[發明專利]基于隨機森林的衛星導航雙頻周跳探測方法

在審

• 申請號: 202011104487.X
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112327336A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 李健;徐圖;劉峰;羅怡然;郝子煥
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/43
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種基于隨機森林的衛星導航雙頻周跳探測方法。本發明使用衛星導航雙頻偽距、載波相位、多普勒觀測量進行組合，構造出包括3個雙頻和4個單頻特征在內的周跳檢測特征，利用隨機森林分類模型進行分類，識別出周跳發生與否以及周跳發生的頻點，有效改進了電離層殘差法的固有缺陷，能夠區分周跳頻點、能夠探測雙頻按載波頻率比例發生的周跳，以及雙頻同時發生的相等的半周跳，實現了周跳頻點以及特定周跳組合的探測，并在最大程度上保留其對小周跳高探測率和低虛警率的優勢。

技術領域

本發明涉及全球導航衛星系統GNSS數據處理、機器學習技術領域，具體涉及一種基于隨機森林的衛星導航雙頻周跳探測方法。

背景技術

全球導航衛星系統(GNSS)是一種無線電導航定位系統，采用三段式控制，分空間段、地面控制段和用戶段，可以實時為用戶提供定位、測速和授時服務。衛星導航技術無處不在，在農業、交通、環保、航天、勘探、救援等多個領域具有廣泛的應用，也在軍事戰爭中承擔重任。近年來，許多國家和地區都在積極建設GNSS系統。其中較完善的有美國的全球定位系統(GPS)、中國的北斗衛星導航系統(Beidou)、俄羅斯的全球導航衛星系統(GLONASS)以及歐盟的衛星導航系統(Galileo)。衛星導航高精度定位技術使用載波相位觀測量進行定位解算，可以達到厘米級甚至毫米級精度，將取代傳統單點定位，主要包括精密單點定位(PPP)和載波相位實時差分(RTK)兩種技術。載波相位周跳是接收機載波環由于載噪比降低等原因在輸出載波相位時產生的一個整周或半周的偏差，將影響高精度定位中的整周模糊度解算等過程，并最終影響定位精度。現代的接收機一般都為雙頻或多頻接收機，可通過聯立雙頻觀測量進行周跳探測，實際工程中常用的電離層殘差法就是一個典型代表，相比于其他方法，它具有較強的小周跳檢測能力，但是，電離層殘差法具有一些固有缺陷，比如，它不能區分周跳頻點，不能探測雙頻按載波頻率比例發生的周跳，也不能探測雙頻同時發生的相等的半周跳。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于隨機森林的衛星導航雙頻周跳探測方法，能夠改進電離層殘差法的固有缺陷，有效實現周跳頻點以及特定周跳組合的探測，并在最大程度上保留電離層殘差法對小周跳高探測率和低虛警率的優勢。

本發明的基于隨機森林的衛星導航雙頻周跳探測方法，包括如下步驟：

步驟一，根據接收機接收的雙頻觀測數據，構造周跳檢測特征；其中，周跳檢測特征包括：頻點一的相位減偽距檢測量PML1、頻點二的相位減偽距檢測量PML2、電離層殘差檢測量GF、寬巷相位減窄巷偽距檢測量MW、頻點一的載波相位在觀測矢量的距離變化量殘差DPL1、頻點二的載波相位在觀測矢量的距離變化量殘差DPL2，以及DPL1和DPL2關于載波頻率的線性組合DDPL；其中，

DDPL＝λ₁×DPL1-λ₂×DPL2；

其中，L₁、L₂分別表示頻點一、頻點二的載波相位觀測量；λ₁、λ₂分別表示頻點一、頻點二的載波波長，D₁和D₂分別表示頻點一和頻點二的偽距觀測量，t表示歷元時間，Δt表示歷元間隔；

步驟二，構造隨機森林模型；以步驟一構建的周跳檢測特征為隨機森林模型的輸入，以只有頻點一有周跳、只有頻點二有周跳、頻點一與頻點二均有周跳、以及無周跳為隨機森林模型分類結果，利用訓練數據集中的歷元數據對隨機森林模型進行訓練，得到訓練好的隨機森林模型；

步驟三，獲取待檢測周跳衛星數據的周跳檢測特征，并輸入訓練好的隨機森林模型進行周跳探測，獲得周跳探測結果。

較優的，采用如下方法構建訓練集：