本申請(qǐng)涉及GNSS精密定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精度要求越來(lái)越高，正確有效的探測(cè)周跳并修復(fù)是高精度定位的重要前提。在城市高樓林立，野外樹林密布等觀測(cè)條件比較惡劣的地區(qū)，使得衛(wèi)星信號(hào)被暫時(shí)阻擋，造成載波相位量測(cè)和計(jì)數(shù)的暫時(shí)中斷，即信號(hào)失鎖，周跳探測(cè)現(xiàn)象頻繁發(fā)生，因此在數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊需先探測(cè)修復(fù)周跳。

對(duì)于周跳探測(cè)和修復(fù)的研究，方法很多，典型的周跳探測(cè)方法有兩類，一類是通過(guò)檢查觀測(cè)數(shù)據(jù)及其線性組合的連續(xù)性來(lái)探測(cè)周跳，因?yàn)橹芴茐牧藬?shù)據(jù)的連續(xù)性。這類方法中比較經(jīng)典的有高次差法、多項(xiàng)式擬合法、小波分析法。檢驗(yàn)量包括電離層組合、雙差組合等。另一類是利用粗差探測(cè)技術(shù)探測(cè)周跳，有卡爾曼濾波法、擬準(zhǔn)檢定法。

然而上述對(duì)于周跳的探測(cè)方法的精度均不高，從而加大了后期對(duì)周跳進(jìn)行修復(fù)的壓力。

應(yīng)該注意，上面對(duì)技術(shù)背景的介紹只是為了方便對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說(shuō)明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因?yàn)檫@些方案在本申請(qǐng)的背景技術(shù)部分進(jìn)行了闡述而認(rèn)為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法及裝置，以提高周跳探測(cè)的精度。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法及裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法，包括：

S1：利用INS短時(shí)輸出高精度導(dǎo)航定位信息，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度；

S2：建立歷元間差分觀測(cè)方程；

S3：根據(jù)預(yù)設(shè)的選權(quán)迭代策略中的權(quán)函數(shù)，調(diào)整所述歷元間差分觀測(cè)方程中的觀測(cè)值殘差；

S4：根據(jù)調(diào)整后的所述觀測(cè)值殘差，求解所述歷元間差分觀測(cè)方程中的待估參數(shù)；

S5：重復(fù)步驟S2和S3對(duì)所述待估參數(shù)進(jìn)行迭代求解，直至前后兩次迭代求解得到的待估參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)閾值為止；

S6：根據(jù)迭代結(jié)束后求得的待估參數(shù)，利用所述歷元間差分觀測(cè)方程確定GNSS接收機(jī)的周跳；

S7：根據(jù)預(yù)設(shè)的周跳閾值，選取周跳異常值并對(duì)所述周跳異常值進(jìn)行修復(fù)。

可選的，基于偽距觀測(cè)值和多普勒觀測(cè)值以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS算法，對(duì)所述GNSS接收機(jī)進(jìn)行定位和測(cè)速，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度，具體包括：

利用INS短時(shí)輸出高精度信息，基于前一位置及對(duì)下一歷元位置進(jìn)行積分外推，完成短時(shí)米級(jí)定位、厘米級(jí)測(cè)速；

根據(jù)定位和測(cè)速的結(jié)果，基于前一歷元GNSS接收機(jī)位置、速度，積分外推下一歷元接收機(jī)位置，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度。

可選的，按照下述公式建立歷元間差分觀測(cè)方程：

其中，表示兩個(gè)歷元間的觀測(cè)值殘差，ρ表示兩個(gè)歷元間的星地幾何距離的變化值，Cδt表示兩個(gè)歷元間衛(wèi)星鐘差的變化值，λ表示載波的波長(zhǎng)，ΔN表示周跳，δρ_iono表示兩個(gè)歷元間電離層誤差的變化值，X表示待估參數(shù)。

可選的，所述預(yù)設(shè)的選權(quán)迭代策略中的權(quán)函數(shù)具體為：

其中，σ表示參數(shù)估計(jì)的單位權(quán)中誤差，v表示觀測(cè)值殘差。

可選的，所述方法還包括：

利用觀測(cè)值殘差的方差協(xié)方差矩陣或者利用驗(yàn)后單位權(quán)方差來(lái)確定所述GNSS接收機(jī)的周跳精度。

可選的，所述驗(yàn)后單位權(quán)方差具體為：

其中，表示所述驗(yàn)后單位權(quán)方差，V代表觀測(cè)值殘差，D_LL代表觀測(cè)值向量的方差協(xié) 方差矩陣，n代表參與計(jì)算的觀測(cè)值個(gè)數(shù)，t為預(yù)設(shè)的觀測(cè)值個(gè)數(shù)。

