[發(fā)明專利]北斗與GPS雙系統(tǒng)寬巷載波相位混頻星間差分組合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310746614.X
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN103698790A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝會(huì)忠;徐愛功;葛茂榮;高星偉;徐辛超;鄭濤;徐宗秋;隋心
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/44
• 分類號(hào): G01S19/44
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種北斗與GPS雙系統(tǒng)寬巷載波相位混頻星間差分組合方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：用戶接收機(jī)接收到北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)雙系統(tǒng)各自衛(wèi)星播發(fā)給用戶接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，具體包括：

北斗系統(tǒng)的B1、B2雙頻偽距觀測(cè)數(shù)據(jù)和B1、B2雙頻載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)；

GPS系統(tǒng)的L1、L2雙頻偽距觀測(cè)數(shù)據(jù)和L1、L2雙頻載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)；

步驟2：通過(guò)載波相位觀測(cè)方程分別確定北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)寬巷載波相位整周模糊度；

(1)對(duì)于北斗系統(tǒng)：通過(guò)公式(1)確定北斗系統(tǒng)的寬巷整周模糊度，公式為：

LMC_W·Φ_CW＝ρ_C+c·(t_r-t_Cs)-LMC_W·N_CW+O_C-I_CW+T_C+M_CW+ε′_CW????(1)

式中，LMC是北斗系統(tǒng)載波相位的波長(zhǎng)，下標(biāo)W表示寬巷載波相位；Φ_CW是北斗系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)值，下標(biāo)C表示北斗系統(tǒng)；ρ_C為北斗衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離，由測(cè)站初始位置坐標(biāo)與北斗衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算得到，其中，測(cè)站初始位置坐標(biāo)是通過(guò)單系統(tǒng)的偽距單點(diǎn)定位得到，衛(wèi)星坐標(biāo)由接收機(jī)記錄的導(dǎo)航文件提供；c為真空中的光速；t_r為接收機(jī)鐘差，單位為秒；t_Cs為北斗系統(tǒng)衛(wèi)星鐘的鐘差，下標(biāo)中s表示衛(wèi)星鐘差；LMC_W為北斗系統(tǒng)寬巷載波相位的波長(zhǎng)；N_CW是北斗系統(tǒng)的寬巷載波相位觀測(cè)值的整周模糊度；O_C是北斗系統(tǒng)衛(wèi)星軌道誤差，即衛(wèi)星位置坐標(biāo)的誤差；I_CW是北斗系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)值所受的電離層延遲誤差；T_C是北斗系統(tǒng)對(duì)流層延遲誤差；M_CW為北斗系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)值的多路徑效應(yīng)誤差；ε_CW為北斗系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)噪聲和非模型化誤差；

(2)對(duì)于GPS系統(tǒng)：通過(guò)公式(2)確定GPS系統(tǒng)的寬巷載波相位整周模糊度，公式為：

LMG_W·Φ_GW＝ρ_G+c·(t_r-t_Gs)-LMG_W·N_GW+O_G-I_GW+T_G+M_GW+ε′_GW????(2)

式中，LMG_W為GPS系統(tǒng)寬巷載波相位的波長(zhǎng)，Φ_GW是GPS系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)值，下標(biāo)G表示GPS系統(tǒng)；ρ_G為GPS衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離，由測(cè)站初始位置坐標(biāo)與GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算得到，其中測(cè)站初始位置坐標(biāo)是通過(guò)單系統(tǒng)的偽距單點(diǎn)定位得到，衛(wèi)星坐標(biāo)由接收機(jī)記錄的導(dǎo)航文件提供；t_Gs為GPS系統(tǒng)衛(wèi)星鐘的鐘差；N_GW是GPS系統(tǒng)的寬巷載波相位觀測(cè)值的整周模糊度；O_G是GPS系統(tǒng)衛(wèi)星軌道誤差，即衛(wèi)星位置坐標(biāo)的誤差；I_GW是GPS系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)值所受的電離層延遲誤差；T_G是GPS系統(tǒng)對(duì)流層延遲誤差；M_GW為GPS系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)值的多路徑效應(yīng)誤差；ε_GW為GPS系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)噪聲和非模型化誤差；

