[發(fā)明專(zhuān)利]一種實(shí)時(shí)北斗精密相對(duì)定位的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510043928.2
• 申請(qǐng)日: 2015-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104536027A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張良;吳杰;呂漢峰;王鼎杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/51
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/51;G01S19/41;G01S19/44
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專(zhuān)利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 李振

1.一種實(shí)時(shí)北斗精密相對(duì)定位的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，整周模糊度參數(shù)初始化：利用基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的同步北斗觀測(cè)數(shù)據(jù)初始化載波相位整周模糊度參數(shù)；

步驟二，周跳探測(cè)：對(duì)站星間的非同步雙差載波相位進(jìn)行周跳探測(cè)，對(duì)發(fā)生周跳的衛(wèi)星進(jìn)行標(biāo)記；

步驟三，偽距單點(diǎn)定位：利用基準(zhǔn)站、移動(dòng)站的北斗偽距觀測(cè)信息，分別進(jìn)行基準(zhǔn)站和移動(dòng)站偽距單點(diǎn)定位，獲得基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的絕對(duì)位置，獲得基準(zhǔn)站測(cè)量時(shí)的北斗衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的衛(wèi)星坐標(biāo)及鐘差和移動(dòng)站測(cè)量時(shí)的北斗衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的衛(wèi)星坐標(biāo)及鐘差；

步驟四，基準(zhǔn)站與移動(dòng)站的觀測(cè)歷元差判斷：計(jì)算基準(zhǔn)站的觀測(cè)歷元與移動(dòng)站的觀測(cè)歷元之差，如果差值大于15s，則返回步驟一，否則進(jìn)入步驟五；

步驟五，周跳修復(fù)：采用附加模糊度參數(shù)方法修復(fù)發(fā)生周跳的衛(wèi)星的整周模糊度，即利用未發(fā)生周跳的衛(wèi)星的整周模糊度計(jì)算發(fā)生周跳的衛(wèi)星的整周模糊度；

步驟六，求解基準(zhǔn)站與移動(dòng)站的相對(duì)位置：利用基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的非差非同步載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星坐標(biāo)以及鐘差，建立非同步載波相位雙差相對(duì)定位觀測(cè)方程，計(jì)算基準(zhǔn)站與移動(dòng)站的相對(duì)位置。

2.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)北斗精密相對(duì)定位的方法，其特征在于，所述步驟六中建立非同步載波相位雙差相對(duì)定位觀測(cè)方程，計(jì)算基準(zhǔn)站與移動(dòng)站的相對(duì)位置，具體過(guò)程為：

(S1)建立載波相位雙差觀測(cè)方程組：利用基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的非差載波相位觀測(cè)值及廣播星歷信息，建立雙差載波相位相對(duì)定位觀測(cè)方程；設(shè)基準(zhǔn)站A在觀測(cè)時(shí)刻t₀，測(cè)得i號(hào)衛(wèi)星的非差載波相位觀測(cè)值為和j號(hào)衛(wèi)星的非差載波相位觀測(cè)值為移動(dòng)站B在觀測(cè)時(shí)刻t₁，測(cè)得i號(hào)衛(wèi)星的非差載波相位觀測(cè)值為和j號(hào)衛(wèi)星的非差載波相位觀測(cè)值為i,j為整數(shù)；

定義：

(·)ABij(t0,t1)=((·)Bj(t1)-(·)Aj(t0))-((·)Bi(t1)-(·)Ai(t0))(·)ABij(T0,T1)=((·)Bj( T1j)-(·)Aj(T0j))-((·)Bi(T1 i)-(·)Ai(T0i))]]>

其中，上標(biāo)i和j代表衛(wèi)星號(hào)，i號(hào)衛(wèi)星為參考星，下標(biāo)A和B代表基準(zhǔn)站和移動(dòng)站；T代表衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送時(shí)刻，如表示在觀測(cè)時(shí)刻t₀時(shí)，對(duì)應(yīng)i號(hào)衛(wèi)星的信號(hào)發(fā)送時(shí)刻，單位為秒；

則非同步載波相位雙差觀測(cè)方程為：

ΦABij(t0,t1)=ρABij(T0,T1)+λNABij(t0,t1)-cδtABij(T0,T1)+ϵABij(t0,t1)---(1)]]>

其中，為不同時(shí)刻的雙差載波相位觀測(cè)值，單位為米；為不同時(shí)刻的雙差幾何距離，單位為米；為不同時(shí)刻的雙差整周模糊度，單位為周；λ為某個(gè)頻點(diǎn)的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，單位為米；為不同時(shí)刻的雙差衛(wèi)星鐘差，單位為秒；c為光速，單位為米/秒；為不同時(shí)刻的雙差噪聲，單位為米；

