[發(fā)明專利]一種高低頻誤差分流預(yù)測的無延時亞米級差分定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510012441.8
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104536023B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王勝利
• 申請（專利權(quán)）人: 山東天星北斗信息科技有限公司
• 主分類號: G01S19/41
• 分類號: G01S19/41
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種高低頻誤差分流預(yù)測的無延時亞米級差分定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

首先，使用標準單點定位模型，分離出參考站接收機鐘差，并根據(jù)參考站精確的坐標反演低頻誤差，所述低頻誤差包括對流層延遲、電離層延遲、衛(wèi)星的軌道誤差及衛(wèi)星鐘差誤差；

然后，由于低頻誤差在短時間內(nèi)變化不明顯，將所述低頻誤差作為未來幾分鐘內(nèi)的預(yù)測誤差，將分離出來的低頻誤差作為預(yù)報信息發(fā)送給終端用戶；

最后，終端用戶進行單點定位模型的解算時，從參考站接收的預(yù)報信息用來消除終端用戶定位模型中的低頻誤差。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高低頻誤差分流預(yù)測的無延時亞米級差分定位方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

步驟(1)，單個參考站連續(xù)采集衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并進行實時數(shù)據(jù)預(yù)處理；其中所述衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星L1、L2載波相位觀測值和C1、P2偽距觀測值；

步驟(2)，使用標準單點定位模型，計算參考站接收機鐘差：

(21)，若當前時刻為t，令t₁＝t-t₀，t₀取10～100秒之間的任意值，則t₁時刻參考站對i衛(wèi)星的偽距觀測方程為：

$P_B^i\left(t_1\right)={\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)+c\·{\mathrm{\δt}}_B\left(t_1\right)-c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)-c\·{\mathrm{dt}}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{trop}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{ion}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{orbit}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{others}^i\left(t_1\right)---\left(1\right)$

其中：為t₁時刻參考站對i衛(wèi)星的偽距觀測值；為t₁時刻參考站對i衛(wèi)星的幾何距離；δt_B(t₁)為t₁時刻參考站接收機鐘差；δtⁱ(t₁)為t₁時刻i衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差；dtⁱ(t₁)為t₁時刻i衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差誤差；為t₁時刻i衛(wèi)星的對流層延遲；為t₁時刻i衛(wèi)星的電離層延遲；為t₁時刻i衛(wèi)星的軌道誤差；為t₁時刻的其他誤差；c為光速；

(22)，假設(shè)參考站接收到n顆衛(wèi)星，則得到所述參考站對n顆衛(wèi)星的偽距觀測方程，然后構(gòu)造t₁時刻參考站單點定位模型的誤差方程：

V_B(t₁)＝B_B(t₁)X_B(t₁)-L_B(t₁) (2)

其中：

$\begin{array}{cc}{V}_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{c}{V}_B^1\left(t_1\right)\\ V_B^2\left(t_1\right)\\ .\\ .\\ .\\ V_B^n\left(t_1\right)\end{array}\right]& B_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{cccc}{l}_B^1\left(t_1\right)& m_B^1\left(t_1\right)& n_B^1\left(t_1\right)& -1\\ l_B^2\left(t_1\right)& m_B^2\left(t_1\right)& n_B^2\left(t_1\right)& -1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ l_B^n\left(t_1\right)& m_B^n\left(t_1\right)& n_B^n\left(t_1\right)& -1\end{array}\right]\end{array}$

$\begin{array}{cc}{X}_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{x}_B\left(t_1\right)\\ \mathrm{\δ}{y}_B\left(t_1\right)\\ \mathrm{\δ}{z}_B\left(t_1\right)\\ \mathrm{\δ}{t}_B\left(t_1\right)\end{array}\right]& L_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{c}{L}_B^1\left(t_1\right)\\ L_B^2\left(t_1\right)\\ .\\ .\\ .\\ L_B^n\left(t_1\right)\end{array}\right]\end{array}$

若參考站坐標為(X_B,Y_B,Z_B)，對于t₁時刻坐標為(Xⁱ(t₁),Yⁱ(t₁),Zⁱ(t₁))的第i顆衛(wèi)星：

$\begin{array}{ccc}{l}_B^i\left(t_1\right)=\frac{X_B-X^i\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)}& m_B^i\left(t_1\right)=\frac{Y_B-Y^i\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)}& n_B^i\left(t_1\right)=\frac{Z_B-Z^i\left(t_i\right)}{{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)}\end{array}$

$L_B^i\left(t_1\right)=P_B^i\left(t_1\right)-{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)$

其中，為t₁時刻參考站對i衛(wèi)星的幾何距離；使用最小二乘估計準則對所述t₁時刻參考站單點定位模型的誤差方程求解，可得：

${\hat{X}}_B\left(t_1\right)={\left(B_B^T\right(t_1\left)P_B\right(t_1\left)B_B\right(t_1\left)\right)}^{-1}{B}_B^T\left(t_1\right)P_B\left(t_1\right)L_B\left(t_1\right)---\left(3\right)$

其中，權(quán)陣P_B(t₁)為：

其中，(δx_B(t₁),δy_B(t₁),δz_B(t₁))為參考站單點定位坐標改正數(shù)，其估值為δt_B(t₁)為t₁時刻終端接收機鐘差，其估值為為t₁時刻衛(wèi)星i相對于參考站B的高度角；

