Gps、glonass和bds聯(lián)合解算的定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其中包括基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行靜態(tài)相對定位；基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行動態(tài)相對定位。采用該種GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，實現(xiàn)聯(lián)合三星進行解算，提高在惡劣觀測環(huán)境下的定位精度及可靠性，縮短初始化時間，采用部分模糊度固定策略，即面向靜態(tài)相對定位的基于RMS的部分模糊度固定方法以及面向動態(tài)相對定位的基于協(xié)因數(shù)陣的部分模糊度固定方法，可提高模糊度固定的成功率，從而可提高基線解算的精度與可靠性，建立了統(tǒng)一的觀測模型，有利于該方法的擴展與使用，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
【專利說明】GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)聯(lián)合定位領(lǐng)域，具體是指一種GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)〔BeiDouNavigation Satellite System,英文縮寫 BDS〕是中國正在實施的自主建設(shè)、獨立運行、并與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前已經(jīng)形成美國GPS(Global Position System,全球定位系統(tǒng))、俄羅斯GLONASS(格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))、中國BDS三大成熟衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共存的局面。因此研究GPS、GLONASS、BDS三大系統(tǒng)間組合高精度定位具有極強的現(xiàn)實意義。
[0003]國內(nèi)外很多學(xué)者對GPS/GL0NASS組合定位做了大量研究。高星偉與葛茂榮研究了兩個系統(tǒng)的組合偽距定位；張永軍等對GPS/GL0NASS組合定位的周跳探測和修復(fù)方法進行研究，論述了適合于兩種數(shù)據(jù)聯(lián)合解算的GPS/GL0NASS模糊度迭代處理方法及相應(yīng)的基于FARA (Fast Ambiguity Resolution Approach,快速求解整周模糊度)方法的整周模糊度固定方法；王金嶺在研究了一中新的GPS/GL0NASS雙差模糊度，可減少偽距誤差對整周模糊度的影響；Udo Rossbach研究了如何利用輔助信號來解求GLONASS整周模糊度的算法，并通過實驗驗證了在動態(tài)定位中的實用性。
[0004]然而上述研究都是基于GPS與GLONASS的組合，而對于BDS的研究，特別是GPS、GLONASS、BDS組合研究較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)合BDS、GPS和GLONASS進行解算、提高在惡劣觀測環(huán)境下的定位精度及可靠性、縮短初始化時間的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法具有如下構(gòu)成:
[0007]該GPS、GL0NASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟:
[0008](I)基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行靜態(tài)相對定位；
[0009](2)基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行動態(tài)相對定位；
[0010]所述的基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行靜態(tài)相對定位，包括以下步驟:
[0011](11)對所述的GPS、GLONASS和BDS三星的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理統(tǒng)一時空基準(zhǔn)；
[0012](12)對GPS、GLONASS和BDS三星進行基于模糊度固定解的靜態(tài)基線向量解算；
[0013](13)根據(jù)比例因子、均方根因子、標(biāo)準(zhǔn)差因子選取不同組合的最優(yōu)解；
[0014]所述的基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行動態(tài)相對定位，包括以下步驟:
[0015](21)對所述的GPS、GLONASS和BDS三星的動態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理統(tǒng)一時空基準(zhǔn)；
[0016](22)采用單差模糊度估計和雙差模糊度固定相結(jié)合的方式進行GPS、GLONASS和BDS的動態(tài)相對定位模型解算；
[0017](23)根據(jù)比例因子、均方根因子、標(biāo)準(zhǔn)差因子選取不同組合的最優(yōu)解。
[0018]較佳地，所述的對所述的GPS、GLONASS和BDS三星的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理統(tǒng)一時空基準(zhǔn)，包括以下步驟:
[0019](111)將所述的GPS、GLONASS和BDS三星的數(shù)據(jù)統(tǒng)一為GPS的時空基準(zhǔn)；
[0020](112)對所述的GPS、GLONASS和BDS的觀測值進行線性化并改正誤差模型；
[0021](113)進行初始三差模型解算得到較為準(zhǔn)確的基線向量并在所述的基線向量的基礎(chǔ)上進行周跳探測與修復(fù)。
[0022]更佳地，所述的改正誤差模型，包括改正電離層延遲和改正對流層延遲，所述的改正電離層延遲，包括以下步驟:
[0023](112-1)對于短基線，采用Klobuchar模型改正電離層延遲；
