一种基于基线长约束和整数孔径理论的模糊度求解方法与流程

本发明涉及gnss实时定位测量领域，尤其涉及一种基线长约束和整数孔径理论的模糊度求解方法。

背景技术：

gnss载波相位整周模糊度的求解是精密rtk测绘和导航应用中的一个关键性技术难题，是利用载波相位观测值进行厘米级至毫米级高精度定位的核心内容。它不但要求移动中的用户接收机在不经静态初始化的情况下完成整周模糊度的求解，而且还要求接收机能容忍不时发生的对卫星信号的跟踪失锁问题。

整周模糊度的求解包括模糊度估计和模糊度确认两个部分。其中，模糊度的估计分为两步：首先，通过标准最小二乘解算，获得模糊度的浮点解和精度信息；然后，采用一定的搜索算法，将浮点模糊度固定为整数，属于整数最小二乘(ils)问题。模糊度的估计方法主要有三种，分别是在观测值域内搜索的双频码相组合法、在坐标域内搜索的模糊度函数法(amf)以及在模糊度域内搜索的最小二乘模糊度搜索法、fara方法和lambda方法。模糊度的确认方法主要使用的是基于统计量区别检验的方法，通过构建统计量并确定阈值来进行模糊度确认，主要的f-ratio检验、r-ratio检验、w-ratio检验、差别检验、投影检验以及基于模型可分离度的方法。

目前，对于单频gnss接收机而言，模糊度估计主要使用模糊度协方差法，上述的fara方法和lambda方法都属于这种方法；模糊度确认主要使用ratio检验。这种组合是将模糊度与基线向量共同作为未知向量，利用多个历元的观测数据进行平差处理，从而得到模糊度的协方差矩阵，且每个历元的观测数据都会对搜索空间内的模糊度组合进行检验，所以单个历元出现的观测噪声不会对最终的结果造成大的影响。但是这种方法也存在长时间无法求出正确的整周模糊度的情况，降低了整体定位解算速度，这对单频实时动态测量有着严重影响，另外，无法由给定的置信水平严密地确定统计量的阈值，而通常只是根据经验来给定一个固定阈值。

因此有必要设计一种改进的模糊度求解方法，在保证测量精度的前提下，提高模糊度解算速度，实现在单频、实时、动态的定位测量中模糊度又好又快的解算。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于基线长约束和整数孔径理论的模糊度求解方法。

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提出一种基于基线长约束和整数孔径理论的模糊度求解方法，该方法通过构建双天线双接受机系统获得固定长度的超短基线，通过常规最小二乘法获得模糊度的浮点解，采用整数孔径估计理论完成模糊度的整数化和初步检验两个步骤，随后利用所得结果反向演算出双天线间的基线长度，与事先使用测量工具测得的超短基线长度相对比，进一步对测量结果进行检验，从而解算出质量较高的整周模糊度数值。

本发明的技术方案是：

一种基于基线长约束和整数孔径理论的模糊度求解方法，包括以下步骤：

步骤1：测量超短基线的长度并设定基线长约束阈值。将双天线双gnss接收机固定在测量载体上,天线之间保持一定距离，利用精密测量工具测得两天线之间超短基线的长度lm，根据测量环境选择合适的阈值。

步骤2：模糊度浮点解求解。测量开始，载体移动，双接收机开始工作。双接收利用常规最小二乘法(ls)分别解算出各自的整周模糊度浮点解以及相关参数。

步骤3：利用步骤2获得的整周模糊度浮点解作为输入，使用整数孔径理论完成模糊度浮点解向整数域的映射并初步检验所固定模糊度的正确性，整数孔径理论方法的公式如下：

步骤4：根据步骤3固定的整周模糊度解算出双天线间基线的长度lgnss。

步骤5：，基线长约束检验。将计算出的双天线间的超短基线长度lgnss与事先测得的超短基线长度lm相减得到差值l，将得到的差值l与阈值γ进行比较来确定所得整周模糊度是否正确。如果差值l小于所设定的阈值γ，则认定测得到整周模糊度是正确值；如果差值l大于所设定的阈值γ，则整周模糊度固定失败。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：构造测量的观测方程和模型，观测方程和模型的形式如下：

e(y)＝aa+bb

d(y)＝qyy(2)

步骤2.2：接收机利用常规最小二乘法(ls)解算浮点解和协方差矩阵，浮点解和协方差矩阵的形式如下：

所述步骤3具体需满足以下前提条件：

以上步骤使用基线长约束和整数孔径理论来固定检验整周模糊度。整数孔径理论方法将常规的整周模糊度固定方法的固定和检验步骤合二为一，理论上十分严密，同时计算较为方便；通过构建超短基线进行基线长约束，增加了新的验证信息，是模糊度的确认更加准确。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，一种基于基线长约束和整数孔径理论的模糊度求解方法，包括接收机a、接收机b、天线a、天线b、载体和上位机(图中未画出)六个部分。接收机a只与天线a相连，接收机b只与天线b相连。所有接收机和天线固连在载体上，在运动过程中保持相对静止。两台接受机分别与上位机相连，受上位机控制。两天线中心点之间的距离即为所构建的超短基线，作为系统的基线长约束参与到系统的模糊度解算过程中。

系统工作时的流程图如图2所示，在系统开始测试之前，用精密测量工具测量出超短基线的长度lm(天线a与天线b中点点位置距离)并记录。考虑到载波相位与基线长度的测量误差，选取基线长度的5％-10％为基线长约束检测阈值。随后系统通电并初始化，在初始化过程中将测得的超短基线长度lm和选定的基线长约束阈值γ输入上位机作为系统的基线长约束。载体开始运动，接收机a与接收机b同时开始测量，测量值分别为天线a与天线b中心点位置的载波相位测量值，形式如下：

φ＝λ^-1(r+c(δtu-δt^s)-i+t)+n+εφ(7)

随后进入模糊度解算过程，即求解上式的n。首先两台接收机根据所测得的数据通过常规的最小二乘法(ls)解算出各自的整周模糊度浮点解以及相应的协方差矩阵等参数。随后使用整数估计理论将计算得到的浮点解映射到整数域，完成整周模糊度的固定并进行初步的检验，得到整周模糊度的初步解利用两台接收机测量的整周模糊度初步解解算出天线a和天线b之间的基线长度lgnss。将解算出来的基线长度lgnss和测试开始之前用测量工具测量的基线长度lm相减，得到两者之间的差值l。将差值l与初始化时输入的阈值γ进行比较，若差值小于阈值，则判定整周模糊度正确；若差值大于阈值，则判定整周模糊度解算失败。

综上所述，利用该方法进行测量，利用构建的超短基线作为基线长约束，利用整数孔径理论进行模糊度固定和初步检验，设定合理阈值对模糊度进行最终检验，能高效、准确的对模糊度进行测量。