專利名稱：基于星間組合差分的精密單點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GPS精密單點(diǎn)定位中函數(shù)模型的選取，尤其涉及精密單點(diǎn)定位(PPP) 差分模型解算定位方法，屬于GPS精密單點(diǎn)定位領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)是目前衛(wèi)星定位領(lǐng)域的熱門技術(shù)，是繼GPS網(wǎng)絡(luò)差分定位 技術(shù)之后又一項(xiàng)研究熱門，具有廣闊的應(yīng)用前景。精密單點(diǎn)定位技術(shù)只需要一臺(tái)接收機(jī)就可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的獨(dú) 立作業(yè)，達(dá)到精密定位的目的，低成本、高效率等特點(diǎn)使其在區(qū)域高精度坐標(biāo)框架維持、高 精度導(dǎo)航與定位等方面都具有不可限量的應(yīng)用前景。相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)差分定位技術(shù)需要建立覆 蓋全球的大規(guī)模連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站才能實(shí)現(xiàn)全球定位，精密單點(diǎn)定位技術(shù)一旦取得技術(shù)突破 即可進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，是中國(guó)定位服務(wù)趕超國(guó)際水平的契機(jī)。GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)中，由于定位解算的方程和未知數(shù)較多、運(yùn)算量大，選擇一 個(gè)合適的數(shù)學(xué)解算模型可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算，提高定位速度和精度。因此，精密單點(diǎn)定位技術(shù) 的一個(gè)關(guān)鍵性的難點(diǎn)即函數(shù)模型的選取問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)精密單點(diǎn)定位的函數(shù) 模型的選取問(wèn)題開(kāi)展了許多研究工作，主要有以下幾種方法UZumberge采用碼和相位的消電離層組合作為觀測(cè)量，每顆衛(wèi)星列出兩個(gè)觀測(cè)方 程。這是精密單點(diǎn)定位最常用的函數(shù)模型，優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，收斂后比較穩(wěn)定，消除了電離 層改正的一階項(xiàng)的影響，但是該模型不能消除高階電離層影響；此外該模型中的模糊度是 由Li、L2載波相位模糊度組成的非線性未知值，這種組合不能保留載波相位模糊度的整周 特性，只能得到一個(gè)浮點(diǎn)解且測(cè)量噪聲是原始噪聲的3倍，因此，其最大缺點(diǎn)就是計(jì)算收斂 較慢，一般需要30分鐘以上才能達(dá)到厘米級(jí)的定位精度；2、在傳統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，加拿大Calgary大學(xué)的feio Yang于2002年提出了 Uofc 模型。UofC模型是采用Ll和L2波段的碼和相位觀測(cè)值的平均值作為對(duì)無(wú)電離層折射延遲 的載波相位組合值的補(bǔ)充。UofC模型的優(yōu)點(diǎn)是降低了噪聲誤差和殘留誤差，模型中的消電 離層組合保留了兩個(gè)頻率模糊度的整數(shù)特性，減少了未知參數(shù)的個(gè)數(shù)；缺點(diǎn)是模型復(fù)雜，且 在定位解算的過(guò)程中有波動(dòng)存在，其收斂速度也需30分鐘左右。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出了一種快速且易于工程實(shí)現(xiàn)的精密 單點(diǎn)定位函數(shù)模型，即基于星間組合差分的精密單點(diǎn)定位方法。技術(shù)方案本發(fā)明首先利用同一歷元不同衛(wèi)星之間的觀測(cè)方程求差，組成星間一 次差觀測(cè)方程；然后在星間一次差的基礎(chǔ)上，在相鄰歷元間的觀測(cè)方程再求差，組成星間歷 元間二次差觀測(cè)方程；最后以二次差方程求解的測(cè)站坐標(biāo)與權(quán)陣作為卡爾曼濾波器的初始 值，以星間一次差為函數(shù)解算模型，用自適應(yīng)卡爾曼濾波的方法求解測(cè)站坐標(biāo)和模糊度等 參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于星間組合差分精密單點(diǎn)定位。
