本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星授時方法，特別涉及一種單站穩(wěn)健授時估計方法。

背景技術：

1、衛(wèi)星導航系統(tǒng)可提供全天候、廣域高精度定位導航授時服務，廣泛應用于電力系統(tǒng)等行業(yè)應用高精度授時和時間同步。目前，廣泛應用且較為成熟的技術手段為基于雙頻無電離層組合標準單點定位的授時估計模型，該模型通過觀測值組合的形式消除了電離層影響，但同時也導致多徑、觀測噪聲等放大約3倍，此外，多頻觀測值組合方式多種多樣，雙頻無電離層模型對多頻觀測信息利用不充分，若同時采用多個雙頻無電離層觀測值聯立，則觀測值間存在復雜的相關性需要處理，難以實現多頻函數模型的統(tǒng)一表達。

2、隨著多頻gnss(global?navigation?satellite?system)的發(fā)展，特別是北斗(bds)系統(tǒng)，目前可同時播發(fā)b1c/b2i/b2a/b6i/b2b多頻觀測數據，理論上，模型采用的觀測信息越多，參數估計性能也越高。不過，相比于雙頻觀測情形，多頻觀測也意味著可能引入更多的異常觀測，對穩(wěn)健授時提出了挑戰(zhàn)。此外，目前主流的衛(wèi)星授時手段大多依賴采用bds/gps雙模系統(tǒng)。加之授時性能與衛(wèi)星數目緊密相關，單模北斗衛(wèi)星數少，模型冗余低，北斗單模穩(wěn)健授時具有挑戰(zhàn)性。因此，有必要面向北斗單模應用場景，發(fā)掘北斗系統(tǒng)多頻信號優(yōu)勢，以頻率優(yōu)勢彌補衛(wèi)星數目不足的劣勢，實現北斗單模多頻穩(wěn)健授時估計。

技術實現思路

1、發(fā)明目的：針對上述現有技術，提出一種北斗多頻非組合觀測的單站穩(wěn)健授時估計方法，面向單站北斗多頻授時場景，提高授時估計精度和穩(wěn)健性。

2、技術方案：一種北斗多頻非組合觀測的單站穩(wěn)健授時估計方法，包括如下步驟：

3、步驟1：授時站點實時接收北斗衛(wèi)星b2i/b6i/b1c/b2a/b2b多頻偽距和載波觀測數據，在無周跳發(fā)生的連續(xù)觀測弧段，采用載波觀測值對偽距進行平滑，削弱偽距噪聲和多徑影響；

4、步驟2：構建北斗多頻非組合觀測模型；

5、步驟3：對于同時觀測到m顆以上北斗衛(wèi)星的用戶，對步驟2構建的模型進行泰勒級數展開，并構建最小二乘誤差方程，通過最小二乘解算得到模型的各參數估值，并得到各衛(wèi)星的驗后殘差；其中，m>4；

6、步驟4：利用步驟3中各參數間的耦合性及驗后殘差的統(tǒng)計特性，分別從坐標改正數量級和殘差假設檢驗兩方面進行檢核，提高授時估計穩(wěn)健性。

7、進一步的，所述步驟1中，原始觀測值對應觀測方程如下，

8、

9、式中，上標s和下標r,i分別表示衛(wèi)星、接收機和頻點，其中i＝1,2,3,4,5分別對應頻點b2i/b6i/b1c/b2a/b2b；和分別為原始偽距觀測值和載波觀測值；表示站星距；表示信號傳播路徑上的對流層延遲；c表示真空中的光速；tr和ts分別表示接收機鐘差和衛(wèi)星鐘差；表示信號傳播路徑上對應頻率1的電離層延遲；γi＝f12/fi2為頻率i相對于頻率1的電離層延遲放大因子，其中fi表示第i個頻點信號的頻率；λi表示頻點i的載波波長；表示浮點模糊度；dr,i和分別表示接收機端和衛(wèi)星端對應頻點i的偽距硬件延遲；和分別表示包括多徑在內的偽距和載波觀測值噪聲；

10、采用載波觀測值對偽距進行平滑時，對應某一歷元tn，

11、

12、式中，tn-1和tn兩表示兩個不同的歷元；n表示平滑的歷元計數；表示經過平滑后的偽距觀測值；表示tn-1和tn兩個歷元間的載波觀測值的變化量。

13、進一步的，所述步驟2中，采用參數重整的方式對觀測方程待估參數進行解耦，對應頻點i和j，定義以下簡寫：

14、

15、其中，αij和βij分別為對應頻點i和j的無電離層組合系數；和分別為衛(wèi)星端和接收機端無電離層組合形式的偽距硬件延遲；對應頻點i和j，將衛(wèi)星端和接收機端的差分碼偏差定義為如下形式：

