基于改进FCM的北斗三频组合观测值选取

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1、中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology2014年8月第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(合肥工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GPS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，

2、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：10．3780／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I。波段和S波段发送导航信号，I。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

3、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Eli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对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均值聚类算法眦(FuzzyC

4、—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’1：对求解的模糊度进行分析验证。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，则双差观测方程弼为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(2013HGQCO001)资助项目收稿Et期：20130819。收修改稿日期：20140113!!!!生!旦主垦窒!里型兰垫查；§f2Biva

5、≠E+ABVAN乓一VAp一等V△J+VAT+V△￡舢。(1)式中VA为双差符号；i一1，2，3；k．为载波相位波长；fq为载波的频率；VANq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；VAe。。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AV△庐一以B，VACB。+廖B：V△≠B2+拟B。VACB。一(a+卢+y)V△ID一(a2B。VANB，+摩B2V△NB2+拟B3V△NB3)+(a+』9+y)VAT+叩VAI+aV△￡≠，B3+卢V＆≠．B3+yV△￡≠．B3(2)式中叩一a+脚。+殉z；q。一^。／f[：

6、；qz一凡。／f[。；a、卢、7为组合观测值系数；A为组合观测值波长。组合观测值的观测距离应保持不变，即口、p、7满足：口+卢+y一1(3)双差整周模糊度为VAN—a—A—B1V1A—NBl+—／?2—B弋V—AN—B2+—71—BV1A—NB3令i一孥，歹一孥，志一孥，且i，J，k为整数，有：VAN—iVANB．+JVANB，+kV△NB，A一,tBlAB2AB3／(aB2AB。+nB1AB3+以B1AB2)f—ife．+Jf．，+是厂e，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lB．，组合观测值相对于载波L，的电离层折射误差比例

7、因子：VAIL。／VAI—rl一口+肋l+殉2(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(a+口+y)VAT—VAT式中下标T表示对流层。(3)观测噪声由误差传播定律，以m为单位的组合观测值的随机噪声可表示为乱。一√口2仃§，+炉盯§：+7z盯§。设盯B，一dr良一仃B．一