[發明專利]一種基于強化學習的衛星信號周跳探測方法

有效

• 申請號: 202110123896.2
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112946698B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 夏娜;王振舉;羅輝;胡迪;于永堂;張繼文;徐思;吳成;何夢花
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學智能制造技術研究院;合肥星北航測信息科技有限公司
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29;G01S19/37;G01S19/44;G06N3/044;G06N3/084;G06N3/092
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種基于強化學習的衛星信號周跳探測方法，其步驟包括：1對衛星信號載波相位進行高階差分處理，放大周跳信息，同時消除整周模糊度及其它誤差的影響；2通過相空間重構將載波相位時間序列轉換為向量集，利用無周跳的載波相位值構建無周跳訓練樣本集；3定義預測方差、周跳探測統計量及強化學習的獎勵函數；4構建并訓練強化學習方法的網絡模型，直到迭代次數達到樣本數為止；5判斷衛星信號是否發生周跳。本發明可以主動學習，從環境中獲取反饋，從而實現周跳的有效探測。

技術領域

本發明屬于衛星導航定位領域，具體的說是一種基于強化學習的衛星信號周跳探測方法。

背景技術

衛星定位根據測距原理，其定位方法可以分為：偽距法定位、載波相位定位和差分定位。由于載波相位測量精度高，因此高精度衛星導航應用(高精度定位、測向、姿態等)均采用載波相位測量法，但是載波相位的整周跳變(簡稱周跳)會對測量結果的精度和穩定性產生很大影響，因此周跳的探測與修復是該領域必須解決的關鍵問題。

周跳(cycle?slips)是指在全球導航衛星系統(GNSS)技術的載波相位測量中，由于衛星信號的失鎖而導致的整周計數的跳變或中斷，正確地探測并恢復周跳，是載波相位測量中非常重要且必須解決的問題之一。

載波相位觀測值：

首次觀測：

以后的觀測：

通常表示為：

式(a)～式(c)中，表示首次觀測的載波相位觀測值；表示第i次觀測的載波相位觀測值；表示載波相位觀測值；表示首次觀測不滿整周的部分；表示第i次觀測不滿整周的部分；表示不滿整周的部分；表示第i次觀測的整周計數；表示整周計數；N₀表示整周模糊度。

由于某種原因，在某一時段計數器中止了正常的累積工作，從而使整周計數應有值少了n周，那么當計數器恢復正常工作后，所有的便都會含有同一偏差值。這種整周計數出現系統偏差而不足一周的部分仍然保持正確的現象稱為整周跳變，簡稱周跳。

周跳產生的三類原因：第一類是衛星信號受到遮擋而暫時中斷；第二類是惡劣的電離層狀況、多路徑效應嚴重或衛星仰角過低，致使衛星信號的信噪比過低；第三類是接收機內置軟件的設計不周全引起的錯誤。

周跳對基于載波相位測量的高精度定位、測向、測姿會產生很大影響，因此在進行實際應用前必須要進行周跳的探測與修復。周跳探測是指通過對載波相位值序列進行分析，找到數據中發生周跳的點；周跳修復是指使用無周跳的載波相位值預測發生周跳點的值，使用預測值代替測量值。

目前，周跳探測與修復方法主要有：高次差法、多項式擬合法、偽距相位組合法、電離層殘差法、卡爾曼濾波法和小波法等，但它們在實際應用中都存在一些不足之處：

高次差法和多項式擬合法適用于單頻接收機，但只能探測5周以上的大周跳，無法探測出小周跳；偽距相位組合法探測周跳的能力依賴于偽距測量的精度，因此不適用于單頻接收機；電離層殘差法需要雙頻載波相位值，也不適用于單頻接收機；卡爾曼濾波法需要設定合適的濾波參數，對建模精度要求較高；小波法需要兩個及以上的測站求雙差觀測量，復雜度較高。

發明內容

本發明是為了解決上述現有技術存在的不足之處，提出一種基于強化學習的衛星信號周跳探測方法，以期能通過強化學習的方法來完成衛星信號周跳探測，從而使得定位結果更加準確，以提高定位精度。

本發明為達到上述發明目的，采用如下技術方案：

本發明一種基于強化學習的衛星信號周跳探測方法的特點是按如下步驟進行：

步驟1：對衛星信號載波相位進行高階差分處理；