16、

17、式中，為衛(wèi)星端的差分碼偏差，dcbr,ij為接收機端的差分碼偏差；

18、基于所述簡寫，分別對接收機鐘差tr和衛(wèi)星鐘差ts進行重參化；具體的，接收機端鐘差基準取決于偽距觀測值，基于頻點1和2，首先將接收機鐘差與這2個頻點對應的無電離層組合偽距硬件延遲進行重參化，重參化的接收機鐘差為，

19、

20、然后，基于北斗衛(wèi)星鐘差以b6i頻率作為基準，衛(wèi)星鐘差的重參化形式為，

21、

22、式中，為重參化的衛(wèi)星鐘差；

23、最后，對電離層延遲與偽距硬件延遲重參化，即把電離層延遲和表示偽距硬件延遲的差分碼偏合并成一項，

24、

25、式中，為重參化的電離層延遲；

26、同時實施式(5)、(6)、(7)的重參化過程，并對北斗衛(wèi)星鐘差基準以及多頻偽距觀測值之間的不一致性進行轉換統(tǒng)一，得到如下北斗多頻非組合觀測模型，

27、

28、式中dref和的具體形式如下：

29、

30、其中dref用于實現北斗衛(wèi)星鐘差基準轉換，用于補償多頻觀測值與鐘差基準之間的不一致性。

31、進一步的，所述步驟3中，對式(8)的模型進行泰勒級數展開，轉化為線性方程求解，構建最小二乘誤差方程如下，

32、

33、式中，v表示殘差，表示衛(wèi)星m頻點i的殘差；b為設計矩陣，分別表示對應的方向余弦；x為待估參數，包括三維坐標改正數、重參化后的各衛(wèi)星傾斜電離層延遲以及接收機鐘差，δx、δy、δz分別表示坐標改正數，表示各衛(wèi)星重參化的電離層延遲；l為觀測矩陣，包括平滑偽距觀測值以及各誤差改正項，表示衛(wèi)星m頻點i對應的觀測值；

34、基于式(10)的誤差方程，通過最小二乘解算各參數估值，并得到各衛(wèi)星的驗后殘差，

35、x＝(bt·b)-1·bt·l?(11)

36、式中，上標t表示矩陣轉秩。

37、進一步的，所述步驟4包括如下具體步驟：

38、首先，對于測站坐標精確已知的站點，將最小二乘解算得到的坐標與真值進行對比，初步判斷結果是否可用；然后，根據設定的顯著水平，對逐顆衛(wèi)星的殘差進行檢驗；基于數理統(tǒng)計理論知識，各衛(wèi)星驗后殘差應服從自由度為(4m-4)的卡方分布，

39、

40、式中，δchisqr為檢驗量，χ代表卡方檢驗；

41、若存在一顆或多顆衛(wèi)星的殘差超限，則采用循環(huán)的方式逐一剔除衛(wèi)星，并重新進行最小二乘解算與卡方檢驗，在循環(huán)過程中，對于能夠通過卡方檢驗的衛(wèi)星組合，同時計算其驗后殘差的rms值，作為后續(xù)評判的標準；在全部循環(huán)結束后，選取rms值最小的衛(wèi)星組合解作為最終結果；若循環(huán)過程中均未通過卡方檢驗，則當前站點無解算結果，發(fā)送預警信息給管理員。

42、有益效果：本發(fā)明提出的一種北斗多頻非組合觀測的單站穩(wěn)健授時估計方法，面向單站北斗多頻授時場景，通過充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)多頻信號優(yōu)勢，以頻率優(yōu)勢彌補衛(wèi)星數不足的劣勢。本方法構建了北斗多頻非組合穩(wěn)健鐘差估計模型，使其能夠兼容多頻觀測信息，提高了北斗單模授時性能。同時針對多頻觀測值中可能存在的異常，輔以假設檢驗等粗差識別策略，提高授時估計精度和穩(wěn)健性。相比于常規(guī)雙頻情形，北斗單模多頻授時性能優(yōu)于gps以及北斗/gps雙系統(tǒng)組合。