[发明专利]一种基于强化学习的卫星信号周跳探测方法

说明书

本发明公开了一种基于强化学习的卫星信号周跳探测方法，其步骤包括：1对卫星信号载波相位进行高阶差分处理，放大周跳信息，同时消除整周模糊度及其它误差的影响；2通过相空间重构将载波相位时间序列转换为向量集，利用无周跳的载波相位值构建无周跳训练样本集；3定义预测方差、周跳探测统计量及强化学习的奖励函数；4构建并训练强化学习方法的网络模型，直到迭代次数达到样本数为止；5判断卫星信号是否发生周跳。本发明可以主动学习，从环境中获取反馈，从而实现周跳的有效探测。

技术领域

本发明属于卫星导航定位领域，具体的说是一种基于强化学习的卫星信号周跳探测方法。

背景技术

卫星定位根据测距原理，其定位方法可以分为：伪距法定位、载波相位定位和差分定位。由于载波相位测量精度高，因此高精度卫星导航应用(高精度定位、测向、姿态等)均采用载波相位测量法，但是载波相位的整周跳变(简称周跳)会对测量结果的精度和稳定性产生很大影响，因此周跳的探测与修复是该领域必须解决的关键问题。

周跳(cycle slips)是指在全球导航卫星系统(GNSS)技术的载波相位测量中，由于卫星信号的失锁而导致的整周计数的跳变或中断，正确地探测并恢复周跳，是载波相位测量中非常重要且必须解决的问题之一。

载波相位观测值：

首次观测：

以后的观测：

通常表示为：

式(a)～式(c)中，表示首次观测的载波相位观测值；表示第i次观测的载波相位观测值；表示载波相位观测值；表示首次观测不满整周的部分；表示第i次观测不满整周的部分；表示不满整周的部分；表示第i次观测的整周计数；表示整周计数；N₀表示整周模糊度。

由于某种原因，在某一时段计数器中止了正常的累积工作，从而使整周计数应有值少了n周，那么当计数器恢复正常工作后，所有的便都会含有同一偏差值。这种整周计数出现系统偏差而不足一周的部分仍然保持正确的现象称为整周跳变，简称周跳。

周跳产生的三类原因：第一类是卫星信号受到遮挡而暂时中断；第二类是恶劣的电离层状况、多路径效应严重或卫星仰角过低，致使卫星信号的信噪比过低；第三类是接收机内置软件的设计不周全引起的错误。

周跳对基于载波相位测量的高精度定位、测向、测姿会产生很大影响，因此在进行实际应用前必须要进行周跳的探测与修复。周跳探测是指通过对载波相位值序列进行分析，找到数据中发生周跳的点；周跳修复是指使用无周跳的载波相位值预测发生周跳点的值，使用预测值代替测量值。

目前，周跳探测与修复方法主要有：高次差法、多项式拟合法、伪距相位组合法、电离层残差法、卡尔曼滤波法和小波法等，但它们在实际应用中都存在一些不足之处：

高次差法和多项式拟合法适用于单频接收机，但只能探测5周以上的大周跳，无法探测出小周跳；伪距相位组合法探测周跳的能力依赖于伪距测量的精度，因此不适用于单频接收机；电离层残差法需要双频载波相位值，也不适用于单频接收机；卡尔曼滤波法需要设定合适的滤波参数，对建模精度要求较高；小波法需要两个及以上的测站求双差观测量，复杂度较高。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于强化学习的卫星信号周跳探测方法，以期能通过强化学习的方法来完成卫星信号周跳探测，从而使得定位结果更加准确，以提高定位精度。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于强化学习的卫星信号周跳探测方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：对卫星信号载波相位进行高阶差分处理；