一種顧及FCBs的精密單點(diǎn)定位模糊度快速固定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星精密單點(diǎn)定位中模糊度固定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 精密單點(diǎn)定位技術(shù)利用IGS (或其他機(jī)構(gòu)）提供的精密軌道和精密鐘差等信息計(jì) 算衛(wèi)星軌道和鐘差，并且通過完善的物理改正模型對定位中的各項(xiàng)誤差進(jìn)行改正，進(jìn)行單 站的絕對定位，從而得到高精度的定位結(jié)果。精密單點(diǎn)定位技術(shù)的發(fā)展歷經(jīng)有十余年，逐漸 成為國際導(dǎo)航定位的研究熱點(diǎn)，并取得了一大批豐富的研究和應(yīng)用成果。該技術(shù)可以達(dá)到 水平方向毫米級(jí)、高程方向厘米級(jí)的精度，但是收斂時(shí)間仍需30min以上，E方向的精度也 有待提高。精密單點(diǎn)定位技術(shù)發(fā)展迅速的同時(shí)，國內(nèi)外學(xué)者對如何提高精度、縮短收斂時(shí)間 也做了很多研究。
[0003] Blewitt學(xué)者將衛(wèi)星和接收機(jī)的初始相位偏差和硬件延遲偏差統(tǒng)稱為相位未校準(zhǔn) 延遲，即UPD。他認(rèn)為，UH)中的小數(shù)相位部分偏差FCBs影響了模糊度的非整數(shù)特性。雙差 技術(shù)可以消除接收機(jī)和衛(wèi)星端的這部分誤差，得到整周模糊度。但是，與雙差技術(shù)不同，精 密單點(diǎn)定位技術(shù)采用非差觀測值，uro不能通過雙差消除，解算過程中這部分延遲會(huì)被模糊 度吸收，造成模糊度的非整數(shù)特性。
[0004] 2008年葛茂榮教授用單差定位技術(shù)，從非差實(shí)數(shù)模糊度中分離出了寬巷和窄巷 FCBs，結(jié)果表明隨時(shí)間變化，寬巷FCBs值非常穩(wěn)定，基本認(rèn)為是一個(gè)定值；窄巷FCBs波動(dòng)較 大，每15min解算的窄巷FCBs也較穩(wěn)定，這一結(jié)論對于固定解的實(shí)現(xiàn)尤為關(guān)鍵。2006年， Calais指出精密單點(diǎn)定位技術(shù)在E方向上的坐標(biāo)重復(fù)性沒有雙差網(wǎng)解模式高。2006年， Rizos指出通過模糊度固定實(shí)現(xiàn)精度的提高，是GNSS研究和應(yīng)用未來十年的創(chuàng)新性問題之 〇
[0005] 如何將接收機(jī)和衛(wèi)星端硬件延遲偏差與初始相位偏差引起的小數(shù)部分FCBs從實(shí) 數(shù)模糊度中分離出來，是實(shí)現(xiàn)固定解的主要難題。單差技術(shù)得到的相位估算值是相對值，需 要測站間單差求解，考慮采用非差方法對FCBs估算，并且實(shí)現(xiàn)固定解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種顧及FCBs的精密單點(diǎn)定位非差模糊度固 定方法，能夠用非差方法將接收機(jī)和衛(wèi)星端硬件延遲偏差與初始相位偏差引起的小數(shù)部分 FCBs從實(shí)數(shù)模糊度中分離出來，重新固定模糊度為整數(shù)，用整周模糊度做定位解算，有效 提高定位精度，縮短收斂時(shí)間。
[0007] 技術(shù)方案：一種顧及FCBs的精密單點(diǎn)定位模糊度快速固定方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟（1):選取CORS基站部分測站作為基準(zhǔn)站，采用MW組合對非差寬巷模糊度進(jìn) 行參數(shù)估計(jì)，并用多歷元平均方法平滑模糊度，得到穩(wěn)定的寬巷實(shí)數(shù)模糊度；然后通過引入 一個(gè)測站FCBs為基準(zhǔn)，采用最小二乘估計(jì)，求解接收機(jī)、衛(wèi)星端的寬巷FCBs，進(jìn)一步將寬巷 模糊度固定為整數(shù)，具體步驟為：
