基于粒子滤波顾及模糊度整周特性的GNSS相位误差快速精确估计方法

The estimation and correction of the phase errors in the observation models are the key point in GNSS data processing. When the phase-error parameters, such as inter-frequency bias and inter-system bias, are highly correlated with the ambiguity parameters, the observation equation set is ill-posed. Thus, it is difficult to solve the equation set with traditional approaches such as least-square method which usually leads to long convergence time before accurate fixed solutions can be derived. This project aims to develop a new GNSS error estimation method based on the particle filtering and considering the ambiguity’s integer nature. The main content of this project includes: 1) The particle filtering models considering the ambiguity’s integer nature for GNSS phase error estimation. 2)Algorithm design and accuracy assessment. 3) Development of the prototype system and the experiment analysis. This project will develop innovative approach for GNSS phase error estimation, and can improve the availability, reliability and accuracy of GNSS precise positioning.

GNSS观测模型中的相位误差精确估计与改正影响整周模糊度的固定，是GNSS实时精密定位数据处理的关键问题。以往最小二乘、卡尔曼滤波等估计方法在求解频间偏差、系统间偏差等与模糊度参数相关或近似相关的相位误差时，观测方程不可解或收敛缓慢，影响高精度固定解的快速获取。本课题研究一种基于粒子滤波顾及模糊度整周特性的GNSS误差估计方法，提升该类误差估计效率和可靠性。主要研究内容包括：1）顾及模糊度整周特性的GNSS相位误差估计粒子滤波模型；2）GNSS误差估计粒子滤波模型高效求解算法与精度评定；3）原型系统设计开发与典型实验分析。旨在系统提出一种基于粒子滤波顾及模糊度整周特性的GNSS相位误差快速精确估计方法，显著提升GNSS实时精密定位的可用性、可靠性及精度。

GNSS高精度相对定位的双差观测模型中，硬件延迟误差造成的GLONASS相位频间偏差、GNSS相位系统间偏差等误差参数在用传统的最小二乘、卡尔曼滤波等方法求解时，出现不可解或收敛慢的问题，影响固定解的快速获取。该项目对此问题展开研究，采用粒子滤波的方法，探索能够精确快速估计GNSS相位误差的新途径。本课题的研究用LAMBDA模糊度固定方法中计算的RATIO值构造似然函数，并在粒子滤波的更新步骤中用于权值更新；同时用粒子值的统计均方差作为精度评定依据，建立了基于粒子滤波的多维GNSS相位误差估计方法，能够精确估计相对定位中多个相位误差参数；引入正则化方法改善粒子退化的问题以提高估计精度，估计精度不变的情况下减少了所需的粒子个数，间接降低了计算量。随后，利用该方法计算了IGS站常用接收机的GNSS系统间偏差和GLONASS频间偏差值，分析了这些偏差的特征；依据偏差值的大小对接收机进行分组，采用最小二乘方法对各组的偏差值进行平差精化。该课题的研究提出了新的GNSS相位误差参数估计方法，高精度的GNSS频间偏差、系统间偏差改正方法，促进了GNSS快速高精度定位技术的发展。