本發(fā)明屬于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS高精度定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聯(lián)合高度角和用戶測(cè)距誤差(URE，User Range Error)的GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值定權(quán)方法。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS(美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo、中國的BDS等總稱)已經(jīng)成為及時(shí)獲取高精度導(dǎo)航定位信息的重要空間基礎(chǔ)設(shè)施，GEO/IGSO/MEO多軌道類型共存和多GNSS系統(tǒng)聯(lián)合數(shù)據(jù)處理是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位技術(shù)發(fā)展的重要特征與優(yōu)勢(shì)之一。我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BDS于2012年12月底完成了第二步建設(shè)任務(wù)(5GEO+5IGSO+4MEO星座)，開始向亞太地區(qū)正式提供連續(xù)無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)等服務(wù)，預(yù)計(jì)2020年建成5個(gè)GEO、3個(gè)IGSO和27個(gè)MEO衛(wèi)星組成的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
GNSS高精度定位中，確定合適的觀測(cè)值權(quán)能有效控制各種誤差的影響，提高定位精度，目前采用的觀測(cè)值定權(quán)方法主要有等精度定權(quán)法、高度角定權(quán)法、信噪比定權(quán)法等。高度角定權(quán)法顧及到了衛(wèi)星信號(hào)傳播路徑上的對(duì)流層、電離層延遲和多路徑效應(yīng)等誤差隨著高度角的減小而增大的特征，且易于程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。信噪比定權(quán)法在多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的情況下得到了廣泛應(yīng)用。
衛(wèi)星軌道和鐘差的精度也是影響GNSS精密定位的重要因素之一，對(duì)于GPS、GLONASS、Galileo等系統(tǒng)而言，各顆衛(wèi)星軌道和鐘差精度相近，定權(quán)時(shí)沒有考慮其影響。但北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由GEO、IGSO和MEO三類不同高度的衛(wèi)星構(gòu)成，各類衛(wèi)星的軌道和鐘差精度有較大差別，目前GEO衛(wèi)星三維精度達(dá)到米級(jí)，IGSO三維精度為20～30cm，而MEO為10～20cm。對(duì)于GPS/GLONASS/Galileo/BDS多系統(tǒng)聯(lián)合精密定位時(shí)，不同系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道和鐘差精度也不相同。目前的等精度定權(quán)法、高度角定權(quán)法、信噪比定權(quán)法等均沒有顧及到衛(wèi)星軌道和鐘差的精度差異，因此，在多軌道類型、多GNSS系統(tǒng)精密定位中，如何合適地對(duì)觀測(cè)值定權(quán)來提高定位精度成為亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是顧及衛(wèi)星軌道和鐘差誤差，提出一種聯(lián)合高度角和用戶測(cè)距誤差的GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值定權(quán)方法，以有效解決GEO/IGSO/MEO多軌道類型、多GNSS系統(tǒng)精密定位中觀測(cè)值的定權(quán)問題。
本發(fā)明提供的聯(lián)合高度角和用戶測(cè)距誤差的GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值定權(quán)方法，包括：
S1根據(jù)GNSS衛(wèi)星軌道和鐘差數(shù)據(jù)，利用分段法確定GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)中每顆GNSS衛(wèi)星的用戶測(cè)距誤差URE；
S2基于URE構(gòu)建觀測(cè)值隨機(jī)模型為第i顆GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的方差；UREi為第i顆GNSS衛(wèi)星的URE值；UREref為參考衛(wèi)星的URE值，參考衛(wèi)星為GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)中一顆URE值最小的GNSS衛(wèi)星；為GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的先驗(yàn)方差；
S3結(jié)合衛(wèi)星高度角和用戶測(cè)距誤差對(duì)GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值進(jìn)行定權(quán)，具體為：
獲得結(jié)合衛(wèi)星高度角和用戶測(cè)距誤差的觀測(cè)值隨機(jī)模型：
根據(jù)觀測(cè)值隨機(jī)模型確定GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的權(quán)
上述，表示結(jié)合高度角和用戶測(cè)距誤差的第i顆GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的方差；wi,comb表示第i顆GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的權(quán)。
步驟S1進(jìn)一步包括：
根據(jù)衛(wèi)星軌道和鐘差數(shù)據(jù)，分別計(jì)算每顆衛(wèi)星軌道的切向分量誤差A(yù)、徑向分量誤差R、法向分量誤差C以及鐘差精度T；
根據(jù)衛(wèi)星類型計(jì)算每顆衛(wèi)星的其中，wR和wA,C均為常量系數(shù)，不同類型衛(wèi)星取不同的值；對(duì)GPS衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/49；對(duì)GLONASS衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/45；對(duì)Galileo衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/61；對(duì)北斗IGSO衛(wèi)星和GEO衛(wèi)星，wR＝0.99，wA,C＝1/127；對(duì)北斗MEO衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/54。
基于上述聯(lián)合高度角和用戶測(cè)距誤差的GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值定權(quán)方法，本發(fā)明還提供了一種聯(lián)合高度角和用戶測(cè)距誤差的GNSS衛(wèi)星定位方法，包括：聯(lián)合觀測(cè)方程和上述GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值定權(quán)方法所獲得的GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的權(quán)，進(jìn)行精密定位解算。
