[發明專利]一種衛星導航定位系統中倍增定位精度的方法

有效

• 申請號: 201210090864.8
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN103364801A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 艾國祥;馬利華;施滸立;季海福
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及衛星導航定位技術，尤其是一種衛星導航定位系統中倍增定位精度的方法，適用于一顆導航衛星可同時下行多個載波頻點，并調制偽隨機噪聲碼和導航電文的多頻衛星導航系統。

背景技術

在衛星導航定位系統中，用戶終端的定位精度主要由系統星座的空間布局和等效偽距測量誤差決定。通常情況下，衛星導航定位系統的定位誤差可用下式來描述：

σ_i＝DOP_i·σ_UERE????(1)

其中，σ_i為用戶終端的定位誤差，i＝1、2、3、4、5分別對應平面、高程、位置、鐘差和總的定位誤差；DOP_i為系統星座的幾何精度衰減因子，DOP₁、DOP₂、DOP₃、DOP₄和DOP₅分別對應HDOP、VDOP、PDOP、TDOP和GDOP(平面、高程、位置、鐘差和總的幾何精度衰減因子)；σ_UERE為等效偽距測量誤差。式(1)要求導航衛星的偽距測量誤差滿足以下條件：①相互獨立；②等分布；③服從零均值的高斯分布。

在全球衛星導航定位系統中，很多導航衛星可以在多個載波頻點上調制偽隨機噪聲碼和導航電文。2002年，中國科學院艾國祥院士領銜發明了基于通信衛星的衛星導航定位系統(專利號：ZL?200410046064.1，發明名稱：轉發器衛星通信導航定位系統，發明人：艾國祥、施滸立、吳海濤，2009年7月29日獲得授權)。該項發明把通信衛星上的多個通信頻點作為導航使用，開啟了全頻通信發展成為全頻導航的一個新開端。同時觀測一顆導航衛星的偽距和多普勒頻移，可以把用戶終端約束到一個圓錐的底面圓周上，需要兩顆以上(含兩顆)導航衛星的偽距測量值和多普勒頻移測量值就可以實現用戶終端的導航定位(申請號：201110164385.1，發明名稱：衛星導航中結合多普勒測速的定位方法，發明人：馬利華、艾國祥、季海福)。如果每顆導航衛星同時下行多個導航載波，可以有效降低該導航衛星的等效偽距測量誤差，提高用戶終端的導航定位精度(申請號：201110228917.3，發明名稱：衛星導航中多載波的定位方法，發明人：馬利華、艾國祥、季海福)。

一般情況下，同一顆導航衛星的多個載波頻點的偽距測量值和衛星星歷存在相關部分，此時用戶終端的定位精度不能用式(1)估算；同時，在現有的全球衛星導航定位系統中，每顆導航衛星可同時下行的載波頻點數量并不相同，不能簡單套用發明：衛星導航中多載波的定位方法(專利申請號：201110228917.3)中降低偽距測量誤差的方法。本發明的衛星導航定位系統中倍增定位精度的方法，從物理層面對利用多個載波頻點倍增用戶終端的定位精度做了全新的科學闡述，可以用來指導在多頻點衛星導航定位系統中利用載波頻點資源來倍增用戶終端的定位精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種衛星導航定位系統中倍增用戶終端的定位精度的方法，利用衛星導航定位系統中導航衛星多個載波頻點可同時工作，用戶終端通過多個載波頻點同時單獨測量并改正導航衛星的軌道誤差和鐘差、電離層時延，對流層時延、多路徑誤差，實現在多個載波頻點上導航衛星到用戶終端的偽距測量，最終確定用戶終端位置的準確坐標。

本發明提出了一種衛星導航定位系統中倍增定位精度的方法，其包含兩個方面的物理含義：一方面：衛星導航定位系統中每顆導航衛星都下行N個載波頻點的導航信號，這時導航信號的測量噪聲減少為單載波頻點測量噪聲的利用N個載波頻點分別測量并改正后的導航衛星軌道誤差和鐘差是不相關的；利用多個載波頻點改正電離層時延和對流層時延，其殘差也相應的減少為利用N個載波頻點分別改正用戶終端的多路徑誤差。最后，經過多個載波頻點改正后的偽距測量中的殘差互不相關。因此，對于每顆導航衛星，利用N個載波頻點分別測量和改正后的偽距測量值，都具有隨機特性，滿足式(1)的使用條件。在使用多個載波頻點的情況下，式(1)可改寫為：

σ_i＝DOP_i·PAFP·σ_UERE?(2)