[發(fā)明專利]衛(wèi)星導航定位中三頻碼波偽距和載波相位的組合方法

有效

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• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN101526608A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 艾國祥;馬利華;施滸立;郭際;李志剛;吳海濤;邊玉敬;馬冠一;孫希延;李孝輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺;中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航定位技術領域，是導航定位中的載波測量方法，尤其是衛(wèi)星導航中三頻碼波偽距和載波相位的組合方法。

背景技術

在全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中，由于衛(wèi)星時鐘、接收機時鐘的誤差以及無線電信號經過電離層和對流層中的延遲，實際測出的距離與衛(wèi)星到接收機的幾何距離有一定差值，將實際測定的距離稱為偽距。用碼波測量可以高動態(tài)測距，但精度不高，接收終端只能實現(xiàn)1-10米量級的偽距測量精度。由于載波的波長比測距碼波長要短得多，因此，利用載波測量技術可以實現(xiàn)高精度的導航定位。載波相位觀測無法直接測定衛(wèi)星載波信號在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問題，通常求解整周模糊度的時間很長(幾小時，幾天甚至更長)。在實時處理兩個測站的載波相位基礎上，實時動態(tài)測量(RTK)技術應運而生。RTK定位技術的基本原理是基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GNSS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內組成差分觀測值進行實時處理。該定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時地提供測站在指定坐標系中的三維定位結果，并達到分米級精度。但該技術只能局限于在某個區(qū)域內使用，一般應用區(qū)域約為15-20公里左右。

載波測量中整周模糊度的快速求解一直是國內外GNSS專家研究的難點和熱點，并出現(xiàn)了諸如雙頻偽距法、模糊度函數(shù)法、最小二乘搜索法、模糊度協(xié)方差陣法等求解整周模糊度的方法。雙頻偽距法是通過兩個載波頻率的物理組合實現(xiàn)模糊度求解，原理簡易，易于應用。另幾種求整周模糊度的方法是一種算法，多是從數(shù)學算法加以改進的方法，求解速度很慢。

采用載波相位與碼波偽距組合來求解載波測量中的整周數(shù)，對雙頻系統(tǒng)而言，兩個載波頻率“加”“減”構成的“窄巷”和“寬巷”組合雖然可以實現(xiàn)電離層的完全消除，但是確定“窄巷”的載波測量整周模糊度時，消耗的時間長達幾十分鐘，造成載波相位測量的實時性較差，不能滿足高動態(tài)定位的需要。在接收機跟蹤導航衛(wèi)星進行觀測過程中，對于可能產生的整周跳變現(xiàn)象，恢復也很慢。這都將使數(shù)據(jù)處理復雜化，該方法難以適應高動態(tài)應用。

Hatch(1996)和Harris(1997)初步探討了在三頻衛(wèi)星導航系統(tǒng)中利用碼波偽距和載波相位結合求解整周模糊度的方法。1999年，美國宣布在GPS新型工作衛(wèi)星上將增設第3個民用信號。近年來，三頻碼波偽距和載波相位組合的研究成為GNSS載波測量技術發(fā)展的新前沿。目前的三頻組合只局限于無一階電離層影響組合，可用的組合非常少。組合的最大弱點是噪聲在組合中被放大，要抑制噪聲，就只有依靠長時間積分才能實現(xiàn)，嚴重限制了系統(tǒng)的高動態(tài)應用。因此，廣域內高動態(tài)、高精度的載波測量方法是當今衛(wèi)星導航定位中亟待解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，公開一種衛(wèi)星導航中三頻碼波偽距和載波相位的組合方法，在衛(wèi)星導航中適用于三頻衛(wèi)星導航系統(tǒng)中三個載波頻率的選取，按照電離層影響比較接近、能夠快速求解整周模糊度、能夠快速降低電離層的延遲誤差等原則選擇組合系數(shù)構造“正”組合、“負”組合和雙“正”組合載波，以實現(xiàn)廣域、高動態(tài)、高精度、無需差分支持的導航定位。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是：

一種衛(wèi)星導航定位中三頻碼波偽距和載波相位的組合方法，適用于廣域、高動態(tài)、高精度、無需差分支持的導航定位；其包括以下步驟：

a.終端設備接收導航衛(wèi)星下行的三個碼波偽距和載波相位；

b.在接收終端內部按電離層影響接近、求解整周模糊度時間短的原則選擇組合系數(shù)，得到碼波組合偽距和載波組合相位；根據(jù)電離層影響的“正”、“負”來定義“正”組合和“負”組合；

c.利用b)步中得到的“正”組合或“負”組合快速求解整周模糊度；

d.在接收終端內部，根據(jù)能快速降低電離層延遲誤差的原則選用組合系數(shù)構建雙“正”組合載波，采用該雙“正”組合快速消除星地距離中的電離層影響；

e.利用c)步和d)步得到的已經消除電離層影響的四個(含)以上偽距觀測方程，解算接收終端的真實位置。

所述的方法，其所述a)步中，用于三頻衛(wèi)星導航系統(tǒng)中三個載波頻率的選取，該三個載波頻率需較均勻分布，可以快速降低電離層的延遲誤差。

所述的方法，其所述b)步中，“正”組合或“負”組合中組合碼波和組合載波的電離層影響比較接近、求解整周模糊度的時間短，提高系統(tǒng)的高動態(tài)性能。

所述的方法，其所述d)步中，雙“正”組合載波能夠快速消除星地距離中的電離層影響。