一種長(zhǎng)基線的偽距差分定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種偽距差分定位方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS)的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的電子設(shè)備需要通過(guò)衛(wèi)星 來(lái)確定其精確位置。GNSS單點(diǎn)定位精度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足車(chē)輛控制、航空管制、飛機(jī)編隊(duì) 等方面的需求，急需開(kāi)發(fā)和研究高精度的定位設(shè)備和定位方法。衛(wèi)星接收機(jī)測(cè)量信息中包 含著各種誤差：衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差、對(duì)流層延時(shí)誤差、電離層延時(shí)誤差、多路徑誤 差、接收機(jī)噪聲等。減少衛(wèi)星接收機(jī)測(cè)量信息中的測(cè)量誤差是提高定位精度的有效方法之 一，差分GNSS是一種應(yīng)用廣泛、能夠有效消除各種測(cè)量誤差的方法。差分GNSS的基本工作 原理主要依據(jù)處在同一區(qū)域內(nèi)的不同接收機(jī)，它們的測(cè)量值中所包含的衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、衛(wèi) 星星歷誤差、對(duì)流層延時(shí)誤差、電離層延時(shí)誤差這四種誤差近似相等或高度相關(guān)。差分GNSS 定位根據(jù)GNSS基準(zhǔn)站發(fā)送的不同信息可分為：位置差分、偽距差分、載波相位差分三類(lèi)。偽 距差分是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)差分定位模式。傳統(tǒng)的偽距差分GNSS方法假設(shè)用戶(hù)端、基 準(zhǔn)站處對(duì)同一顆衛(wèi)星的觀測(cè)向量是相互平行的，當(dāng)基線小于l〇Km時(shí)，這一假設(shè)帶來(lái)的模型 誤差很小，但隨著基線長(zhǎng)度逐漸增大時(shí)模型本身引起的定位誤差也逐漸增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種長(zhǎng)基線的偽距差分定位方法，可以滿(mǎn) 足高精度定位的需求。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：由若干顆衛(wèi)星s(1)、用戶(hù)端U和基準(zhǔn) 站r組成本發(fā)明的衛(wèi)導(dǎo)偽距差分模型。首先使用基準(zhǔn)站、用戶(hù)端與衛(wèi)星S(1)的偽距觀測(cè)方程 構(gòu)建相對(duì)于同一顆衛(wèi)星的偽距單差方程，其次利用不同衛(wèi)星的偽距單差方程構(gòu)建包含多顆 衛(wèi)星的非線性的偽距雙差方程組，最后采用牛頓迭代最小二乘方法求解出用戶(hù)端位置。具 體步驟如下：
[0005] 第一步，假定t時(shí)刻某顆衛(wèi)星S(1)在地心直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)為（X;，y;，zj， 基準(zhǔn)站r處接收機(jī)的地心坐標(biāo)為（Xyyyzj，基準(zhǔn)站r處接收機(jī)與衛(wèi)星S(1)之間的偽
,其中，f是基準(zhǔn)站r與衛(wèi)星S(1)的
c代表光速，δ~代表基準(zhǔn) 站r處接收機(jī)的時(shí)鐘鐘差，St(1)代表衛(wèi)星S(1)的時(shí)鐘鐘差，代表衛(wèi)星S(1)信號(hào)到基 準(zhǔn)站r的電離層延時(shí)，代表衛(wèi)星S(1)信號(hào)到基準(zhǔn)站r的對(duì)流層延時(shí)，代表基準(zhǔn) 站r到衛(wèi)星S(1)偽距測(cè)量值的隨機(jī)噪聲量；用戶(hù)端u的接收機(jī)與衛(wèi)星S(1)之間的偽距
，其中，3|3:是用戶(hù)端u與衛(wèi)星S(1)的幾何距離，
stu代表用戶(hù)端u處接收機(jī)的時(shí)鐘鐘差，if代表衛(wèi)星S(1)信號(hào)到用戶(hù)端u的電離層延時(shí)，if代表衛(wèi)星S(1)信號(hào)到用戶(hù)端u的對(duì)流層延 時(shí)，^代用戶(hù)端u到衛(wèi)星S(1)偽距測(cè)量值的隨機(jī)噪聲量；
[0006] 第二步，計(jì)算基準(zhǔn)站、用戶(hù)端與衛(wèi)星S(1)的單差偽距，即用戶(hù)端相對(duì)于衛(wèi)星S(1)的偽
[0007] 同理，可得基準(zhǔn)站、用戶(hù)端與衛(wèi)星S(])的偽距單差方程式如下：
[0009] 第三步，將用戶(hù)端與基準(zhǔn)站都能收到信號(hào)的衛(wèi)星稱(chēng)為共視衛(wèi)星，在同一時(shí)刻共