步驟3：以北斗系統(tǒng)寬巷載波相位波長(zhǎng)為星間差分寬巷模糊度參數(shù)的系數(shù)或者以GPS系統(tǒng)寬巷載波相位波長(zhǎng)為星間差分寬巷模糊度參數(shù)的系數(shù)，二者任選其一來(lái)恢復(fù)北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)星間差分寬巷模糊度參數(shù)的整數(shù)特性；

其中，以北斗系統(tǒng)寬巷載波相位波長(zhǎng)為星間差分寬巷模糊度參數(shù)的系數(shù)，來(lái)恢復(fù)北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)星間差分寬巷模糊度參數(shù)的整數(shù)特性包括以下步驟：

步驟3.1：利用外部參考站提供的北斗系統(tǒng)寬巷載波相位的非差誤差改正數(shù)COR_CW、GPS系統(tǒng)寬巷載波相位的非差誤差改正數(shù)COR_GW，對(duì)步驟2中的公式(1)和公式(2)進(jìn)行修正，消除對(duì)流層延遲誤差、電離層延遲誤差、衛(wèi)星軌道誤差和衛(wèi)星鐘誤差，具體公式如下：

對(duì)于北斗系統(tǒng)而言，修正誤差后的公式為：

LMC_W·Φ_CW+COR_CW＝ρ_C+c·t_r-LMC_W·N_CW+M_CW+ε′_CW????(3)

式中，ε′_CW為北斗系統(tǒng)寬巷載波相位的觀測(cè)噪聲；

對(duì)于GPS系統(tǒng)而言，修正誤差后的公式為：

LMG_W·Φ_GW+COR_GW＝ρ_G+c·t_r-LMG_W·N_GW+M_GW+ε′_GW????(4)

式中，ε′_GW為GPS系統(tǒng)寬巷載波相位的觀測(cè)噪聲；

步驟3.2：北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)間進(jìn)行混頻星間差分，以消除公式(3)和公式(4)中的接收機(jī)鈡差t_r，具體公式為：

北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)寬巷載波相位觀測(cè)值間進(jìn)行混頻星間差分，具體公式為：

LMC_W·Φ_CW-LMG_W·Φ_GW+COR_CW-COR_GW＝ρ_C-ρ_G-(LMC_W·N_CW-LMG_W·N_GW)

????????????????????????????????????????????????????????????????(5)

公式(5)等式右側(cè)的LMC_W·N_CW-LMG_W·N_GW項(xiàng)表示北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的寬巷模糊度；

將北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的寬巷模糊度用寬巷模糊度整數(shù)初值和一個(gè)數(shù)值較小的整數(shù)改正量的形式來(lái)表示，公式為：

LMCW·NCW-LMGW·NGW=LMCW·NCW0-LMGW·NGW0+(LMCW·NCW′-LMGW·NGW′)---(6)]]>

式中，為北斗系統(tǒng)寬巷載波相位模糊度的初始整數(shù)解，為GPS寬巷載波相位模糊度的初始整數(shù)解；N′_CW為北斗系統(tǒng)寬巷載波相位整周模糊度初始整數(shù)解的整數(shù)改正量，N′_GW為GPS寬巷載波相位模糊度初始整數(shù)解的整數(shù)改正量，各寬巷模糊度的整數(shù)改正量的大小與寬巷模糊度的整數(shù)初值有關(guān)；

對(duì)公式(6)進(jìn)一步處理，將北斗系統(tǒng)中的一顆衛(wèi)星的寬巷模糊度的整數(shù)改正量N′_CW、GPS系統(tǒng)中的一顆衛(wèi)星的寬巷模糊度的整數(shù)改正量N′_GW通過(guò)星間差分形成一個(gè)寬巷模糊度參數(shù)，再以北斗系統(tǒng)的寬巷模糊度波長(zhǎng)為系數(shù)，轉(zhuǎn)化成星間差分寬巷模糊度，公式為：

LMCW·NCW-LMGW·NGW=LMCW·NCW0-LMGW·NGW0+LMCW·(NCW′-LMGWLMCW·NGW′)---(7)]]>

步驟3.3：恢復(fù)星間差分寬巷模糊度參數(shù)的整數(shù)特性，具體過(guò)程為：

北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的寬巷載波相位波長(zhǎng)不同，求取波長(zhǎng)比，公式為：

