技术领域
[0001] 本
发明属于全球导航卫星
定位技术领域，具体的说是一种中长基线单历元模糊度解算方法、系统、设备、存储介质。
背景技术
[0002] 单历元基线解算可使全球定位系统发挥更大的优势，已经在导航定位、
变形监测等领域得到了广泛的应用。
[0003] 高
精度单历元基线解算的关键问题是整周模糊度解算，对中长基线而言，一个典型方法是多频逐级模糊度解算。全球卫星
导航系统均提供了三个或更多
频率的测量值，将这些测量值进行频率组合可形成一些性能较优的线性组合，有助于模糊度的正确解算。多频逐级模糊度解算的基本思想是多个频率组成超宽巷和宽巷组合，先通过伪距测量值推算超宽巷整周模糊度，然后通过对超宽巷测量值取整推宽巷模糊度，最后求解出单个频点的整周模糊度。但是在中长基线下宽巷测量值受电离层误差和噪声影响较大，导致模糊度解算成功率不高，此外伪距和载波
相位组合方法可以解决法方程秩亏的问题，但因伪距观测值与载波相位观测值精度相差较大，在一定程度上降低了基线解算的精度，而通过基线长度等约束条件虽然可以降低法方程的病态性，但对先验信息的依赖性较强。
发明内容
[0004] 为了解决上述
现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种中长基线单历元模糊度解算方法、系统、设备、存储介质，避免了伪距观测值精度较差的特性同时解决了单历元模糊度解算中法方程的秩亏问题，另外更好地消除了电离层误差的影响，提高模糊度固定的成功率。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一方面，本发明提供了一种中长基线单历元模糊度解算方法，包括以下步骤：
[0007] S1：根据全球导航卫星的观测数据建立单历元双差宽巷组合观测方程；
[0008] S2：通过正则化方法对坐标改正参数进行约束，改善法矩阵的病态性；
[0009] S3：结合lambda
算法实现单历元宽巷模糊度固定；
[0010] S4：将双差无电离层组合观测方程用宽巷模糊度和原始载波模糊度表示出，在宽巷模糊度固定的
基础上带入其中；
[0011] S5：用lambda算法实现原始载波模糊度的固定。
[0012] 进一步的，在所述S4和S5之间，还包括：
[0013] S4-5：再次通过正则化方法改善法矩阵的病态性。
[0014] 进一步的，所述正则化方法包括：
[0015] 分别通过对双差宽巷组合观测方程和双差无电离层组合观测方程的系数矩阵进行奇异值分解得到所需的正则化矩阵；
[0016] 通过L曲线上
曲率最大的点得到正则化参数。
[0017] 进一步的，所述正则化方法为采用最小二乘法。
[0018] 进一步的，所述单历元双差宽巷组合观测方程为：
[0019]
[0020] 式(1)中： 表示双差算子；λ是
波长；是载波相位观测值；e是坐标改正数的系数矩阵；x为坐标参数；N是模糊度；τ为
对流层延迟；I为电离层延迟；ε为随机噪声；下标W表示宽巷，下标a表示基准站，下标b表示移动站；上标j、r表示卫星编号。
[0021] 式(1)可以简写为：
[0022]
[0023] 式(2)中：A、B分别为对应于
位置参数δX和模糊度参数δNW的系数阵；ε为观测误差向量。
[0024] 在BDS系统内部和GPS系统内部均采用高度
角定权，将权值P通过cholysky进行单位化，即P＝GTG，将式(2)两边同时左乘G，得到单位化后的观测方程为：
[0025]
[0026] 简化后的矩阵表达式为：
[0027]
[0028] 其中：
[0029] 式(4)对应的正则化解为
[0030] 对式(5)中正则化参数求取：
[0031] 对系数矩阵C进行阵奇异值分解C＝U·diag(D)·VT，令D1＝diag(D),通过对V和D1分
块，对待定坐标改正参数添加约束，
[0032]
[0033] 令
[0034] 得R＝STS(8)
[0035] 令 两边分别取对数得用 分别表示 的一阶导数和二阶导数。α表示曲线上 曲率
最大那个点所对应的值。 即为本发明L曲线的曲率方程。
[0036] 故式(2)的正则化最小二乘解为：
[0037]
[0038] 通过lambda算法搜索，固定宽巷模糊度
[0039] 在宽巷模糊度 固定的基础上，带入双差无电离层组合观测方程中：
[0040]
[0041] 式(10)中： 表示双差算子；是载波相位观测值；λ是波长；e是坐标改正数的系数矩阵；x为坐标参数；N是模糊度；τ为
对流层延迟；I为电离层延迟；ε为随机噪声；f1、f2表示双频载波的各自频率；下标W表示宽巷，下标LC表示无电离层，下标L1表示原始载波，下标a表示基准站，下标b表示移动站；上标j、r表示卫星编号。
[0042] 对式(10)重复上述从得到单位化的观测方程到带入双差无电离层组合观测方程的步骤，得到正则化后原始载波模糊度的固定解
[0043] 另一方面，本发明还提供了一种用于个性化定制的智能制造系统，包括：
[0044] 第一观测方程单元，配置用于根据全球导航卫星的观测数据建立单历元双差宽巷组合观测方程；
