基于改进FCM的北斗三频组合观测值选取.pdf

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1、24中国空间科学技术2O14年8月ChineseSpaceScienceandTechnology第4期基于改进FCM的北斗三频组合观测值选取何伟陶庭叶王志平(合肥1二业大学土木与水利工程学院，合肥230009)摘要以北斗卫星导航系统三频双差为基础探讨了组合观测值及误差，针对以往采用聚类方法在研究OPS三频组合数据过程中的不足，提出了基于距离修正的增量模糊C均值算法。通过调节因子有效地修正了样本中心与聚类中心的距离，获得合理的隶属度，从而得到正确的分类；构造了基于距离修正的聚类有效性指标，自动获取最佳聚类数，避免了人为确定聚类数的不

2、合理性；在此基础上引入增量的思想，数据增加时以原有的数据集为基础，根据闽值进行归类，不需要重新进行初始计算。通过矩阵变换法及实例验证了该方法的可行性和可靠性。关键词模糊C均值聚类算法；距离修正；三频组合；有效性指标；北斗卫星导航系统DOI：10．378o／i．issn．1000—758X．2014．04．0041引言2012年12月27日，我国北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件正式版公布，正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务，在L波段和S波段发送导航信号，L波段B、B、B。频点上发送服务信号。三频北斗有许多优点：可以进行电离

3、层二阶修正、提高周跳探测能力、加快模糊度固定等，实现快速、精确的导航定位。北斗三频优势在于能根据基线长度、误差大小等正确地选择不同组合的三频相位观测值，但目前三频组合观测值的选取是根据长波长、弱电离层延迟、弱观测噪声等标准进行人工筛选，花费大量时间，不具有人工智能特性。以前关于多频载波相位组合观测值的研究都是基于非差相位观测值，但目前广泛应用的是双差载波相位观测值。在以往的研究中，文献[13采用最大树聚类法对GPS三频载波相位组合观测值研究，但一旦增加数据，就需要重新构造最大树，不利于智能化；文献[2]采用了基于相异度矩阵的聚类方法

4、x,l‘GPS三频数据研究，但无法避免人为确定聚类数和对孤立值敏感性等弱点。基于以上不足，本文组合观测值的选取采用载波相位双差观测值，然后采用改进后的模糊c均值聚类算法l3(FuzzyC—Means，FCM)对北斗三频双差组合观测值进行分类优化选取，并用矩阵变换对求解的模糊度进行分析验证。2双差载波组合观测值北斗观测受很多因素的干扰，如卫星原子钟误差、接收机晶振电路影响、电离层延迟和对流层延迟等。两台北斗接收机同步观测相同卫星时，通过求双差，可以大大削弱或除去这些误差。在测站上，两台接收机同时接收两颗相同的三频卫星，则双差观测方程为

5、精密工业与工程测量国家测绘地理信息局重点开放基金(PF20122)，中央高校基本科研业务专项资金(2013HGQC0001)资助项F1收稿日期：201308—19。收修改稿日期：201401-13生旦史垦奎!旦型兰堇§V△声+VANB一VAt)一VAI+VAT+VAe,～(1)J式中VA为双差符号；i一1，2，3；为载波相位波长；fe为载波的频率；VANe为双差模糊度；．．．VAI为L载波上的双差电离层延迟误差；VAp为以米为单位的双差几何距离；VAT为双差对流层误差；△e为双差接收机观测噪声。双差载波相位观测值的线性组合为△一B△

6、声B+B2V△B2+翰B3V△B3一(d十卢+)V△10一(以BVANB+B。VANB。+拟B3VANB。)+(d+J8+y)VAT+VA／+口VAet，B3+pVAet，B3+7VAet，B3(2)式中一a+J8g+7qz；q=f2B／；qz=f2B／f2B。；、p、)，为组合观测值系数；为组合观测值波长。组合观测值的观测距离应保持不变，即a、、)，满足：a+口+y一1(3)双差整周模糊度为以B1VANB1lB27ANB拟BsVANB。n△^N一—+—__—2+l——令一孥，J一，忌一孥，且，，k为整数，有：VAN—iVANB+J

7、VANB+kVANBA—B1B22B／(B2B3+B1B3+B1B2)3f—ife4-jfB，+kfB对组合观测值的电离层延迟误差、对流层延迟和观测噪声进行分析，有如下关系：(1)电离层延迟误差设单位为m，组合观测值相对于载波L的电离层折射误差比例因子：VAIL／△工一叩—a+l+7q2(4)式中下标Lc表示观测噪声。(2)对流层延迟误差由于对流层延迟误差与频率大小无关，设3个载波上的对流层误差均为VAT，由式(3)、式(4)可得组合观测值的对流层误差：VATT一(d+口+y)VAT—VAT式中下标T表示对流层。(3)观测噪声由误差

8、传播定律，以m为单位的组合观测值的随机噪声可表示为一丽设B一一B一o，则可写成：L一o~／++7本文任选了部分北斗三频载波相位组合，相关特性见表1。中国空间科学技术表1三频载波相位组合观测值序号⋯．?mo-I／ITI序号．女fmoI／