(3)根據(jù)t₁時刻的參考站觀測數(shù)據(jù)，反演得到t₁時刻的參考站低頻誤差dLⁱ_B(t₁)，所述低頻誤差包括衛(wèi)星的對流層延遲電離層延遲衛(wèi)星的軌道誤差衛(wèi)星鐘差誤差dtⁱ(t₁)以及其他誤差其中：

$\begin{array}{c}{\mathrm{dL}}_B^i\left(t\right)=-c\·{\mathrm{dt}}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{trop}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{ion}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{orbit}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{others}^i\left(t_1\right)\\ =P_B^i\left(t_1\right)-{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)-c\·\mathrm{\δ}{\hat{t}}_B\left(t_1\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)\end{array}---\left(4\right)$

將t₁時刻的參考站低頻誤差作為預(yù)報信息發(fā)送至終端用戶，所述作為終端用戶在t時刻對i衛(wèi)星觀測值的低頻誤差計算值

(4)終端用戶的單點定位：

假設(shè)用戶接收到m顆衛(wèi)星，且n≥m，即終端用戶接收到的衛(wèi)星，參考站也能保證接收到；

(41)，構(gòu)造終端用戶單點定位模型：t時刻終端用戶對i衛(wèi)星的偽距觀測方程為：

$P_r^i\left(t\right)={\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)+c\·{\mathrm{\δt}}_r\left(t\right)-c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t\right)-c\·{\mathrm{dt}}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{trop}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{ion}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{orbit}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{others}^i\left(t\right)$

其中：為t時刻終端用戶對i衛(wèi)星的偽距觀測值；為t時刻終端用戶對i衛(wèi)星的幾何距離；δt_r(t)為t時刻終端用戶接收機鐘差；δtⁱ(t)為t時刻i衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差；dtⁱ(t)為t時刻i衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差誤差；為t時刻i衛(wèi)星的對流層延遲；為t時刻i衛(wèi)星的電離層延遲；為t時刻i衛(wèi)星的軌道誤差；為t時刻的其他誤差；c為光速；

(42)，根據(jù)所述步驟(41)得到t時刻終端用戶對所述m顆衛(wèi)星的偽距觀測方程，構(gòu)造t時刻終端用戶單點定位模型的誤差方程為：

V_r(t)＝B_r(t)X_r(t)-L_r(t) (5)

其中：

$\begin{array}{cc}{V}_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{V}_r^1\left(t\right)\\ V_r^2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ V_r^m\left(t\right)\end{array}\right]& B_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{cccc}{l}_r^1\left(t\right)& m_r^1\left(t\right)& n_r^1\left(t\right)& -1\\ l_r^2\left(t\right)& m_r^2\left(t\right)& n_r^2\left(t\right)& -1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ l_r^m\left(t\right)& m_r^m\left(t\right)& n_r^m\left(t\right)& -1\end{array}\right]\end{array}$

$\begin{array}{cc}{X}_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{x}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{y}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{z}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{t}_r\left(t\right)\end{array}\right]& L_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{L}_r^1\left(t\right)\\ L_r^2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ L_r^m\left(t\right)\end{array}\right]\end{array}$

若終端用戶的初始坐標為(X_r0(t),Y_r0(t),Z_r0(t))，對于t時刻坐標為(Xⁱ(t),Yⁱ(t),Zⁱ(t))的第i顆衛(wèi)星：

$l_r^i\left(t\right)=\frac{X_{r0}\left(t\right)-X^i\left(t\right)}{{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)},m_r^i\left(t\right)=\frac{Y_{r0}\left(t\right)-Y^i\left(t\right)}{{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)},n_r^i\left(t\right)=\frac{Z_{r0}\left(t\right)-Z^i\left(t\right)}{{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)}$

根據(jù)從參考站接收到的預(yù)報信息可得：

$\begin{array}{c}{L}_r^i\left(t\right)=P_r^i\left(t\right)-{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t\right)-{\mathrm{dL}}_B^i\left(t\right)\\ =P_r^i\left(t\right)-{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t\right)-P_B^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)+c\·\mathrm{\δ}{\hat{t}}_B\left(t_1\right)-c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)\end{array}---\left(6\right)$

其中，為t時刻i衛(wèi)星到終端用戶的幾何距離；

(43)，使用最小二乘估計準則對所述t時刻終端用戶單點定位模型的誤差方程求解，可得：

${\hat{X}}_r\left(t\right)={\left(B_r^T\right(t\left)P_r\right(t\left)B_r\right(t\left)\right)}^{-1}{B}_r^T\left(t\right)P_r\left(t\right)L_r\left(t\right)---\left(7\right)$

其中權(quán)陣P_r(t)為：

其中，(δx_r(t),δy_r(t),δz_r(t))為t時刻終端用戶單點定位坐標改正數(shù)，其估值為δt_r(t)為t時刻終端接收機鐘差，其估值為為t₁時刻衛(wèi)星i相對于終端用戶r的高度角；

(5)根據(jù)所述計算終端用戶坐標(X_r(t),Y_r(t),Z_r(t))：

$\left[\begin{array}{c}{X}_r\left(t\right)\\ Y_r\left(t\right)\\ Z_r\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_{r0}\left(t\right)\\ Y_{r0}\left(t\right)\\ Z_{r0}\left(t\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{\hat{x}}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{\hat{y}}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{\hat{z}}_r\left(t\right)\end{array}\right]---\left(8\right).$