[0045] 约束单元，配置用于通过正则化方法对坐标改正参数进行约束，改善法矩阵的病态性；
[0046] 第一模糊度固定单元，配置用于结合lambda算法实现单历元宽巷模糊度固定；
[0047] 第二观测方程单元，配置用于将双差无电离层组合观测方程用宽巷模糊度和原始载波模糊度表示出，在宽巷模糊度固定的基础上带入其中；
[0048] 第二模糊度固定单元，配置用于用lambda算法实现原始载波模糊度的固定。
[0049] 另一方面，本发明还提供了一种设备，所述设备包括：
[0050] 一个或多个处理器；
[0052] 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行本发明示例的任一种中长基线单历元模糊度解算方法。
[0053] 另一方面，本发明还提供了一种存储有
计算机程序的计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现本发明示例的任一种中长基线单历元模糊度解算方法。
[0054] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0055] 1、本发明示例的中长基线单历元模糊度解算方法，只采用载波观测值进行解算，避免了伪距观测值精度较差的特性，同时通过正则化方法解决了单历元模糊度解算中法方程的秩亏问题。
[0056] 2、本发明示例的中长基线单历元模糊度解算方法，采用无电离组合观测方程，更好的消除了电离层误差的影响，提高模糊度固定的成功率。
附图说明
[0057] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性
实施例所作的详细描述，本
申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0058] 图1是本发明一个实施例的流程示意图；
[0059] 图2是本发明实施例求得基线一的宽巷模糊度，
[0060] 图3是本发明实施例求得基线二的宽巷模糊度；
[0061] 图4是本发明实施例求得基线一的原始载波模糊度；
[0062] 图5是本发明实施例求得基线二的原始载波模糊度；
[0063] 图6是本发明实施例求得基线一的残差向量；
[0064] 图7是本发明实施例求得基线二的残差向量。
具体实施方式
[0065] 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0066] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0067] 如图1～图7所示，本发明的一个实施例提供了一种中长基线单历元模糊度解算方法，包括以下步骤：
[0068] S1：根据全球导航卫星的观测数据建立单历元双差宽巷组合观测方程；
[0069] S2：通过正则化方法对坐标改正参数进行约束，改善法矩阵的病态性；
[0070] S3：结合lambda算法实现单历元宽巷模糊度固定；
[0071] S4：将双差无电离层组合观测方程用宽巷模糊度和原始载波模糊度表示出，在宽巷模糊度固定的基础上带入其中；
[0072] S5：用lambda算法实现原始载波模糊度的固定。
[0073] 在所述S4和S5之间，还包括：
[0074] S4-5：再次通过正则化方法改善法矩阵的病态性。
[0075] 所述正则化方法包括：
[0076] 分别通过对双差宽巷组合观测方程和双差无电离层组合观测方程的系数矩阵进行奇异值分解得到所需的正则化矩阵；
[0077] 通过L曲线上曲率最大的点得到正则化参数。
[0078] 本实施例中，所述正则化方法为采用最小二乘法，具体的操作步骤如下：
[0079] S1.1：根据全球导航卫星的观测数据建立单历元双差宽巷组合观测方程，所述单历元双差宽巷组合观测方程为：
[0080]
[0081] 式(1)中： 表示双差算子；λ是波长；是载波相位观测值；e是坐标改正数的系数矩阵；x为坐标参数；N是模糊度；τ为对流层延迟；I为电离层延迟；ε为随机噪声；下标W表示宽巷，下标a表示基准站，下标b表示移动站；上标j、r表示卫星编号。
[0082] 式(1)可以简写为：
[0083]
[0084] 式(2)中：A、B分别为对应于位置参数δX和模糊度参数δNW的系数阵；ε为观测误差向量。
[0085] S1.2：通过正则化方法对坐标改正参数进行约束，改善法矩阵的病态性。在BDS系统内部和GPS系统内部均采用高度角定权，将权值P通过cholysky进行单位化，即P＝GTG，将式(2)两边同时左乘G，得到单位化后的观测方程为：
[0086]
[0087] 简化后的矩阵表达式为：
[0088]
[0089] 其中：
[0090] S1.3：式(4)对应的正则化解为
[0091] S1.4：对式(5)中正则化参数求取：
[0092] 对系数矩阵C进行阵奇异值分解C＝U·diag(D)·VT，令D1＝diag(D),通过对V和D1分块，对待定坐标改正参数添加约束，
[0093]