一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法及裝置，所述裝置包括：

位置確定單元，利用INS短時(shí)輸出高精度導(dǎo)航定位信息，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度；

觀測(cè)方程建立單元，用于建立歷元間差分觀測(cè)方程；

觀測(cè)值殘差調(diào)整單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的選權(quán)迭代策略中的權(quán)函數(shù)，調(diào)整所述歷元間差分觀測(cè)方程中的觀測(cè)值殘差；

待估參數(shù)求解單元，用于根據(jù)調(diào)整后的所述觀測(cè)值殘差，求解所述歷元間差分觀測(cè)方程中的待估參數(shù)；

迭代單元，用于重復(fù)執(zhí)行所述觀測(cè)值殘差調(diào)整單元和所述待估參數(shù)求解單元，以對(duì)所述待估參數(shù)進(jìn)行迭代求解，直至前后兩次迭代求解得到的待估參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)閾值為止；

周跳確定單元，用于根據(jù)迭代結(jié)束后求得的待估參數(shù)，利用所述歷元間差分觀測(cè)方程確定GNSS接收機(jī)的周跳；

周跳修復(fù)單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的周跳閾值，選取周跳異常值并對(duì)所述周跳異常值進(jìn)行修復(fù)。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法及裝置，通過(guò)對(duì)歷元間差分觀測(cè)方程中的待估參數(shù)進(jìn)行迭代求解，從而能夠獲取精度較高的待估參數(shù)。進(jìn)而可以通過(guò)所述歷元間差分觀測(cè)方程，利用觀測(cè)值殘差準(zhǔn)確地反映周跳的變化，從而提高了周跳探測(cè)的精度。

參照后文的說(shuō)明和附圖，詳細(xì)公開了本申請(qǐng)的特定實(shí)施方式，指明了本申請(qǐng)的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本申請(qǐng)的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本申請(qǐng)的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。

針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

附圖說(shuō)明

所包括的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例的進(jìn)一步的理解，其構(gòu)成了說(shuō)明書的一部分，用于例示本申請(qǐng)的實(shí)施方式，并與文字描述一起來(lái)闡釋本申請(qǐng)的原理。顯而易見地，下面描述 中的附圖僅僅是本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法流程圖；

圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)裝置功能模塊圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法流程圖。雖然下文描述流程包括以特定順序出現(xiàn)的多個(gè)操作，但是應(yīng)該清楚了解，這些過(guò)程可以包括更多或更少的操作，這些操作可以順序執(zhí)行或并行執(zhí)行(例如使用并行處理器或多線程環(huán)境)。如圖1所示，所述方法可以包括：

S1：利用INS短時(shí)輸出高精度導(dǎo)航定位信息，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度；

S2：建立歷元間差分觀測(cè)方程。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，可以建立單頻載波歷元間差分觀測(cè)方程，具體如下所示：

其中，表示兩個(gè)歷元間的觀測(cè)值殘差，ρ表示兩個(gè)歷元間的星地幾何距離的變化值，Cδt表示兩個(gè)歷元間衛(wèi)星鐘差的變化值，λ表示載波的波長(zhǎng)，ΔN表示周跳，δρ_iono表示兩個(gè)歷元間電離層誤差的變化值，X表示待估參數(shù)。所述待估參數(shù)是包含了歷元間接收機(jī)鐘差的變化值以及各種模型殘余誤差的綜合誤差變化值。所述觀測(cè)值殘差的精度則取決于所述待估參數(shù)的精度。為了準(zhǔn)確地利用觀測(cè)值殘差來(lái)反映周跳，則必須準(zhǔn)確地求解出待估參數(shù)X。

在本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施例中，為了保證建立的歷元間差分觀測(cè)方程的準(zhǔn)確性，可以對(duì)兩個(gè)歷元的GNSS接收機(jī)的位置進(jìn)行優(yōu)化。具體地，本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施例中，在建立歷元間差分觀測(cè)方程的步驟之前，可以基于前一歷元GNSS接收機(jī)所處的位置，確定下一歷元所述GNSS接收機(jī)所處的位置，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度。這樣，基于前一歷元位置和下一歷元位置測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)存在關(guān)聯(lián)，從而能夠保證建立的 差分觀測(cè)方程比較準(zhǔn)確。

具體來(lái)講，先采用INS基于前一歷元輸出GNSS接收機(jī)位置、速度，預(yù)報(bào)下一歷元接收機(jī)位置，使前后兩歷元位置差的精度保障在一定范圍內(nèi)，然后采用基于選權(quán)迭代的抗差估計(jì)進(jìn)行解算。其算法步驟如下：

