[發明專利]基于星間組合差分的精密單點定位方法

有效

• 申請號: 201010579334.0
• 申請日: 2010-12-09
• 公開（公告）號: CN102096084A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 高成發;陳偉榮;沈雪峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S19/44
• 分類號: G01S19/44
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于星間組合差分的精密單點定位方法，其特征在于：首先利用同一歷元不同衛星之間的觀測方程求差，組成星間一次差觀測方程；然后在星間一次差的基礎上，在相鄰歷元間的觀測方程再求差，組成星間歷元間二次差觀測方程；最后以二次差方程求解的測站坐標與權陣作為卡爾曼濾波器的初始值，以星間一次差為函數解算模型，用自適應卡爾曼濾波的方法求解測站坐標和模糊度等參數，實現基于星間組合差分精密單點定位。

2.根據權利要求1所述的基于星間組合差分的精密單點定位方法，其特征在于該方法具體如下：

1)根據GPS接收機得到的觀測文件，列出消電離層組合的GPS精密單點定位的觀測方程：

①對于雙頻GPS接收機的觀測值主要有C1、L1、L2、P2四類；其中L1、L2分別表示GPS衛星信號調制波L1、L2載波上的相位觀測值，C1表示L1載波上的粗捕獲碼偽距觀測值，P2分別表示L2載波上的精密測距碼偽距觀測值，GPS精密單點定位的觀測方程為：

Lis(Φj)=ρs(i)-cdTs(i)+λjNjs(i)+dions(i)+dtrops(i)+dRelativitys(i)+des(i)+ϵs(i)]]>

上式中，表示第i歷元衛星s在Lj載波上的載波相位觀測值，j＝1，2；

ρ^s(i)表示第i歷元測站與衛星s間的幾何距離，即為信號發射時刻衛星在慣性系中的坐標與信號接收時刻測站在慣性系中的坐標間的距離；

dT^s(i)表示第i歷元衛星s的衛星鐘差與接收機鐘差之差；

c表示光速，為常數；λ_j表示Lj載波的波長；

表示第i歷元，衛星s的在Lj載波上的載波相位觀測值的整周模糊度；

表示第i歷元衛星s的對流層延遲改正，可以按有關公式進行改正或者作為未知參數；

表示第i歷元衛星s的電離層延遲改正，可用無電離層模型改正；

表示第i歷元衛星s的相對論效應改正，可按有關公式進行改正；

表示第i歷元衛星s的地球自轉影響改正，可按有關公式進行改正；

ε^s(i)表示第i歷元衛星s的多路徑效應及觀測噪聲等未模型化的誤差影響；

②利用雙頻組合方法消除電離層誤差影響，組合后的消電離層觀測方程：

Lis(ΦIF)=f12·Lis(Φ1)-f1·f2·Lis(Φ2)f12-f22]]>

=ρs(i)-cdTs(i)+λIFNs(i)+dtrops(i)+dRelativitys(i)+des(i)+ϵs(i)]]>

其中，f₁、f₂分別表示GPS衛星信號調制波L1、L2載波的頻率，λ_IF和N^s(i)分別表示雙頻組合后的波長與整周模糊度，公式中消除了電離層誤差改正項；

(2)組成星間一次差觀測方程

選取歷元中高度角最大的衛星作為參考衛星，通過衛星與參考衛星之間求差得到星間一次差分的觀測方程，其形式如下：

Li▿s(PIF)=Lis(PIF)-Lir(PIF)]]>

Li▿s(ΦIF)=Lis(ΦIF)-Lir(ΦIF)]]>

表示第i歷元衛星s相對于參考衛星的無電離層偽距星間差分觀測值；

表示第i歷元中高度角最大的衛星r的無電離層偽距星間差分觀測值；

表示第i歷元衛星s相對于參考衛星的無電離層載波相位星間差分觀測值；

表示第i歷元中高度角最大的衛星r的無電離層載波相位星間差分觀測值；

(3)組成星間歷元間二次差觀測方程

在基于星間一次差分的基礎上再進行歷元間求差。其觀測方程如下：

LΔi▿s(ΦIF)=Li▿s(ΦIF)-Li-1▿s(ΦIF)]]>

其中，表示第i歷元衛星s的無電離層載波相位歷元間差分觀測值；

利用星間歷元間二次差觀測方程，不必考慮接收機鐘差和模糊度的影響，運算量小，線性化后即可快速求解各個未知參數，包括測站坐標和觀測量之間的權陣，由于二次差存在較強的相關性，不能作為最終解算結果，但可以作為一次差觀測方程中的初始值，這樣即可達到提高精度與快速收斂的目的；

(4)以二次解算得到的測站坐標與權陣作為卡爾曼濾波器的初始值，以星間一次差為模型求解測站坐標和模糊度等參數；

基于星間一次差分的PPP模型的具體形式如下：

Li▿s(PIF)=Lis(PIF)-Lir(PIF)]]>

=(ρs(i)-ρr(i))+(dtrops(i)-dtropr(i))+(dRelativitys(i)-dRelativityr(i))]]>

將層組合模糊度及對流層天頂延遲參數視為未知數，分別將上述兩個方程在測站近似位置x_r0處線性化，保留一階項，即可得到常規誤差方程矩陣形式：V＝Ax-l；其中，V為觀測值殘差向量；A為設計矩陣；x為未知數向量；l為常數向量；

此時一次差的坐標待估參數初始值及其觀測值權矩陣P的初始值均由二次差模型求得，最后，按最小二乘平差方法結合自適應卡爾曼濾波方法即可求解測站坐標未知參數數，實現基于星間組合差分的GPS精密單點定位。