基于EKF/SF的BDS短基线多径抑制方法
发布时间：2022-02-12 22:21
多径是影响载波相位差分定位性能的主要误差源。针对传统恒星日滤波（sidereal filter,SF）无法同时抑制系统部分和随机部分多径误差影响的问题,提出一种扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter,EKF）和SF组合的北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）短基线多径误差抑制方法（EKF/SF）。首先使用基于单差观测量的SF削弱多径系统误差带来的影响,再结合EKF的优势,对残余多径误差所包含的随机误差影响进行抑制,从而达到最大化抑制多径误差的目的。BDS短基线单频载波相位差分定位实验表明,相对于单纯的SF和EKF,采用EKF/SF方法的模糊度固定率分别提高了10%和43%,定位精度可分别提高84%和90%。
【文章来源】：系统工程与电子技术. 2017,39(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１ＧＥＯ卫星高度角Ｆｉｇ．１ＥｌｅｖａｔｉｏｎａｎｇｌｅｓｆｏｒＧＥＯｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ
多径的系统误差将校正于连续的定位周期，达到提高定位精度的目的。图３、图４分别是ＢＤＳ的１号卫星和７号卫星去噪前和去噪后的单差载波相位残差量示意图，绿色曲线是原始的载波相位单差残差观测量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。由图３、图４可知，ＧＥＯ卫星的观测时刻最长，ＩＧＳＯ卫星次之。采用小波分析的方法，能有效地将单差残差中的多径的系统误差部分提取出来，如红色曲线所示，且图３、图４中两个分图曲线的变化趋势非常相似。图３ＰＲＮ１号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ１图４ＰＲＮ７号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ７图５为ＢＤＳ的ＭＥＯ类的１４号卫星去噪前和去噪后的载波相位单差残差示意图，绿色曲线是原始载波相位单差残差量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。选择第１７１天和第１７８天进行比较，是因为ＢＤＳ的ＭＥＯ卫星的轨道重复周期是在７个恒星日左右。如图５所示，尽管ＭＥＯ的观测时刻不如ＧＥＯ／ＩＧＳＯ卫星的长，但是前后周期的单差多径系统误差相似性非常显著，这也说明了系统误差具有很强的重复性特征。此外，由于采用了全局阈值的方法，数据前期的变化趋势也很好地保留下来，并且提取出来的系统误差与单差残差量的变化趋势一致。图５Ｐ
的载波相位单差残差观测量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。由图３、图４可知，ＧＥＯ卫星的观测时刻最长，ＩＧＳＯ卫星次之。采用小波分析的方法，能有效地将单差残差中的多径的系统误差部分提取出来，如红色曲线所示，且图３、图４中两个分图曲线的变化趋势非常相似。图３ＰＲＮ１号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ１图４ＰＲＮ７号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ７图５为ＢＤＳ的ＭＥＯ类的１４号卫星去噪前和去噪后的载波相位单差残差示意图，绿色曲线是原始载波相位单差残差量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。选择第１７１天和第１７８天进行比较，是因为ＢＤＳ的ＭＥＯ卫星的轨道重复周期是在７个恒星日左右。如图５所示，尽管ＭＥＯ的观测时刻不如ＧＥＯ／ＩＧＳＯ卫星的长，但是前后周期的单差多径系统误差相似性非常显著，这也说明了系统误差具有很强的重复性特征。此外，由于采用了全局阈值的方法，数据前期的变化趋势也很好地保留下来，并且提取出来的系统误差与单差残差量的变化趋势一致。图５ＰＲＮ１４号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ１４图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应EKF的BDS/GPS精密单点定位方法[J]. 赵琳,张胜宗,李亮,王雪. 系统工程与电子技术. 2016(09)
[2]Novel adaptive Hatch filter to mitigate the effects of ionosphere and multipath on LAAS[J]. Lin Zhao, Liang Li, Ming Sun, and Xiaoxu Wang College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, P. R. China. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010(06)