式(1)中，基站與移動(dòng)站的相對(duì)位置參數(shù)隱含于雙差幾何距離量中，其具體為表達(dá)式為：

ρABij(T0,T1)=(||rB(t1)-rj(T1 j)||-||rA(t0)-rj(T0j)||)-(||rB(t1)-ri( T1 i)||-||rA(t0)-ri(T0i)||)---(2)]]>

式(2)中，和為j號(hào)衛(wèi)星在信號(hào)發(fā)送時(shí)刻T₁和T₀的三維位置坐標(biāo)，單位為米；和為i號(hào)衛(wèi)星在信號(hào)發(fā)送時(shí)刻T₁和T₀的三維位置坐標(biāo)，單位為米；||.||表示衛(wèi)星到測(cè)站之間的幾何距離，單位為米；r_A(t₀)為基準(zhǔn)站在觀測(cè)時(shí)刻t₀的三維位置坐標(biāo)；r_B(t₁)為移動(dòng)站在觀測(cè)時(shí)刻t₁的三維位置坐標(biāo)，單位為米；

設(shè)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站共同觀測(cè)了m顆衛(wèi)星，則有建立(m-1)個(gè)雙差載波相位觀測(cè)方程：

ΦABi1(t0,t1)=ρABi1(T0,T1)+λNABi1(t0,t1)-cδtABi1(T0,T1)+ϵABi1(t0,t1)ΦABi2(t0,t1)=ρABi2(T0,T1)+λNABi2(t0,t1)-cδtABi2(T0,T1)+ϵABi2(t0,t1)···ΦABik(t0,t1)=ρABik(T0,T1)+λNABik(t0,t1)-cδtABik(T0,T1)+ϵABik(t0,t1)---(3)]]>

式中，k表示衛(wèi)星號(hào)，k＝1,2,…，j,…m-1；k≠i；k,m為整數(shù)；

(S2)相對(duì)定位觀測(cè)方程組線性化：根據(jù)泰勒展開(kāi)原理，對(duì)非線性相對(duì)定位觀測(cè)方程組進(jìn)行線性化；

在式(2)中，衛(wèi)星的坐標(biāo)以實(shí)時(shí)播發(fā)的廣播星歷參數(shù)計(jì)算；在基準(zhǔn)站位置線性泰勒展開(kāi)至一階項(xiàng)，式(2)變?yōu)?/p>

ρABij(T0,T1)=ρ0j-(uBj-uBi)rABρ0j=(||rA(t0)-rj( T1j)||-||rA(t0)-rj(T0j)||)-(||rA(t0)-ri(T1 i)||-||rA(t0)-ri(T0i)||)---(4)]]>

其中，u代表單位矢量，表示移動(dòng)站B到j(luò)號(hào)衛(wèi)星的單位矢量；表示移動(dòng)站B到i號(hào)衛(wèi)星的單位矢量；表示j號(hào)衛(wèi)星的雙差幾何距離泰勒展開(kāi)的零階項(xiàng)；r_AB為基準(zhǔn)站到移動(dòng)站的基線矢量；

將式(4)代入式(3)，則線性化的觀測(cè)方程組為：

ΦABi1(t0,t1)-ρ01-λNABi1(t0,t1)+cδtABi1(T0,T1)=-(uB1-uBi)rAB+ϵABi1(t0,t1)ΦABi2(t0,t1)-ρ02-λNABi2(t0,t1)+cδtABi2(T0,T1)=-(uB2-uBi)rAB+ϵABi2(t0,t1)···ΦABik(t0,t1)-ρ0k-λNABik(t0,t1)+cδtABik(T0,T1)=-(uBk-uBi)rAB+ϵABik(t0,t1)---(5)]]>

式中，k表示衛(wèi)星號(hào)，k＝1,2,…,j,…m-1；k≠i；k,m為整數(shù)；

式(5)中，衛(wèi)星鐘差雙差根據(jù)實(shí)時(shí)廣播星歷參數(shù)計(jì)算；

(S3)線性觀測(cè)方程組求解：根據(jù)最小二乘估計(jì)，即可求得基準(zhǔn)站到移動(dòng)站的基線矢量；

記：

Y=ΦABi1(t0,t1)-ρ01-λNABi1(t0,t1)+cδtABi1(T0,T1)ΦABi2(t0,t1)-ρ02-λNABi2(t0,t1)+cδtABi2(T0,T1)···ΦABik(t0,t1)-ρ0k-λNABik(t0,t1)+cδtABik(T0,T1),Q=-(uB1-uBi)-(uB2-uBi)···-(uBk-uBi)---(6)]]>

式中，k表示衛(wèi)星號(hào)，k＝1,2,…,j,…m-1；k≠i；k,m為整數(shù)；

根據(jù)最小二乘估計(jì)原理，求解式(5)，得到：

r_AB＝(Q^TQ)^-1Q^TY??????????(7)

r_AB即可確定基準(zhǔn)站與移動(dòng)站之間的相對(duì)位置。