LMGWLMCW=A---(8)]]>

式中，A表示GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)的寬巷載波相位波長(zhǎng)比，且有A∈(1，2)；

則式(7)中的星間差分寬巷模糊度參數(shù)進(jìn)一步替換為：

NCW′-LMGWLMCW·NGW′=NCW′-A·NGW′=NCW′-NGW′-(A-1)·NGW′---(9)]]>

式中，N′_CW和N′_GW都為未知的整周數(shù)，即N′_CW-N′_GW為北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)寬巷載波相位星間差分后的寬巷模糊度參數(shù)，(A-1)·N′_GW是星間差分寬巷模糊度參數(shù)N′_CW-N′_GW的殘余誤差項(xiàng)，對(duì)于公式(5)則有：

LMCW·ΦCW-LMGW·ΦGW+CORCW-CORGW=ρC-ρG-(LMCW·NCW0-LMGW·NGW0+LMCW·(NCW′-LMGwLMCW··NGW′))=ρC-ρG-(LMCW·NCW0-LMGW·NGW0+LMCW·(NCW′-NGW′-(A-1)·NGW′))---(10)]]>

步驟3.4：確定GPS寬巷模糊度的整數(shù)初值，使殘余誤差項(xiàng)消除，恢復(fù)星間差分寬巷模糊度整數(shù)特性；

對(duì)于目前的GPS系統(tǒng)，在殘余誤差項(xiàng)取值的絕對(duì)值小于0.5時(shí)：

若利用單個(gè)頻率的GPS偽距觀測(cè)值計(jì)算寬巷載波相位模糊度，若GPS偽距觀測(cè)值不存在粗差或觀測(cè)噪聲，則GPS寬巷載波相位模糊度初值的偏差應(yīng)小于5周；若GPS偽距觀測(cè)值存在粗差，則GPS寬巷模糊度初值的偏差應(yīng)小于28周；

若利用雙頻偽距和載波相位觀測(cè)值的MW組合計(jì)算GPS的寬巷模糊度初值，則寬巷模糊度初值的偏差應(yīng)小于3周；

對(duì)于目前的GPS系統(tǒng)，在殘余誤差項(xiàng)取值的絕對(duì)值小于0.25時(shí)，GPS寬巷模糊度初值的偏差應(yīng)小于14周；

對(duì)于上述具有不同殘余誤差項(xiàng)的情況，在寬巷載波相位模糊度初值精度范圍內(nèi)，也消除了殘余誤差項(xiàng)，則公式(10)化簡(jiǎn)為：

LMCW·ΦCW-LMGW·ΦGW+CORCW-CORGW=ρC-ρG-(LMCW·NCW0-LMG2·NGW0+LMCW·(NCW′-NGW′))---(11)]]>

式中，N′_CW-N′_GW為寬巷整周模糊度，此時(shí)的整周模糊度參數(shù)N′_CW-N′_GW的解算與傳統(tǒng)的基線模糊度解算方法相同；

以GPS系統(tǒng)寬巷載波相位波長(zhǎng)為星間差分寬巷模糊度參數(shù)系數(shù)，并恢復(fù)星間差分寬巷模糊度參數(shù)的整數(shù)特性，包括以下步驟：

步驟3.5：對(duì)公式(6)進(jìn)一步處理，將北斗系統(tǒng)一顆衛(wèi)星的寬巷模糊度的整數(shù)改正量N′_CW和GPS系統(tǒng)一顆衛(wèi)星的寬巷模糊度的整數(shù)改正量N′_GW，通過(guò)星間差分之后組合成一個(gè)寬巷模糊度，并以GPS系統(tǒng)的寬巷模糊度波長(zhǎng)為系數(shù)，形成星間差分寬巷模糊度，公式如下：

LMCW·NCW-LMGW·NGW=LMCW·NCW0-LMGW·NGW0+LMGW·(LMCWLMGW·NCW′-NGW′)---(12)]]>

式中，為北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)寬巷載波相位星間差分組合的寬巷模糊度參數(shù)；

步驟3.6：恢復(fù)星間差分寬巷模糊度參數(shù)的整數(shù)特性，具體過(guò)程為：

北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的寬巷載波相位波長(zhǎng)不同，求取波長(zhǎng)比，公式為：

