本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位和星際差分定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的民用衛(wèi)星單點定位設備定位精度一般在5～10米左右，軍用定位設備定位精度最高可達到1米左右。如果需要獲得更高的單點定位測量精度數(shù)據(jù)，可以通過在固定測量位置長時間接收定位測量數(shù)據(jù)，通過平均值算法收斂測量精度，實現(xiàn)更高精度的單點定位測量數(shù)據(jù)。但這樣的方式收斂時間通常長達數(shù)天，定位時間過長導致天氣、大氣、衛(wèi)星位置、地球潮汐等因素對數(shù)據(jù)精度的影響變大，這就局限了單點定位的測量精度，對測量精度的改善有限。測繪行業(yè)通常采用差分定位設備進行厘米級、毫米級高精度測量，差分定位系統(tǒng)相對距離測量精度很高，但是如果要精確測量位置坐標，就需要一個已知點的坐標差分出目標點的坐標，而已知點的坐標大多數(shù)由單點定位獲得，所以差分定位系統(tǒng)獲得的坐標相對于已知點是精確的而相對于地球坐標系參考原點則誤差較大。

本說明書將詳述一種快速精確單點衛(wèi)星定位方法，以解決上述目前單點定位和差分定位設備地球坐標測量數(shù)據(jù)精度低、定位時間長等問題，實現(xiàn)對單點進行厘米級精確地球坐標測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利需要解決的問題是克服技術(shù)背景提出的傳統(tǒng)設備的不足，提供一種能夠在較短時間內(nèi)完成厘米級精確定位的方法。

為了實現(xiàn)上述目標本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

采用多頻率集成的衛(wèi)星接收天線及多定位系統(tǒng)融合的接收機，

同時接收GPS、GLONASS、北斗及Galileo多個衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導航電文，增加了單位時間的搜星數(shù)，也就獲得了更多的位置坐標測量數(shù)據(jù)量，通過星際差分技術(shù)及平均值遞歸算法計算各個定位系統(tǒng)當前的近 似系統(tǒng)誤差，通過海量的測量值平均值法加快消除隨機誤差，逐步獲得更精確的測量結(jié)果。

采用平均值濾波算法(可多種算法結(jié)合)分別計算各個系統(tǒng)定位坐標數(shù)據(jù)及多個定位系統(tǒng)合成的坐標數(shù)據(jù)，然后計算出各個定位系統(tǒng)的當前偏差值(比如采用星際差分方法可以更快獲得某一個系統(tǒng)更準確的偏差值)，再把這些偏差值代入原始測量數(shù)據(jù)再進行平均值濾波計算，會得到一個更準確的測量偏差值，循環(huán)迭代遞歸運算，逐次逼近，逐步收斂測量數(shù)據(jù)，這樣很快就能得到精確的單點測量坐標。

計算方法及計算公式如下：

在進行衛(wèi)星定位測量時，某一個固定測定點的真實坐標可由公式(1)表示：

X＝X_C+ΔX (1)

式(1)中X表示真實坐標，X_C表示測量值，ΔX表示測量的誤差，減小ΔX即可提高測量精度。

測量誤差ΔX主要由系統(tǒng)誤差和隨機誤差組成，ΔX可由公式(2)表示：

ΔX＝ρ+Δρ (2)

ρ＝α+β (3)

Δρ＝α+β+δ+ε+γ+η+λ (4)

式(2)中ρ表示系統(tǒng)誤差，主要由衛(wèi)星星歷誤差α、衛(wèi)星鐘差β組成；Δρ表示隨機誤差，主要由相對論效應δ、電離層延遲ε、對流層延遲γ、接收機鐘差η、接收機天線相位中心偏差λ組成。

本發(fā)明使用多頻集成天線，將多個定位系統(tǒng)的天線集成為一個整體，各個接收機使用同一電源和時鐘源，使得各系統(tǒng)間的接收機鐘差和接收機天線相位中心偏差近似相等，可得式(5)、(6)：

η_GPS≈η_GLN≈η_BD≈η_GLL (5)

λ_GPS≈λ_GLN≈λ_BD≈λ_GLL (6)

多頻天線同時接收多個衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導航電文，在某一時刻對于某一個地面測量點及測量設備來 說，該測量點與天空各個衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星之間的大氣環(huán)境、地球環(huán)境、電離層環(huán)境等大致相同，因此各系統(tǒng)中相對論效應、電離層延遲、對流層延遲引起的隨機誤差近似相等，并且多系統(tǒng)融合使測量收斂時間較短，因環(huán)境變化而造成的誤差變化幾乎可忽略，于是有式(7)、(8)、(9)：

δ_GPS≈δ_GLN≈δ_BD≈δ_GLL (7)

ε_GPS≈ε_GLN≈ε_BD≈ε_GLL (8)

γ_GPS≈γ_GLN≈γ_BD≈γ_GLL (9)

由式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)可推導出式(10)：

Δρ_GPS≈Δρ_GLN≈Δρ_BD≈Δρ_GLL (10)

由此可見，本發(fā)明通過技術(shù)手段使得各個系統(tǒng)的隨機誤差近似。這樣各個系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)偏差就只有星歷誤差α及衛(wèi)星鐘差β了，也就是系統(tǒng)誤差ρ。