[3]静止卫星标称投影解析方法及其在FY2-C中的应用[J]. 钱辉,师春香,施进明. 遥感学报. 2009(02)
[4]基于经验模式分解的滤波去噪法及其在GPS多路径效应中的应用[J]. 戴吾蛟,丁晓利,朱建军,陈永奇,李志伟. 测绘学报. 2006(04)
本文编号：3622489
【文章来源】：系统工程与电子技术. 2017,39(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１ＧＥＯ卫星高度角Ｆｉｇ．１ＥｌｅｖａｔｉｏｎａｎｇｌｅｓｆｏｒＧＥＯｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ
多径的系统误差将校正于连续的定位周期，达到提高定位精度的目的。图３、图４分别是ＢＤＳ的１号卫星和７号卫星去噪前和去噪后的单差载波相位残差量示意图，绿色曲线是原始的载波相位单差残差观测量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。由图３、图４可知，ＧＥＯ卫星的观测时刻最长，ＩＧＳＯ卫星次之。采用小波分析的方法，能有效地将单差残差中的多径的系统误差部分提取出来，如红色曲线所示，且图３、图４中两个分图曲线的变化趋势非常相似。图３ＰＲＮ１号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ１图４ＰＲＮ７号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ７图５为ＢＤＳ的ＭＥＯ类的１４号卫星去噪前和去噪后的载波相位单差残差示意图，绿色曲线是原始载波相位单差残差量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。选择第１７１天和第１７８天进行比较，是因为ＢＤＳ的ＭＥＯ卫星的轨道重复周期是在７个恒星日左右。如图５所示，尽管ＭＥＯ的观测时刻不如ＧＥＯ／ＩＧＳＯ卫星的长，但是前后周期的单差多径系统误差相似性非常显著，这也说明了系统误差具有很强的重复性特征。此外，由于采用了全局阈值的方法，数据前期的变化趋势也很好地保留下来，并且提取出来的系统误差与单差残差量的变化趋势一致。图５Ｐ
的载波相位单差残差观测量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。由图３、图４可知，ＧＥＯ卫星的观测时刻最长，ＩＧＳＯ卫星次之。采用小波分析的方法，能有效地将单差残差中的多径的系统误差部分提取出来，如红色曲线所示，且图３、图４中两个分图曲线的变化趋势非常相似。图３ＰＲＮ１号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ１图４ＰＲＮ７号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ７图５为ＢＤＳ的ＭＥＯ类的１４号卫星去噪前和去噪后的载波相位单差残差示意图，绿色曲线是原始载波相位单差残差量，红色的曲线是使用小波分析提取的载波相位单差多径的系统误差。选择第１７１天和第１７８天进行比较，是因为ＢＤＳ的ＭＥＯ卫星的轨道重复周期是在７个恒星日左右。如图５所示，尽管ＭＥＯ的观测时刻不如ＧＥＯ／ＩＧＳＯ卫星的长，但是前后周期的单差多径系统误差相似性非常显著，这也说明了系统误差具有很强的重复性特征。此外，由于采用了全局阈值的方法，数据前期的变化趋势也很好地保留下来，并且提取出来的系统误差与单差残差量的变化趋势一致。图５ＰＲＮ１４号卫星单差残差量对比Ｆｉｇ．５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｅｔｗｅｅｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｎｏｉｓｅｓｉｎｇｌｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｆｏｒＰＲＮ１４图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应EKF的BDS/GPS精密单点定位方法[J]. 赵琳,张胜宗,李亮,王雪. 系统工程与电子技术. 2016(09)
[2]Novel adaptive Hatch filter to mitigate the effects of ionosphere and multipath on LAAS[J]. Lin Zhao, Liang Li, Ming Sun, and Xiaoxu Wang College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, P. R. China. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010(06)
[3]静止卫星标称投影解析方法及其在FY2-C中的应用[J]. 钱辉,师春香,施进明. 遥感学报. 2009(02)
[4]基于经验模式分解的滤波去噪法及其在GPS多路径效应中的应用[J]. 戴吾蛟,丁晓利,朱建军,陈永奇,李志伟. 测绘学报. 2006(04)
本文编号：3622489
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