LMCWLMGW=B---(13)]]>

式中，B表示北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的寬巷載波相位波長(zhǎng)比，且有B∈(0，1)；

根據(jù)式(13)，則式(12)中的星間差分寬巷模糊度進(jìn)一步寫成：

LMCWLMGW·NCW′-NGW′=B·NCW′-NGW′=NCW′-NGW′-(1-B)·NCW′---(14)]]>

式中，(1-B)·N′_CW為整周數(shù)N′_CW-N′_GW的殘余誤差項(xiàng)，對(duì)于公式(5)則有：

LMCW·ΦCW-LMGW·ΦGW+CORCW-CORGW=ρC-ρG-(LMCW·NCW0-LMGW·NGW0+LMGW·(LMCWLMGW·NCW′-NGW′))=ρC-ρG-(LMCW·NCW0-LMGW·NGW0+LMGW·(NCW′-NGW′-(1-B)·NCW′))---(15)]]>

如果要使星間差分寬巷模糊度參數(shù)N′_CW-N′_GW恢復(fù)整數(shù)特性，以便于進(jìn)行寬巷整周模糊度解算，需要將殘余誤差項(xiàng)(1-B)·N′_CW的影響降低至不影響N′_CW-N′_GW的整周特性；

步驟3.7：設(shè)置北斗系統(tǒng)寬巷模糊度的整數(shù)初值，使殘余誤差項(xiàng)消除，恢復(fù)寬巷模糊度整數(shù)特性；

利用北斗系統(tǒng)偽距觀測(cè)值計(jì)算北斗系統(tǒng)寬巷模糊度的初值，初值應(yīng)滿足的最低要求為：

對(duì)于目前的北斗系統(tǒng)，在殘余誤差項(xiàng)取值的絕對(duì)值小于0.5時(shí)：

若利用單個(gè)頻率的北斗偽距觀測(cè)值計(jì)算寬巷載波相位模糊度，若北斗偽距觀測(cè)值不存在粗差，則北斗系統(tǒng)寬巷載波相位模糊度初值的偏差應(yīng)小于5周；若北斗偽距觀測(cè)值存在粗差，則北斗系統(tǒng)寬巷模糊度初值的的偏差應(yīng)小于29周；

若利用雙頻偽距和載波相位觀測(cè)值的MW組合計(jì)算北斗系統(tǒng)的寬巷模糊度初值，則寬巷模糊度初值的偏差應(yīng)小于3周；

對(duì)于目前的北斗系統(tǒng)，在殘余誤差項(xiàng)取值的絕對(duì)值小于0.25時(shí)，利用單個(gè)頻率的北斗偽距觀測(cè)值計(jì)算寬巷載波相位模糊度，北斗系統(tǒng)寬巷模糊度初值的偏差應(yīng)小于15周；

對(duì)于上述具有不同殘余誤差項(xiàng)的情況，在寬巷載波相位模糊度初值精度范圍內(nèi)，也消除了殘余誤差項(xiàng)，則公式(15)即有：

LMCW·ΦCW-LMGW·ΦGW+CORCW-CORGW=ρC-ρG-(LMCW·NCW0-LMG2·NGW0+LMGW·(NCW′-NGW′))---(16)]]>

式中，N′_CW-N′_GW即為觀測(cè)方程式(16)的寬巷整周模糊度參數(shù)，此時(shí)的整周模糊度N′_CW-N′_GW的解算與傳統(tǒng)的基線模糊度解算方法相同；

步驟4：在星間寬巷載波相位觀測(cè)值混頻差分整周模糊度N′_CW-N′_GW確定之后，利用公式(11)或公式(16)計(jì)算測(cè)站位置參數(shù)，然后通過(guò)測(cè)站位置參數(shù)再計(jì)算北斗系統(tǒng)寬巷載波相位模糊度和GPS寬巷載波相位模糊度的初始整數(shù)解，即利用確定的整周模糊度進(jìn)行模糊度初始整數(shù)解的迭代計(jì)算，確定最終的整周模糊度，再利用寬巷載波相位觀測(cè)值Φ和寬巷模糊度N確定用戶北斗/GPS接收機(jī)到衛(wèi)星距離。