因為各個衛(wèi)星定位系統(tǒng)在某一短時間內(nèi)狀態(tài)是相對穩(wěn)定的，對于某一個時刻某一個測量點來說，各個衛(wèi)星定位系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差是相對固定的，可以通過多種方法近似獲得各個定位系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差。比如通過對已知點定位測量即可通過測量值與實際坐標值比較獲取系統(tǒng)誤差。本發(fā)明對各個定位系統(tǒng)的測量系統(tǒng)誤差預設初值或通過差分技術(shù)獲得一個初值如下所示(采用星際差分技術(shù)可以獲取一個相對精確的測量系統(tǒng)誤差初值)：

ρ_GPS＝0或測量差分值 (11)

ρ_GLN＝0或測量差分值 (12)

ρ_BD＝0或測量差分值 (13)

ρ_GLL＝0或測量差分值 (14)

這樣就可以計算出各個定位系統(tǒng)的測量修正值如：

X_GPS＝X_CGPS+ρ_GPS (15)

X_GLN＝X_CGLN+ρ_GLN (16)

X_BD＝X_CBD+ρ_BD (17)

X_GLL＝X_CGLL+ρ_GLL (18)

然后直接對各個定位系統(tǒng)測量修正值進行算術(shù)平均值計算，算出的初步的測量修正值。

X_K＝∑(X_CGPS+X_CGLN+X_CBD+X_CGLL) (19)

再對測量修正值進行累計求算術(shù)平均值，采用加權(quán)平均值算法計算精確的坐標值，獲得更精確的測量修正值。

X_KK＝∑X_K (20)

然后各定位系統(tǒng)測量值平均值與測量修正值平均值比較分別計算出近似的各個定位系統(tǒng)的近似系統(tǒng)誤差ρ_GPS、ρ_GLN、ρ_BD、ρ_GLL。

ρ_GPS＝∑X_CGPS-∑X_KK (21)

ρ_GLN＝∑X_CGLN-∑X_KK (22)

ρ_BD＝∑X_CBD-∑X_KK (23)

ρ_GLL＝∑X_CGLL-∑X_KK (24)

再把較精確的各個近似系統(tǒng)誤差ρ_GPS、ρ_GLN、ρ_BD、ρ_GLL代入(15)之后依次循環(huán)跌代遞歸運算，逐步獲得更精確的測量修正值，直到測量精度逐步收斂到符合測量要求。

本方案減少了天氣、大氣、衛(wèi)星位置、地球潮汐等對測量誤差的影響。本發(fā)明搜星數(shù)是一般單點定位系統(tǒng)的數(shù)倍，可以在多個星座中選擇幾何分布好的衛(wèi)星來進行定位，提高導航定位的精度、連續(xù)性和可靠性；其次，能夠以較短的數(shù)據(jù)采集時間獲得大量的測量數(shù)據(jù)，減少長時間測量地球環(huán)境變化對測量的影響，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)快速收斂，盡快獲得較高的定位精度數(shù)據(jù)；最后，能夠在復雜的地形、地貌環(huán) 境下補償被中斷接收的衛(wèi)星信號，還能在一個星座因故不能用的情況下，采用另一個星座，以此來確保測量定位正常進行，提高衛(wèi)星定位的可靠性。放寬了對載體測量地點和測量條件的限制。冗余的數(shù)據(jù)增加了定位結(jié)果的可靠性，降低了衛(wèi)星信號被遮擋的可能性，最重要的是削弱了一個國家對衛(wèi)星系統(tǒng)控制的影響。

同時，使用星際差分技術(shù)，可以加快消除衛(wèi)星定位中的接收機時鐘誤差，削弱電離層、對流層對誤差的影響，加速定位數(shù)據(jù)測量精度的收斂。

附圖說明

圖1，本發(fā)明方法工作原理流程圖。

圖2，本發(fā)明系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例的快速精確單點定位方法，具體步驟如下：

步驟1：系統(tǒng)上電后，測控主機對各個定位系統(tǒng)參數(shù)賦初值X_C＝0、ρ＝0、X_K＝0、X_KK＝0，并對數(shù)據(jù)接收單元初始化。

步驟2：確認多頻天線工作正常后，數(shù)據(jù)接收單元接收多個系統(tǒng)的導航電文和星際差分修正數(shù)據(jù)并統(tǒng)一解析為WGS84坐標下的經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)X_C，并將數(shù)據(jù)傳輸給測控主機；

步驟3：測控主機收到數(shù)據(jù)接收單元上傳的坐標數(shù)據(jù)X_C，將定位數(shù)據(jù)X_C和迭代累計的星際差分修正數(shù)據(jù)ρ帶入式(15)計算獲得修正后的定位數(shù)X；

步驟4：將各定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)帶入式(19)，算出的初步的測量修正值X_K；

步驟5：再將測量修正值進帶入式(20)，采用加權(quán)平均值算法計算精確的坐標值，獲得更精確的測量修正值X_KK；

步驟6：將本次測量修正值帶入式(21)、(22)、(23)、(24)，計算出各個定位系統(tǒng)的近似系 統(tǒng)誤差ρ_GPS、ρ_GLN、ρ_BD、ρ_GLL。

步驟7：重復以上步驟直到定位精度達到要求，或者手動停止。