[發明專利]基線約束下單頻單歷元GNSS快速定向方法

有效

• 申請號: 201610125152.3
• 申請日: 2016-03-06
• 公開（公告）號: CN105785416B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 張晶宇;吳美平
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S19/55
• 分類號: G01S19/55
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心43202
• 代理人: 邱軼

1.基線約束下單頻單歷元GNSS快速定向方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一，建立雙差觀測模型：

由于在短基線條件下大氣延遲等共性誤差可以忽略，對于單頻雙差觀測模型可以簡化為

其中E(·)表示期望運算符，為星地視線矢量構成的雙差矩陣，Λ為GNSS信號波長構成的常系數對角矩陣，這里的Y為雙差觀測，a為雙差模糊度b即為基線矢量Δr_ur；

單頻雙差觀測方程的隨機模型可直接記為

D(Y)=QYY=2σP2EET002σΦ2EET---(2)]]>

其中為非差碼觀測的方差，為非差載波觀測的方差,D(·)為方差算子,E為單差算子且e_m；I_k-1為k-1維的單位矩陣，e_m為元素為1的m×1列向量；

步驟二，采用最小二乘估計浮點模糊度解和浮點基線解：

浮點模糊度和基線矢量的浮點解表示為

x^=a^b^=(ABTQYY-1AB)-1ABTQYY-1Y---(3)]]>

此時，浮點模糊度和基線矢量的構成的協方差陣表示為B為星地視線矢量矩陣；

步驟三，引入基線長度約束，求解基線約束下的最優解：

基線約束下的最小二乘問題可以建模為

基于約束(Cx)^TCx＝l²(4)

建立拉格朗日方程解問題(4)

L(x,λ)=(Dx-x^)T(Dx-x^)+λ(xTCTCx-l2)---(5)]]>

對方程(5)求偏微分

∂L(x)=DT(Dx-x^)+λCTCx=0∂L(λ)=xTCTCx-l2=0---(6)]]>

整理方程組可得

x^TD(DTD+λCTC)-1CTC(DTD+λCTC)-1DTx^-l2=0---(7)]]>

問題轉化為求解非線性方程的根，根據牛頓迭代法，求得相應的解；

步驟四，采用LAMBDA(Least-squares ambiguity decorrelation adjustment)算法，求得模糊度最優和次優候選解；

步驟五，進行模糊度檢驗，獲得基線解；模糊度檢驗采用比例檢驗法，即

其中為模糊度最優解，為次優解，μ為檢驗閾值，這里取1.5；通過模糊度檢驗后采用最優模糊度候選解，否則采用浮點解；

基于模糊度解算結果，求解相應的條件基線解，根據基線矢量即可求得載體的航向角和俯仰角

其中θ為俯仰角，為航向角，b(a)＝(b₁ b₂ b₃)^T；b₁，b₂，b₃分別表示構成b(a)的三個基線向量元素；基線矢量既可以采用模糊度固定后的條件基線解，也可以使用的基線浮點解。

2.根據權利要求1所述的基線約束下單頻單歷元GNSS快速定向方法，其特征在于

步驟四中所述的求解模糊度最優解和次優解，其步驟為：

首先，計算去相關條件下的浮點解和基線解，及對應的協方差矩陣，同時計算模糊度固定條件下的基線協方差矩陣

Qb^(a)=Qb^b^-Qb^a^Qa^a^-1Qb^a^---(10)]]>

求出條件協方差矩陣的最大特征值λ_max，為基線向量解的協方差矩陣，表示基線向量與浮點模糊度的協方差矩陣，表示浮點模糊度的協方差矩陣；

其次,搜索滿足條件的模糊度整數候選解，χ為浮點模糊度搜索范圍的閾值，具體分為三步:

1)對特定的整數候選解計算條件基線矢量且

2)若計算滿足約束的條件基線解計算模糊度和基線解對應的距離殘差和

3)若搜索條件不滿足，則繼續下一個整數候選解的搜索。