[发明专利]基于双频码伪距和载波相位观测量进行伪距平滑的方法有效

专利信息
申请号: 202310256963.7 申请日: 2023-03-17
公开(公告)号: CN115980803B 公开(公告)日: 2023-06-06
发明(设计)人: 薛瑞;刘博远 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G01S19/37 分类号: G01S19/37
代理公司: 北京天达知识产权代理事务所有限公司 11386 代理人: 李明里
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 基于 双频 码伪距 载波 相位 观测 进行 平滑 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于双频码伪距和载波相位观测量进行伪距平滑的方法,包括以下步骤:根据建立GNSS双频观测模型以及两个频点电离层延迟的关系,利用双频载波相位观测量组合估计出电离层延迟;考虑电离层误差影响,建立用于双频伪距平滑的自适应衰减因子卡尔曼滤波器;根据当前时刻的观测值,采用所述自适应衰减因子卡尔曼滤波器进行滤波,更新状态估计和误差参数后进行下一时刻的滤波;经过卡尔曼滤波后得到双频伪距平滑值,双频伪距变化量和双频电离层延迟。本发明在实现伪距平滑的同时,精确估计电离层误差,并减小滤波残差噪声。

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域,尤其涉及一种基于双频码伪距和载波相位观测量进行伪距平滑的方法。

背景技术

随着GNSS的逐渐成熟,许多应用领域对其精度和完好性提出了更高的要求。如民用航空的精密进近着陆引导。为了使GNSS性能满足需求,陆续出现了多种技术方案。GBAS被认为是最有效地使GNSS性能提升至民用航空精密进近着陆引导所需性能的GNSS增强系统之一。其基本原理是,在位置精确已知的基准站测量得到伪距观测值,并利用卫星星历和基准站的已知位置求出伪距计算值(真实值),求出两者之差,称为校正值,然后把它发给用户。GBAS基于局域差分技术,即在一定距离内与基准站同步测量的用户可利用这些校正值对自己的伪距观测值进行校正。

在差分定位中,基准站和用户间的非公共误差来源于多径和接收机噪声导致的测距误差,这种误差无法通过差分予以消除。目前普遍采用的方法是通过在基准站和用户同时使用平滑滤波技术来削弱上述两种误差。在现有系统中,仅利用载波相位观测量的变化对伪距变化量进行低通滤波,以平均其中的快变误差,提高平滑伪距的精度。此方法可以获得基本无噪的码伪距观测量,但由于平滑伪距中存在电离层误差分量,电离层误差的时间梯度和空间梯度分别产生了平滑滤波器的差分校正残差和用户端的差分校正误差。为了解决这个问题,在双频多星座GBAS中,通常采用两种同时利用L1和L2频率的码和载波观测量的双频平滑(Dual Frequency Smoothing, DFS)方法,分别称为DFREE和IFREE方法。其中,DFREE方法可以消除电离层时间梯度的影响,但不能消除电离层空间梯度导致的差分校正残差。IFREE方法可以消除电离层空间梯度导致的差分校正残差和电离层时间梯度导致的差分校正误差,却引入了L2观测误差,与DFREE相比噪声较大,对系统误差估计和故障检测影响很大。无论基于DFREE方法还是IFREE方法的GBAS系统均不能同时在正常和异常电离层条件下满足CAT III的99%可用性需求。此外,DFREE与IFREE方法均采用Hatch滤波,对观测中断的鲁棒性较差,且现有的其他Kalman滤波方法未能消除电离层误差,现有AFKF方法仅采用标量滤波,状态估计量输出较为单一,无法满足双频输出的需求。

发明内容

鉴于上述的分析,本发明旨在公开了一种基于双频码伪距和载波相位观测量进行伪距平滑的方法。在实现伪距平滑的同时,精确估计电离层误差,并减小滤波残差噪声。

本发明公开了一种基于双频码伪距和载波相位观测量进行伪距平滑的方法,包括以下步骤:

根据建立GNSS双频观测模型以及两个频点电离层延迟的关系,利用双频载波相位观测量组合估计出电离层延迟;

考虑电离层误差影响,建立用于双频伪距平滑的自适应衰减因子卡尔曼滤波器;

根据当前时刻的观测值,采用所述自适应衰减因子卡尔曼滤波器进行滤波,更新状态估计和误差参数后进行下一时刻的滤波;

经过卡尔曼滤波后得到双频伪距平滑值,双频伪距变化量和双频电离层延迟。

进一步地,所述GNSS双频观测模型中,

GNSS频点1的观测模型为:

GNSS频点2的观测模型为:

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