求】
1. 一种基于改进型卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法，其特征在于包括下述步骤： 步骤1 :通过伪距观测量及相邻历元载波相位观测量之差反映的伪距变化量估算多个 伪距值，将多个估算值的平均值作为伪距递推初始值， 伪距递推初始值Au = S ? [A1 - - 0)]，其中，M为初始值估算次数，M > I ; p m ^ ra=l 为tm历元的伪距观测量；λ为卫星信号的载波波长；φ m为t沥元的载波相位观测量；Φ i 为h历元的载波相位观测量； 步骤2 :估算tk历元载波相位平滑伪距的预测量，后一历元相位平滑伪距的预测量由 前一历元平滑后的伪距、前后两个历元载波相位之差反映的伪距变化量得到； tk历元相位平滑伪距的预测量P 1Jtk) = P1JtlrfHX ((J)k-(J)lrf)= p V(V1)+δ Pi (tH，tk)，其中，P Mv1)为 V1 历元平滑后伪距，初值 P V(V1) = P Φ k 为tk历元载波相位观测量；Φ η为t k_^元载波相位观测量；δ / (tg，tk)为tk_i、tk两历 元载波相位观测量之差反映的伪距变化量； 步骤3:求解tk历元载波相位平滑伪距预测量的方差估计量p Utk) = pi+aj+〗〇2。， 其中，Pi-(tk)为P i-(tk)方差估计量；Pi+(V1)为P Mv1)的方差估计量，初值Pi+U1)= O ;2。2。为δ / U1^tk)的方差估计量，。2。为载波相位观测误差的方差； 步骤4 :用伪距的方差估计量及伪距观测量的方差表示平滑时间常数；tk历元所选取 的平滑时间常数k(tk) =?1_(4)(?1_(4) +。21^1，其中，。21)为伪距观测量的方差； 步骤5 :tk历元平滑后的伪距用t k历元载波相位平滑伪距预测量、平滑时间常数及 tk历元伪距观测量表示；tk历元平滑后的伪距沁(U = P1JOMtk)(P(U-Wft))i其中， P (tk)为tk历元伪距观测量； 步骤6 :tk历元平滑后伪距的方差估计量P丨(匕）=[1 - k(tk)] X 作为下一 递推过程中步骤3中 步骤7 :当平滑历元数k小于设定的平滑历元数K时，算法返回步骤2进行递推，直至k =K，算法递推结束。
【文档编号】G01S19/37GK104516006SQ201410625635
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】张帆, 彭伟, 张晨星, 王哲, 韩钊 申请人:中国电子科技集团公司第二十研究所