INS以X_k位置為基礎(chǔ)，積分外推k+1歷元接收機(jī)位置，前后歷元位置差(X_k+1-X_k)的值應(yīng)小于某設(shè)定閾值；利用廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)。

按照上述組建觀測(cè)方程，設(shè)置初始權(quán)陣為單位陣，并進(jìn)行解算。

在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，利用INS短時(shí)輸出高精度信息，基于前一歷元位置及對(duì)下一歷元位置進(jìn)行積分外推，完成短時(shí)米級(jí)定位、厘米級(jí)測(cè)速；根據(jù)定位和測(cè)速的結(jié)果，基于前一歷元GNSS接收機(jī)位置、速度，積分外推下一歷元接收機(jī)位置，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度。

S3：根據(jù)預(yù)設(shè)的選權(quán)迭代策略中的權(quán)函數(shù)，調(diào)整所述歷元間差分觀測(cè)方程中的觀測(cè)值殘差。

在建立了歷元間差分觀測(cè)方程后，便需要對(duì)其中的待估參數(shù)進(jìn)行求解。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，可以采用選權(quán)迭代的抗差估計(jì)來(lái)對(duì)所述待估參數(shù)進(jìn)行估算。具體地，可以預(yù)先選擇選權(quán)迭代策略。選取了選權(quán)迭代策略后，與該選權(quán)迭代策略會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)函數(shù)，從而可以根據(jù)該權(quán)函數(shù)對(duì)所述歷元間差分觀測(cè)方程中的觀測(cè)值殘差進(jìn)行調(diào)整。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，可以采用IGG選權(quán)迭代策略，對(duì)應(yīng)的權(quán)函數(shù)即可以表示為：

其中，σ表示參數(shù)估計(jì)的單位權(quán)中誤差，v表示觀測(cè)值殘差。

S4：根據(jù)調(diào)整后的所述觀測(cè)值殘差，求解所述歷元間差分觀測(cè)方程中的待估參數(shù)。

當(dāng)所述觀測(cè)值殘差進(jìn)行調(diào)整后，便可以將該調(diào)整后的觀測(cè)值殘差代入歷元間差分觀測(cè)方程，從而求解出待估參數(shù)。由于本申請(qǐng)實(shí)施例中是采用迭代的方法進(jìn)行求解所述待估參數(shù)，因此需要按照選權(quán)迭代策略進(jìn)行觀測(cè)值殘差的調(diào)整，并再次求解所述待估參數(shù)。

S5：重復(fù)步驟S3和S4對(duì)所述待估參數(shù)進(jìn)行迭代求解，直至前后兩次迭代求解得到的待估參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)閾值為止。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，每次迭代后便可以產(chǎn)生一個(gè)待估參數(shù)，當(dāng)前后兩次迭代求解得到的待估參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，便可以停止迭代過(guò)程。

S6：根據(jù)迭代結(jié)束后求得的待估參數(shù)，利用所述歷元間差分觀測(cè)方程確定GNSS接收機(jī)的周跳。

在停止迭代過(guò)程后，最后一次迭代計(jì)算得到的待估參數(shù)便可以是滿足本申請(qǐng)實(shí)施例中預(yù)設(shè)精度的值，那么通過(guò)將該滿足預(yù)設(shè)精度的待估參數(shù)代入歷元間差分觀測(cè)方程，從而可以準(zhǔn)確地利用觀測(cè)值殘差來(lái)確定GNSS接收機(jī)的周跳。

S7：根據(jù)預(yù)設(shè)的周跳閾值，選取周跳異常值并對(duì)所述周跳異常值進(jìn)行修復(fù)。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，可以遍歷觀測(cè)值殘差，并且根據(jù)預(yù)設(shè)的周跳閾值，從而可以選取周跳異常值并對(duì)所述周跳異常值進(jìn)行修復(fù)。

另外，在周跳的選權(quán)迭代估計(jì)過(guò)程收斂以后，可以得到觀測(cè)值殘差V的方差協(xié)方差陣；考慮待估參數(shù)為X，觀測(cè)值向量為L(zhǎng)，其方差協(xié)方差陣為D_LL，設(shè)計(jì)矩陣為B，則由最小二乘原理可以得到：

其中，D_VV為觀測(cè)值殘差的方差協(xié)方差矩陣，那么得到了觀測(cè)值殘差的方差協(xié)方差矩陣以后，可以用此來(lái)確定所探測(cè)周跳值的精度。同時(shí)得到的驗(yàn)后單位權(quán)方差也可以用來(lái)確定周跳探測(cè)的精度。其中，表示所述驗(yàn)后單位權(quán)方差，V代表觀測(cè)值殘差，D_LL代表觀測(cè)值向量的方差協(xié)方差矩陣，n代表參與計(jì)算的觀測(cè)值個(gè)數(shù)，t為預(yù)設(shè)的觀測(cè)值個(gè)數(shù)，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，t往往等于1。