進(jìn)一步的，所述的精密定位解算采用加權(quán)最小二乘法或卡爾曼濾波估計(jì)法進(jìn)行。
用戶測(cè)距誤差URE綜合反映了衛(wèi)星軌道和鐘差誤差，URE、大氣誤差、觀測(cè)值噪聲、多路徑效應(yīng)誤差共同組成用戶等效距離誤差UERE(User Equivalent Range Errors)，UERE乘以精度因子DOP(Dilution Of Precision)即可獲得用戶定位誤差。所述大氣誤差包括電離層、對(duì)流層等。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明既考慮到GNSS測(cè)量中對(duì)流層、電離層延遲和多路徑誤差對(duì)觀測(cè)值的影響，又顧及了衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差誤差對(duì)精密定位的影響，構(gòu)建聯(lián)合衛(wèi)星高度角和URE的定權(quán)方法，定權(quán)策略更合理，更符合GNSS精密定位理論。
(2)本發(fā)明特別適用于北斗多軌道類型星座(GEO/IGSO/MEO)精密定位和包含北斗的多GNSS系統(tǒng)組合精密定位，同時(shí)，也適用于GPS等單系統(tǒng)精密定位，不僅具有特殊性，也有普適性。
(3)應(yīng)用本發(fā)明提供的定權(quán)方法進(jìn)行北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)精密定位，對(duì)提高定位精度有很大的幫助；
(4)應(yīng)用本發(fā)明提供的定權(quán)方法進(jìn)行GPS/GLONASS/Galileo/BDS多系統(tǒng)聯(lián)合精密定位，能有效提高定位精度。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的具體流程示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出了一種聯(lián)合高度角和用戶測(cè)距誤差的GNSS觀測(cè)值定權(quán)方法。參見附圖1，本發(fā)明的基本流程為：一方面，考慮到對(duì)流層、電離層等大氣延遲和多路徑效應(yīng)等誤差，使用傳統(tǒng)方法確定基于高度角的觀測(cè)值隨機(jī)模型；另一方面，考慮到衛(wèi)星軌道和鐘差誤差對(duì)精密定位的影響，構(gòu)建新的基于URE的觀測(cè)值隨機(jī)模型；聯(lián)合基于高度角和URE的觀測(cè)值隨機(jī)模型確定GNSS觀測(cè)值的權(quán)。
具體的實(shí)施流程包括以下步驟：
步驟1，根據(jù)GNSS衛(wèi)星軌道和鐘差數(shù)據(jù)，利用分段法確定GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)中每顆GNSS衛(wèi)星的用戶測(cè)距誤差URE。所述的GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)包括：①GEO/IGSO/MEO多軌道類型共存的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)；②僅有MEO類型衛(wèi)星的GPS、GLONASS或Galileo單衛(wèi)星系統(tǒng)；③GPS/GLONASS/Galileo/BDS多系統(tǒng)聯(lián)合衛(wèi)星系統(tǒng)。
具體包括以下步驟：
步驟1.1，根據(jù)GNSS衛(wèi)星軌道和鐘差數(shù)據(jù)，分別計(jì)算每顆GNSS衛(wèi)星軌道的切向分量誤差、徑向分量誤差、法向分量誤差以及鐘差精度；
步驟1.2，根據(jù)衛(wèi)星類型計(jì)算每顆GNSS衛(wèi)星的URE：
式(1)中：
A、R、C分別表示GNSS衛(wèi)星軌道的切向分量誤差、徑向分量誤差、法向分量誤差；
T表示鐘差精度，T換算成長度單位；
wR和wA,C均為常量系數(shù)，不同類型衛(wèi)星取不同的值，比如，對(duì)GPS衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/49；對(duì)GLONASS衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/45；對(duì)Galileo衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/61；對(duì)北斗IGSO衛(wèi)星和GEO衛(wèi)星，wR＝0.99，wA,C＝1/127；對(duì)北斗MEO衛(wèi)星，wR＝0.98，wA,C＝1/54。
步驟2，構(gòu)建基于URE的觀測(cè)值隨機(jī)模型。
分別計(jì)算GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)中每顆GNSS衛(wèi)星的URE值，取一顆URE值最小的GNSS衛(wèi)星，即軌道精度和鐘差精度最高的GNSS衛(wèi)星，將其設(shè)為參考衛(wèi)星，將參考衛(wèi)星的URE值記為UREref，則第i顆GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的方差為：
式(2)即基于URE的觀測(cè)值隨機(jī)模型，其中，為GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的先驗(yàn)方差；UREi表示第i顆GNSS衛(wèi)星的URE值。
步驟3，結(jié)合衛(wèi)星高度角和用戶測(cè)距誤差對(duì)GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值進(jìn)行定權(quán)。
本步驟具體包括以下子步驟：
步驟3.1，根據(jù)觀測(cè)站和GNSS衛(wèi)星位置計(jì)算每個(gè)歷元每顆GNSS衛(wèi)星的高度角。
步驟3.2，確定基于高度角的觀測(cè)值隨機(jī)模型，如下：
式(4)中，elev表示GNSS衛(wèi)星高度角；表示高度角elev處第i顆GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的方差；為GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的先驗(yàn)方差。
步驟3.3，獲得結(jié)合高度角和用戶測(cè)距誤差的觀測(cè)值隨機(jī)模型。
結(jié)合高度角和用戶測(cè)距誤差的第i顆GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的方差表示如下：
步驟3.4，根據(jù)方差確定GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的權(quán)。
第i顆GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的權(quán)wi,comb為：
步驟4，聯(lián)合精密定位觀測(cè)模型和GNSS衛(wèi)星觀測(cè)值的權(quán)，利用加權(quán)最小二乘法或卡爾曼濾波估計(jì)法進(jìn)行精密定位解算。
本文中所描述僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方法替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。