[0024](112-2)對于中長基線，按照如下公式采用電離層無關(guān)組合的線性組合法改正電離層延遲:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: (1)基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行靜態(tài)相對定位； (2)基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行動態(tài)相對定位； 所述的基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行靜態(tài)相對定位，包括以下步驟: (11)對所述的GPS、GLONASS和BDS三星的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理統(tǒng)一時空基準(zhǔn)； (12)對GPS、GLONASS和BDS三星進行基于模糊度固定解的靜態(tài)基線向量解算； (13)根據(jù)比例因子、均方根因子、標(biāo)準(zhǔn)差因子選取不同組合的最優(yōu)解； 所述的基于所述的GPS、GLONASS和BDS三星聯(lián)合解算進行動態(tài)相對定位，包括以下步驟: (21)對所述的GPS、GLONASS和BDS三星的動態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理統(tǒng)一時空基準(zhǔn)； (22)采用單差模糊度估計和雙差模糊度固定相結(jié)合的方式進行GPS、GL0NASS和BDS的動態(tài)相對定位模型解算； (23)根據(jù)比例因子、均方根因子、標(biāo)準(zhǔn)差因子選取不同組合的最優(yōu)解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的對所述的GPS、GLONASS和BDS三星的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理統(tǒng)一時空基準(zhǔn)，包括以下步驟: (111)將所述的GPS、GLONASS和BDS三星的數(shù)據(jù)統(tǒng)一為GPS的時空基準(zhǔn)； (112)對所述的GPS、GLONASS和BDS的觀測值進行線性化并改正誤差模型； (113)進行初始三差模型解算得到較為準(zhǔn)確的基線向量并在所述的基線向量的基礎(chǔ)上進行周跳探測與修復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的改正誤差模型，包括改正電離層延遲和改正對流層延遲，所述的改正電離層延遲，包括以下步驟: (112-1)對于短基線，采用Klobuchar模型改正電離層延遲； (112-2)對于中長基線，按照如下公式采用電離層無關(guān)組合的線性組合法改正電離層延遲:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的改正誤差模型，還包括改正坐標(biāo)潮汐、改正天線相位中心偏差、改正衛(wèi)星鐘差、改正地球自轉(zhuǎn)誤差和星弟幾何距離計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的進行初始三差模型解算得到較為準(zhǔn)確的基線向量并在所述的基線向量的基礎(chǔ)上進行周跳探測與修復(fù)，包括以下步驟: (113-1)基于如下公式進行初始三差模型解算:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的對GPS、GLONASS和BDS三星進行基于模糊度固定解的靜態(tài)基線向量解算，包括以下步驟: (121)進行自適應(yīng)靜態(tài)基線解算并通過構(gòu)建雙差形式的觀測方程解算靜態(tài)基線向量得到模糊度浮點解； (122)對模糊度浮點解進行模糊度固定得到模糊度固定解； (123)將所述的模糊度固定解代入所述的雙差形式的觀測方程中進行基于模糊度固定解的基線向量的解算。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的進行自適應(yīng)靜態(tài)基線解算并通過構(gòu)建雙差形式的觀測方程解算靜態(tài)基線向量得到模糊度浮點解，包括以下步驟: (121-1)進行自適應(yīng)靜態(tài)基線解算； (121-2)對于短基線，構(gòu)建LI雙差模型、L1+L2雙差觀測模型和Ln雙差觀測模型同步解算靜態(tài)基線向量，其中L1、L2分別為LI頻率波段與L2頻率波段載波相位觀測值，Ln為窄巷觀測值，Lc為無電離層組合觀測值；(121-3)對于中長基線，構(gòu)建無電離層組合Lc觀測模型解算靜態(tài)基線向量得到模糊度浮點解。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的對模糊度浮點解進行模糊度固定得到模糊度固定解，包括以下步驟: (122-1)對所述的模糊度浮點解(N1, N2,…Nk)，采用LAMBDA算法進行固定，并用F~Ratio檢驗方法按照如下公式進行有效性檢驗:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的對所述的GPS、GLONASS和BDS三星的動態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理統(tǒng)一時空基準(zhǔn)，包括以下步驟: (211)將所述的GPS、GLONASS和BDS三星的數(shù)據(jù)統(tǒng)一為GPS的時空基準(zhǔn)； (212)對所述的GPS、GLONASS和BDS的觀測值進行線性化并改正誤差模型； (213)進行初始三差模型解算得到較為準(zhǔn)確的基線向量并在所述的基線向量的基礎(chǔ)上進行周跳探測與修復(fù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的在所述的基線向量的基礎(chǔ)上進行周跳探測與修復(fù)，包括以下步驟: (213-1)在所述的基線向量的基礎(chǔ)上按照如下公式構(gòu)建LG電離層殘差組合:
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的采用單差模糊度估計和雙差模糊度固定相結(jié)合的方式進行GPS、GLONASS和BDS的動態(tài)相對定位模型解算，包括以下步驟: (221)構(gòu)建基于單差模糊度參數(shù)估計的觀測模型并采用Kalman濾波進行實時估計得到單差模糊度； (222)選擇參考衛(wèi)星后通過投影變換得到相應(yīng)的雙差模糊度； (223)利用LAMBDA算法并采用基于協(xié)因數(shù)陣的部分模糊度策略進行模糊度固定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的GPS、GLONASS和BDS聯(lián)合解算的定位方法，其特征在于，所述的利用LAMBDA算法并采用基于協(xié)因數(shù)陣的部分模糊度策略進行模糊度固定，包括以下步驟: (223-1)對全部模糊度進行LAMBDA算法固定； (223-2)判斷固定的模糊度是否通過Ratio~F(η, η)檢驗，如果是，則繼續(xù)步驟(223-4)，否則，繼續(xù)步驟(223-3)； (223-3)禁用協(xié)因數(shù)陣對角線元素最大的衛(wèi)星并重新進行模糊度解算，然后繼續(xù)步驟(223-1)； (223-4)判斷可用衛(wèi)星是否大于五顆，如果是，則繼續(xù)步驟(23)，否則固定失敗。
【文檔編號】G01S19/07GK103941272SQ201410139008
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】沈雪峰, 王杰俊, 何偉, 孫慧敏, 唐爾輝 申請人:上海華測導(dǎo)航技術(shù)有限公司