在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，隨著迭代的不斷進(jìn)行，單位權(quán)方差也會(huì)越來(lái)越小，此時(shí)若仍然按照權(quán)函數(shù)對(duì)觀測(cè)值殘差進(jìn)行調(diào)整，將會(huì)導(dǎo)致將正常的觀測(cè)值殘差當(dāng)做了周跳進(jìn)行處理，這樣不但會(huì)增加迭代次數(shù)，降低算法效率，還有可能得出錯(cuò)誤的結(jié)果。因此在本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施例中，需要對(duì)單位權(quán)中誤差σ設(shè)定閾值，當(dāng)單位權(quán)中誤差小于閾值后就不再進(jìn)行調(diào)權(quán)處理。

圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)及裝置功能模塊圖。如圖2所示，所述裝置包括：

位置確定單元100，利用INS短時(shí)輸出高精度導(dǎo)航定位信息，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度；

觀測(cè)方程建立單元200，用于建立歷元間差分觀測(cè)方程；

觀測(cè)值殘差調(diào)整單元300，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的選權(quán)迭代策略中的權(quán)函數(shù)，調(diào)整所述歷元間 差分觀測(cè)方程中的觀測(cè)值殘差；

待估參數(shù)求解單元400，用于根據(jù)調(diào)整后的所述觀測(cè)值殘差，求解所述歷元間差分觀測(cè)方程中的待估參數(shù)；

迭代單元500，用于重復(fù)執(zhí)行所述觀測(cè)值殘差調(diào)整單元和所述待估參數(shù)求解單元，以對(duì)所述待估參數(shù)進(jìn)行迭代求解，直至前后兩次迭代求解得到的待估參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)閾值為止；

周跳確定單元600，用于根據(jù)迭代結(jié)束后求得的待估參數(shù)，利用所述歷元間差分觀測(cè)方程確定GNSS接收機(jī)的周跳；

周跳修復(fù)單元700，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的周跳閾值，選取周跳異常值并對(duì)所述周跳異常值進(jìn)行修復(fù)。

在本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施例中，所述位置確定單元100，利用INS短時(shí)輸出高精度信息，基于前一歷元位置及對(duì)下一歷元位置進(jìn)行積分外推，完成短時(shí)米級(jí)定位、厘米級(jí)測(cè)速；

根據(jù)定位和測(cè)速的結(jié)果，基于前一歷元GNSS接收機(jī)位置、速度，積分外推下一歷元接收機(jī)位置，以確保所述前一歷元位置與所述下一歷元位置之間的差值滿足預(yù)設(shè)精度。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種INS輔助GNSS接收機(jī)高可靠周跳探測(cè)與修復(fù)處理方法，通過(guò)對(duì)歷元間差分觀測(cè)方程中的待估參數(shù)進(jìn)行迭代求解，從而能夠獲取精度較高的待估參數(shù)。進(jìn)而可以通過(guò)所述歷元間差分觀測(cè)方程，利用觀測(cè)值殘差準(zhǔn)確地反映周跳的變化，從而提高了周跳探測(cè)的精度。

在本說(shuō)明書中，諸如第一和第二這樣的形容詞僅可以用于將一個(gè)元素或動(dòng)作與另一元素或動(dòng)作進(jìn)行區(qū)分，而不必要求或暗示任何實(shí)際的這種關(guān)系或順序。在環(huán)境允許的情況下，參照元素或部件或步驟(等)不應(yīng)解釋為局限于僅元素、部件、或步驟中的一個(gè)，而可以是元素、部件、或步驟中的一個(gè)或多個(gè)等。

上面對(duì)本申請(qǐng)的各種實(shí)施方式的描述以描述的目的提供給本領(lǐng)域技術(shù)人員。其不旨在是窮舉的、或者不旨在將本發(fā)明限制于單個(gè)公開的實(shí)施方式。如上所述，本申請(qǐng)的各種替代和變化對(duì)于上述技術(shù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。因此，雖然已經(jīng)具體討論了一些另選的實(shí)施方式，但是其它實(shí)施方式將是顯而易見的，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員相對(duì)容易得出。本申請(qǐng)旨在包括在此已經(jīng)討論過(guò)的本發(fā)明的所有替代、修改、和變化，以及落在上述申請(qǐng)的精神和范圍內(nèi)的其它實(shí)施方式。

本說(shuō)明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分 說(shuō)明即可。