[發(fā)明專利]一種星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810232620.2
• 申請日: 2008-12-09
• 公開（公告）號: CN101435868A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李孝輝;蔡成林;吳海濤;劉陽;劉婭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家授時中心
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)廣域差分方法研究的技術(shù)領(lǐng)域，是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的運(yùn)動學(xué)差分方法精度的提高以及運(yùn)行成本的降低。

背景技術(shù)

目前的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，對于需要更高精度定位的用戶，需要借助于局域或廣域差分系統(tǒng)進(jìn)行誤差校正。其中，廣域差分系統(tǒng)是對大范圍內(nèi)的定位用戶進(jìn)行高精度誤差校正的導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，采用何種有效的誤差校正方法是需要研究的關(guān)鍵。

基于運(yùn)動學(xué)的廣域差分方法主要在實(shí)時差分系統(tǒng)中應(yīng)用，例如美國的WASS系統(tǒng)，它采用的廣域差分方法就是基于運(yùn)動學(xué)的，其基本原理是采用各基準(zhǔn)站觀測偽距數(shù)據(jù)，使用運(yùn)動學(xué)方法來確定衛(wèi)星星歷和星鐘，星鐘和星歷是一起作為未知數(shù)解算的。這種方法主要缺點(diǎn)是幾何精度因子太大，定位精度不易提高。另外，還需要基準(zhǔn)站之間進(jìn)行時間同步，由于時間同步維護(hù)成本高，這種系統(tǒng)運(yùn)行成本也是很高的。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法，可以減小傳統(tǒng)廣域差分方法對基準(zhǔn)站時間同步的要求，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本；降低星歷和星鐘解算時的幾何精度因子，提高差分精度。

技術(shù)方案

本發(fā)明的基本思想是：先分離星鐘誤差，然后分離星歷誤差，這樣，在解算星歷時變傳統(tǒng)的四維時空解算(三維星歷和一維星鐘)變?yōu)槿S空間解算，降低了解算時的幾何精度因子。同時，這種方法只需要一個與系統(tǒng)時間同步的基準(zhǔn)站，減小了系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高了差分精度。

本發(fā)明提出的星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：依據(jù)主基準(zhǔn)站偽距觀測的資料，利用三維空間的用戶定位方程解算，將主基準(zhǔn)站到每顆衛(wèi)星的偽距誤差分配到星鐘上，得到分離的星鐘改正數(shù)；

步驟2：然后將副基準(zhǔn)站觀測資料中的偽距誤差減去星鐘改正數(shù)，得到各副基準(zhǔn)站的剩余偽距誤差；

步驟3：利用三維空間的用戶定位方程和副基準(zhǔn)站的剩余偽距誤差解算得到分離的星歷改正數(shù)；

所述的主基準(zhǔn)站是依托國家標(biāo)準(zhǔn)時間或者其他能與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時間建立關(guān)系的時間尺度，建立的差分基準(zhǔn)站；

所述的副基準(zhǔn)站是在廣域差分覆蓋區(qū)建立三個以上基準(zhǔn)站而形成的副基準(zhǔn)站。

所述的主基準(zhǔn)站時間信號與國家標(biāo)準(zhǔn)時間同步。

有益效果

本發(fā)明提出的星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法，主要效果有提高差分精度和降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

影響差分精度的關(guān)鍵參量之一就是解算星歷時的DOP值，針對GPS衛(wèi)星和幾顆分布在赤道面上的靜止軌道同步衛(wèi)星，表1列出了傳統(tǒng)四維時空解算時的DOP值和矢量差分方法三維空間解算時的DOP值。從表1中可以看出，對GPS衛(wèi)星的改善雖然不如GEO衛(wèi)星，但矢量差分方法將DOP值降低了很多，最小的也有9倍，提高是非常明顯的。

對系統(tǒng)運(yùn)行成本的降低，主要體現(xiàn)在各副基準(zhǔn)站與主基準(zhǔn)站之間時間同步費(fèi)用上。舉例說明時間比對的成本：目前國家授時中心與日本衛(wèi)星雙向比對每周兩次，費(fèi)用每年20萬元，傳統(tǒng)方法需要基準(zhǔn)站之間時間同步，如果有4個基準(zhǔn)站，需要3條鏈路，每周至少需要比對6次，一年共需經(jīng)費(fèi)3×3×20＝180萬元，如果基準(zhǔn)站更多，需要經(jīng)費(fèi)更多。由于矢量差分方法不需要基準(zhǔn)站時間同步，節(jié)省了大量經(jīng)費(fèi)。

表1.兩種星座兩種方法的DOP值比較

附圖說明

圖1：本發(fā)明的星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法流程圖

圖2：本發(fā)明的星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法實(shí)施效果

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例中，采用一個依托國家標(biāo)準(zhǔn)時間或者其他能與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時間建立關(guān)系的時間尺度，建立的差分基準(zhǔn)站，采用在廣域差分覆蓋區(qū)建立三個基準(zhǔn)站而形成的副基準(zhǔn)站。并以這個副基準(zhǔn)站和主基準(zhǔn)站觀測相同的四顆衛(wèi)星，說明本發(fā)明的星鐘和星歷分離的矢量差分解算方法的實(shí)施過程，本例中不考慮對流層誤差、電離層誤差和接收機(jī)測量誤差，假定這些誤差可以某些途徑減小。

同步條件為：主基準(zhǔn)站時間信號與國家標(biāo)準(zhǔn)時間同步，副基準(zhǔn)站之間和副基準(zhǔn)站與主基準(zhǔn)站之間不需要時間同步。

1、單個基準(zhǔn)站偽距誤差

對單個差分基準(zhǔn)站，觀測四顆衛(wèi)星則偽距觀測方程為：