[0010] 第四步，將用戶(hù)端、基準(zhǔn)站的η顆共視衛(wèi)星中仰角最大的衛(wèi)星作為主星S(k)，得到
[0011] 第五步，利用牛頓迭代最小二乘法求解雙差偽距觀測(cè)方程組，包括以下步驟：
[0012] a)設(shè)置迭代初始值m= 0,用戶(hù)端位置初始值XQ=(Xpypzj;
[0013] b)得到線性化的雙差偽距觀測(cè)方程式A·ΔX=B，
r
[0017] c)利用最小二乘法求解線性化的雙差偽距觀測(cè)方程式，得到ΔX= (ATA)jATB，其 中Ατ代表A的轉(zhuǎn)置，（ATA) 1代表ATA的逆矩陣；
[0018] d)更新第m+1次的迭代值Xm+1 =Xm+ΔX;
[0019] e)如果第m+1次與第m次迭代值的誤差小于預(yù)先設(shè)定的門(mén)限值，則將X"+1作為用 戶(hù)端的定位位置結(jié)果，步驟結(jié)束；否則m值增加1，返回步驟b)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：改進(jìn)傳統(tǒng)的偽距差分定位模型假設(shè)，即在用戶(hù)端、基準(zhǔn)站處 對(duì)同一顆衛(wèi)星的觀測(cè)向量是相互平行的，有效地解決了傳統(tǒng)平行假設(shè)在基線長(zhǎng)度逐漸增大 時(shí)模型本身引起的定位誤差也逐漸增大的問(wèn)題；在本發(fā)明的定位方法下，消除了不同長(zhǎng)度 基線下偽距差分定位模型本身的誤差，使其不隨著基線長(zhǎng)度的增加而增加，可以維持在很 小的誤差范圍內(nèi)，完全可以滿(mǎn)足高精度定位的需求。
[0021] 此外本發(fā)明也可以應(yīng)用于飛機(jī)編隊(duì)的相對(duì)定位。例如一個(gè)飛機(jī)編隊(duì)有一架長(zhǎng)機(jī)和 多架架僚機(jī)，可以把長(zhǎng)機(jī)看成用戶(hù)端，把每一架僚機(jī)看成是移動(dòng)的基準(zhǔn)站，那么每一架僚機(jī) 利用自己的位置、僚機(jī)機(jī)載接收機(jī)的偽距測(cè)量值和長(zhǎng)機(jī)機(jī)載接收機(jī)的偽距測(cè)量值，可以獲 得僚機(jī)相對(duì)于長(zhǎng)機(jī)的位置，從而完成飛機(jī)編隊(duì)的相對(duì)定位。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是本發(fā)明的衛(wèi)導(dǎo)偽距差分模型示意圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明方法的流程框架示意圖；
[0024] 圖3是傳統(tǒng)偽距差分模型示意圖；
[0025] 圖4是傳統(tǒng)方法定位誤差示意圖；
[0026] 圖5是本發(fā)明定位誤差示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施 例。
[0028] 圖1是本發(fā)明的衛(wèi)導(dǎo)偽距差分模型示意圖，它由若干顆衛(wèi)星S(1)，用戶(hù)端u，基準(zhǔn)站 r組成。已知基準(zhǔn)站位置、基準(zhǔn)站與若干顆衛(wèi)星S(1)的偽距、用戶(hù)端與若干顆衛(wèi)星S(1)的偽 距，并利用這些位置和偽距測(cè)量信息求解用戶(hù)端位置。圖2是本發(fā)明方法的流程框架圖。
[0029] 第一步：建立偽距觀測(cè)方程式
[0030] 假定t時(shí)刻某顆衛(wèi)星S(1)在地心直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)為（xpyi，Zl)，基準(zhǔn)站r處接收 機(jī)的地心坐標(biāo)為（\，I，zj，基準(zhǔn)站r處接收機(jī)與衛(wèi)星S(1)之間的偽距測(cè)量值為pf，則基準(zhǔn) 站相對(duì)于衛(wèi)星的偽距觀測(cè)方程式可表示為：
[0032]其中，是基準(zhǔn)站r與衛(wèi)星S(1)的幾何距離，即
[0034] 方程式⑴中圓括號(hào)內(nèi)的上標(biāo)（如i)代表衛(wèi)星編號(hào)，而下標(biāo)（如r和u分別代表 基準(zhǔn)站接收機(jī)和用戶(hù)端接收機(jī)），其中代表接收機(jī)時(shí)鐘鐘差，St(1)代表衛(wèi)星s(1)時(shí)鐘 鐘差，if代表衛(wèi)星s(1)信號(hào)到基準(zhǔn)站的電離層延時(shí)，Tf代表衛(wèi)星s(1)信號(hào)到基準(zhǔn)站的對(duì)流 層延時(shí)^代表基準(zhǔn)站到衛(wèi)星s(1)偽距測(cè)量的隨機(jī)噪聲量，C代表光速。方程式（1)表示偽 距測(cè)量值包含基準(zhǔn)站r與衛(wèi)星S(1)的幾何距離、接收機(jī)和衛(wèi)星時(shí)鐘鐘差誤差、電離層延時(shí)和 對(duì)流層延時(shí)誤差、偽距測(cè)量隨機(jī)噪聲量。
[0035] 同理，可得用戶(hù)端u的接收機(jī)與衛(wèi)星S(1)之間的偽距觀測(cè)方程式pf如下：
[0037] 第二步：建立偽距單差觀測(cè)方程式。
[0038] 由公式（1