[0009] 步驟（11)，對于基準(zhǔn)站i，采用MW組合方法，結(jié)合載波相位頻率f\、f2上的偽距和 載波相位觀測值，分別組成偽距、載波相位觀測值方程，如公式（1)公式（2)所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種顧及FCBs的精密單點(diǎn)定位模糊度快速固定方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟（1):選取CORS基站部分測站作為基準(zhǔn)站，采用MW組合對非差寬巷模糊度進(jìn)行參 數(shù)估計(jì)，并用多歷元平均方法平滑模糊度，得到穩(wěn)定的寬巷實(shí)數(shù)模糊度；然后通過引入一個(gè) 測站FCBs為基準(zhǔn)，采用最小二乘估計(jì)，求解接收機(jī)、衛(wèi)星端的寬巷FCBs，進(jìn)一步將寬巷模糊 度固定為整數(shù)，具體步驟為 ： 步驟（11)，對于基準(zhǔn)站i，采用麗組合方法，結(jié)合載波相位頻率、丨2上的偽距和載波 相位觀測值，分別組成偽距、載波相位觀測值方程，如公式（1)公式（2)所示： i w
式中，Pw和①^別為偽距寬巷組合值和載波相位寬巷組合值；f冴口 f 2分別為L冴口 L 2 載波相位頻率；PJP P 2分別為L JP L 2頻段的偽距觀測值；Φ JP Φ 2分別為L JP L 2頻段的 載波相位觀測值；P 〇為測站與衛(wèi)星之間的距離；c為光速；dt為接收機(jī)鐘差；ds為衛(wèi)星鐘 差；P im為電離層延遲值；P tMp為對流層延遲誤差；ε P,sS偽距觀測的其他誤差；λ w為寬 巷波長；BW為寬巷實(shí)數(shù)模糊度；ε 為載波相位觀測的其他誤差； 將所述式⑴與式⑵相減，得到寬巷實(shí)數(shù)模糊度I:
步驟（12)，采用多歷元平均的方法對所述寬巷實(shí)數(shù)模糊度進(jìn)行平滑處理，得到平滑 后的寬巷實(shí)數(shù)模糊度Bw; 步驟（13)，將所述寬巷實(shí)數(shù)模糊度Bw分成三部分，如公式（4)所示： Bw=Nw+fw,r-fw s ⑷ 式中，Nw為通過取整得到的寬巷整數(shù)模糊度；fw,,為接收機(jī)端寬巷FCBs ;fws為衛(wèi)星端寬 巷 FCBs ; 根據(jù)步驟（11)至步驟（12)，得到η個(gè)基準(zhǔn)站的寬巷實(shí)數(shù)模糊度，并根據(jù)式（4)寫成矩 陣形式，如公式（5)所示：
式中，Bwi為基準(zhǔn)站i的寬巷實(shí)數(shù)模糊度向量，包含32顆衛(wèi)星的值；Nwi為基準(zhǔn)站i取整 得到的寬巷整數(shù)模糊度，同樣包含32顆衛(wèi)星的值；Rwi為基準(zhǔn)站i的接收機(jī)端寬巷FCBs的 系數(shù)矩陣，對應(yīng)的第i個(gè)基準(zhǔn)站矩陣一列全為1，其余基準(zhǔn)站對應(yīng)列數(shù)均為〇 ;Swi為基準(zhǔn)站 i的衛(wèi)星端寬巷FCBs的系數(shù)矩陣，第i個(gè)基準(zhǔn)站對應(yīng)衛(wèi)星處為-1，其余衛(wèi)星均為0 ;^"為接 收機(jī)端寬巷FCBs矩陣，包含η個(gè)基準(zhǔn)站；fws為衛(wèi)星端寬巷FCBs矩陣，包含32顆衛(wèi)星； 設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)站的FCBs為一個(gè)基準(zhǔn)，用最小二乘方法對式（5)中未知數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得 到每個(gè)基準(zhǔn)站的值和32顆衛(wèi)星￡的值； 步驟（14)，對解算的全天所有歷元每顆衛(wèi)星的寬巷FCBs值取平均，將平均值作為衛(wèi)星 端寬巷FCBs的值； 步驟（15)，將根據(jù)所述步驟（13)得到的測站接收機(jī)端FCBs和步驟（14)得到的衛(wèi)星端 FCBs帶入到所述寬巷實(shí)數(shù)模糊度Bw，將寬巷實(shí)數(shù)模糊度Bw固定成整數(shù)； 步驟⑵：根據(jù)CORS基站已知的精確坐標(biāo)，以位置作為約束條件，采用非差無電離層組 合PPP模型，對無電離層模糊度進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到非差無電離層組合實(shí)數(shù)模糊度，具體步 驟為： 建立非差無電離層組合精密單點(diǎn)定位模型，其觀測方程如公式（6)所示：