[0094] 令
[0095] 得R＝STS(8)
[0096] 令 两边分别取对数得用 分别表示 的一阶导数和二阶导数。α表示曲线上 曲率
最大那个点所对应的值。 即为本实施例中L曲线的曲率方程。
[0097] S1.5：故式(2)的正则化最小二乘解为：
[0098]
[0099] S1.6：通过lambda算法搜索，固定宽巷模糊度
[0100] S1.7：在宽巷模糊度 固定的基础上，带入双差无电离层组合观测方程中：
[0101]
[0102] 式(10)中： 表示双差算子；是载波相位观测值；λ是波长；e是坐标改正数的系数矩阵；x为坐标参数；N是模糊度；τ为对流层延迟；I为电离层延迟；ε为随机噪声；f1、f2表示双频载波的各自频率；下标W表示宽巷，下标LC表示无电离层，下标L1表示原始载波，下标a表示基准站，下标b表示移动站；上标j、r表示卫星编号。
[0103] 对式(10)重复上述步骤S1.2～S1.7，得到正则化后原始载波模糊度的固定解[0104] 为便于对本发明的理解，下面结合一个应用实施例对本发明作进一步的描述：
[0105] 步骤一：选取2016年01月10日10时到12时的GPS/BDS双系统观测数据，基线长度分别为56.225km、170.176km，
采样间隔为15s，卫星截止高度角为15°。双系统内部采用卫星高度角定权，两系统间按照经验值1:1定权。
[0106] 步骤二：用正则化法求解宽巷模糊度，将整个观测时段内的数据进行卡尔曼滤波解算得到的模糊度固定解作为参考值，分别将各历元固定解与参考值进行比较，相同则认为正确固定，两条基线的宽巷模糊度解算结果如图2和图3和表1所示，两条基线的宽巷模糊度均实现固定且固定的成功率均为100％。
[0107] 步骤三：在宽巷模糊度固定的基础上，带入双差无电离层组合，再次运用正则化求解，用lambda实现固定后基线一和基线二的结果如图4、图5和表1所示。两次正则化后对基线一求得的原始载波模糊度固定成功率为100％，基线二求得原始载波模糊度固定的成功率为91.27％。
[0108] 表1正则化求解模糊度成功率
[0109]
[0110] 步骤四：单历元原始载波的模糊度固定后，为了分析中长基线的定位精度，采用事后静态处理获得的坐标作为参考值，求解基线向量偏差。两条基线在N、E、U方向的偏差如图6、图7所示，均方根误差如表2所示。从均方根误差分析定位精度，采用两次正则化法后，基线一在N、E、U方向的精度优于7.0×10-3m、7.7×10-3m、24.4×10-3m；基线二在N、E、U方向的精度优于13.4×10-3m、12.0×10-3m、37.3×10-3m。
[0111] 表2基线残差向量均方根误差(10-3m)
[0112]
[0113] 另一方面，本实施例还提供了一种用于个性化定制的智能制造系统，包括：
[0114] 第一观测方程单元，配置用于根据全球导航卫星的观测数据建立单历元双差宽巷组合观测方程；
[0115] 约束单元，配置用于通过正则化方法对坐标改正参数进行约束，改善法矩阵的病态性；
[0116] 第一模糊度固定单元，配置用于结合lambda算法实现单历元宽巷模糊度固定；
[0117] 第二观测方程单元，配置用于将双差无电离层组合观测方程用宽巷模糊度和原始载波模糊度表示出，在宽巷模糊度固定的基础上带入其中；
[0118] 第二模糊度固定单元，配置用于用lambda算法实现原始载波模糊度的固定。
[0119] 另一方面，本实施例还提供了一种设备，所述设备包括：
[0120] 一个或多个处理器；
[0121] 存储器，用于存储一个或多个程序，
[0122] 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行本实施例的中长基线单历元模糊度解算方法。
[0123] 描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过
软件的方式实现，也可以通过
硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中。这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
[0124] 另一方面，本实施例还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现本实施例的中长基线单历元模糊度解算方法。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中所述系统或设备中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质，如
硬盘、光盘、SD卡等。
[0125] 以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
[0126] 除
说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。