具體按以下步驟1)根據(jù)GPS接收機(jī)得到的觀測(cè)文件，列出消電離層組合的GPS精密單點(diǎn)定位的觀 測(cè)方程①對(duì)于雙頻GPS接收機(jī)的觀測(cè)值主要有C1、L1、L2、P2四類；其中L1、L2分別表示 GPS衛(wèi)星信號(hào)調(diào)制波Li、L2載波上的相位觀測(cè)值，Cl表示Ll載波上的粗捕獲碼偽距觀測(cè) 值，P2分別表示L2載波上的精密測(cè)距碼偽距觀測(cè)值，GPS精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程為L(zhǎng)D = Ps (0 - Cdr (ι) + X1W1 (0 + Cn (0 + dstrop ii) + dllati_ (i) + d (0 + Ss ii)上式中，#(Φ》表示第i歷元衛(wèi)星s在Lj載波上的載波相位觀測(cè)值，j = 1,2；ρ s(i)表示第i歷元測(cè)站與衛(wèi)星s間的幾何距離，即為信號(hào)發(fā)射時(shí)刻衛(wèi)星在慣性 系中的坐標(biāo)與信號(hào)接收時(shí)刻測(cè)站在慣性系中的坐標(biāo)間的距離；dTs(i)表示第i歷元衛(wèi)星s的衛(wèi)星鐘差與接收機(jī)鐘差之差；c表示光速，為常數(shù)；λ ^表示Lj載波的波長(zhǎng)；#丨(0表示第i歷元，衛(wèi)星s的在Lj載波上的載波相位觀測(cè)值的整周模糊度；d;rop(i)表示第i歷元衛(wèi)星S的對(duì)流層延遲改正，可以按有關(guān)公式進(jìn)行改正或者作為 未知參數(shù)；表示第i歷元衛(wèi)星s的電離層延遲改正，可用無(wú)電離層模型改正；表示第i歷元衛(wèi)星s的相對(duì)論效應(yīng)改正，可按有關(guān)公式進(jìn)行改正；《(0表示第i歷元衛(wèi)星s的地球自轉(zhuǎn)影響改正，可按有關(guān)公式進(jìn)行改正；ε s(i)表示第i歷元衛(wèi)星s的多路徑效應(yīng)及觀測(cè)噪聲等未模型化的誤差影響；②利用雙頻組合方法消除電離層誤差影響，組合后的消電離層觀測(cè)方程
權(quán)利要求
1.一種基于星間組合差分的精密單點(diǎn)定位方法，其特征在于首先利用同一歷元不同 衛(wèi)星之間的觀測(cè)方程求差，組成星間一次差觀測(cè)方程；然后在星間一次差的基礎(chǔ)上，在相鄰 歷元間的觀測(cè)方程再求差，組成星間歷元間二次差觀測(cè)方程；最后以二次差方程求解的測(cè) 站坐標(biāo)與權(quán)陣作為卡爾曼濾波器的初始值，以星間一次差為函數(shù)解算模型，用自適應(yīng)卡爾 曼濾波的方法求解測(cè)站坐標(biāo)和模糊度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于星間組合差分精密單點(diǎn)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于星間組合差分的精密單點(diǎn)定位方法，其特征在于該方法 具體如下1)根據(jù)GPS接收機(jī)得到的觀測(cè)文件，列出消電離層組合的GPS精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程①對(duì)于雙頻GPS接收機(jī)的觀測(cè)值主要有Cl、Li、L2、P2四類；其中Li、L2分別表示GPS 衛(wèi)星信號(hào)調(diào)制波L1、L2載波上的相位觀測(cè)值，Cl表示Ll載波上的粗捕獲碼偽距觀測(cè)值，P2 分別表示L2載波上的精密測(cè)距碼偽距觀測(cè)值，GPS精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程為L(zhǎng)sl(^1) = Ps (0 - cdr (ι) + X1W1 (/)+c (0+dstrop )+禮一 a)+d (O + ？ (/)上式中，表示第i歷元衛(wèi)星S在Lj載波上的載波相位觀測(cè)值，j = 1,2； P s(i)表示第i歷元測(cè)站與衛(wèi)星s間的幾何距離，即為信號(hào)發(fā)射時(shí)刻衛(wèi)星在慣性系中 的坐標(biāo)與信號(hào)接收時(shí)刻測(cè)站在慣性系中的坐標(biāo)間的距離；dTs(i)表示第i歷元衛(wèi)星s的衛(wèi)星鐘差與接收機(jī)鐘差之差； c表示光速，為常數(shù)；λ ^表示Lj載波的波長(zhǎng)；#冗0表示第i歷元，衛(wèi)星S的在Lj載波上的載波相位觀測(cè)值的整周模糊度； 《-(0表示第i歷元衛(wèi)星s的對(duì)流層延遲改正，可以按有關(guān)公式進(jìn)行改正或者作為未知 參數(shù)；表示第i歷元衛(wèi)星s的電離層延遲改正，可用無(wú)電離層模型改正； 表示第i歷元衛(wèi)星s的相對(duì)論效應(yīng)改正，可按有關(guān)公式進(jìn)行改正； 《⑴表示第i歷元衛(wèi)星s的地球自轉(zhuǎn)影響改正，可按有關(guān)公式進(jìn)行改正； ε s(i)表示第i歷元衛(wèi)星s的多路徑效應(yīng)及觀測(cè)噪聲等未模型化的誤差影響；②利用雙頻組合方法消除電離層誤差影響，組合后的消電離層觀測(cè)方程 "他,Z2-^(Q1)-Z1 -J1 -^(Q2)IF) -,2 r2Jl ~ Jl=Ps (ι) - cdr (i) + AifNs (/) + dstrop (i) + Ci^lativity (i) + d (O + Ss(I)其中，^2分別表示GPS衛(wèi)星信號(hào)調(diào)制波Li、L2載波的頻率，Xif禾PNs(i)分別表示 雙頻組合后的波長(zhǎng)與整周模糊度，公式中消除了電離層誤差改正項(xiàng)； (2)組成星間一次差觀測(cè)方程選取歷元中高度角最大的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，通過(guò)衛(wèi)星與參考衛(wèi)星之間求差得到星間 一次差分的觀測(cè)方程，其形式如下 L^(Pif) = Ui(PIF)-UI(PIF) = Ls^if)-L^if)LJs(Pif)表示第i歷元衛(wèi)星s相對(duì)于參考衛(wèi)星的無(wú)電離層偽距星間差分觀測(cè)值； LD:表示第i歷元中高度角最大的衛(wèi)星r的無(wú)電離層偽距星間差分觀測(cè)值；(Ojf)表示第i歷元衛(wèi)星s相對(duì)于參考衛(wèi)星的無(wú)電離層載波相位星間差分觀測(cè)值； Lr1(^ip)表示第i歷元中高度角最大的衛(wèi)星r的無(wú)電離層載波相位星間差分觀測(cè)值；(3)組成星間歷元間二次差觀測(cè)方程在基于星間一次差分的基礎(chǔ)上再進(jìn)行歷元間求差。其觀測(cè)方程如下其中，砧表示第i歷元衛(wèi)星s的無(wú)電離層載波相位歷元間差分觀測(cè)值； 利用星間歷元間二次差觀測(cè)方程，不必考慮接收機(jī)鐘差和模糊度的影響，運(yùn)算量小，線 性化后即可快速求解各個(gè)未知參數(shù)，包括測(cè)站坐標(biāo)和觀測(cè)量之間的權(quán)陣，由于二次差存在 較強(qiáng)的相關(guān)性，不能作為最終解算結(jié)果，但可以作為一次差觀測(cè)方程中的初始值，這樣即可 達(dá)到提高精度與快速收斂的目的；(4)以二次解算得到的測(cè)站坐標(biāo)與權(quán)陣作為卡爾曼濾波器的初始值，以星間一次差為 模型求解測(cè)站坐標(biāo)和模糊度等參數(shù)；基于星間一次差分的PPP模型的具體形式如下
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于星間組合差分的精密單點(diǎn)定位(PPP)的方法，首先利用同一歷元不同衛(wèi)星之間的觀測(cè)方程求差，組成星間一次差觀測(cè)方程；然后在星間一次差的基礎(chǔ)上，在相鄰歷元間的觀測(cè)方程再求差，組成星間歷元間二次差觀測(cè)方程；最后以二次差方程求解的測(cè)站坐標(biāo)與權(quán)陣作為卡爾曼濾波器的初始值，以星間一次差為函數(shù)求解模型，用自適應(yīng)卡爾曼濾波的方法求解測(cè)站坐標(biāo)和模糊度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于星間組合差分精密單點(diǎn)定位。本發(fā)明提出的方法可在短時(shí)間實(shí)現(xiàn)精密單點(diǎn)定位的解算，快速、穩(wěn)定而且易于工程實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)表明，使用新模型進(jìn)行定位能達(dá)到厘米級(jí)精度，且收斂時(shí)間比常規(guī)模型提高30%。
文檔編號(hào)G01S19/44GK102096084SQ20101057933
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者沈雪峰, 陳偉榮, 高成發(fā) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)