式中，Pif為無電離層組合的偽距值；L IF為無電離層組合的載波相位值；dm為組合偽距 觀測值的多路徑效應(yīng)；ε p為組合偽距觀測噪聲；B IF為非差無電離層實(shí)數(shù)模糊度；δ m為組 合相位觀測值的多路徑效應(yīng)；ε ^為組合相位觀測噪聲；通過卡爾曼濾波方法求解出所述非 差無電離層實(shí)數(shù)模糊度Bif; 步驟（3):將所述步驟（1)得到的整數(shù)寬巷模糊度與步驟（2)得到的非差無電離層實(shí) 數(shù)模糊度組合得到非差窄巷實(shí)數(shù)模糊度，然后通過引入一個(gè)測站為基準(zhǔn)，采用最小二乘估 計(jì)接收機(jī)、衛(wèi)星端的窄巷FCBs，具體步驟為： 步驟（31)，將所述寬巷整數(shù)模糊度Nw和非差無電離層實(shí)數(shù)模糊度Bif按照公式（7)組 合，得到窄巷實(shí)數(shù)模糊度我,：
式中，Bif為無電離層實(shí)數(shù)模糊度；NW為固定的整數(shù)寬巷模糊度； 步驟（32)，對所述窄巷實(shí)數(shù)模糊度式進(jìn)行平滑，得到相對穩(wěn)定的窄巷實(shí)數(shù)模糊度Bn; 將平滑處理后的所述窄巷實(shí)數(shù)模糊度Bn分成三部分： Bn=Nn+fn,r-fn s ⑶ 式中，Nn為窄巷整數(shù)模糊度；f μ為接收機(jī)端窄巷FCBs ;fns為衛(wèi)星端窄巷FCBs ; 步驟（33)，根據(jù)步驟（31)至步驟（32)，得到η個(gè)基準(zhǔn)站的窄巷實(shí)數(shù)模糊度，并根據(jù)式 (8)寫成矩陣形式，如公式（9)所示：
式中，Bni為基準(zhǔn)站i的非差窄巷實(shí)數(shù)模糊度向量，包含32顆衛(wèi)星的值；Nni為基準(zhǔn)站i 通過對寬巷實(shí)數(shù)模糊度取整得到的寬巷整數(shù)模糊度，同樣包含32顆衛(wèi)星的值；Rni為基準(zhǔn)站 i的接收機(jī)端窄巷FCBs的系數(shù)矩陣，對應(yīng)的第i個(gè)基準(zhǔn)站矩陣一列全為1，其余基準(zhǔn)站對應(yīng) 列數(shù)均為O ;Sni為基準(zhǔn)站i的衛(wèi)星端窄巷FCBs系數(shù)矩陣，第i個(gè)基準(zhǔn)站對應(yīng)衛(wèi)星處為-1，其 余衛(wèi)星均為O ;嚴(yán)為接收機(jī)端窄巷FCBs矩陣，包含η個(gè)測站；f ns為窄巷衛(wèi)星端FCBs矩陣， 包含32顆衛(wèi)星； 步驟（34)，對全天窄巷模糊度進(jìn)行分段處理，每IOmin平均計(jì)算一個(gè)窄巷值，再對每 IOmin的窄巷模糊度采用最小二乘方法，按照公式（9)估算每一個(gè)基準(zhǔn)站的^值和32顆 衛(wèi)星的fn s值； 步驟（4):將最小二乘非差方法解算的每顆衛(wèi)星寬巷fws和窄巷fn s播發(fā)給流動(dòng)站，流動(dòng) 站的寬巷模糊度Nw通過取整固定為整數(shù)，流動(dòng)站的窄巷模糊度Nn通過LAMBDA算法固定為 整數(shù)，然后兩者按照公式（10)重新組合成無電離層模糊度，稱為非差無電離層模糊度固定 解
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顧及FCBs的精密單點(diǎn)定位模糊度快速固定方法，由于接收機(jī)和衛(wèi)星端硬件延遲偏差及初始相位偏差的影響，使得精密單點(diǎn)定位的非差模糊度不具有整數(shù)特性，本方法選取部分測站作為基準(zhǔn)站，在基準(zhǔn)站采用非差方法將小數(shù)部分從實(shí)數(shù)模糊度分離出來，將小數(shù)部分播發(fā)給流動(dòng)站，流動(dòng)站借助小數(shù)固定自身模糊度為整數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)PPP固定解。
【IPC分類】G01S19-44
【公開號(hào)】CN104635249
【申請?zhí)枴緾N201510076802
【發(fā)明人】潘樹國, 朱荷歡, 王慶, 何帆, 陳偉榮
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月12日