[發(fā)明專利]基于GNSS高精度系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710856025.5
• 申請(qǐng)日: 2017-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN107748372A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊超;崔紅正;周培源;年勁飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司
• 主分類號(hào): G01S19/02
• 分類號(hào): G01S19/02
• 代理公司: 上海市海華永泰律師事務(wù)所31302
• 代理人: 包文超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星技術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種基于GNSS高精度系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在GNSS(Global Navigation Satellite System，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))衛(wèi)星鐘差獲取方面，IGS(International GNSS Service，國(guó)際GNSS服務(wù)組織)分析中心通過全球IGS站數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi)星軌道計(jì)算，同時(shí)估計(jì)出測(cè)站坐標(biāo)、模糊度、對(duì)流層延遲和接收機(jī)鐘差等參數(shù)，在估算衛(wèi)星鐘差時(shí)，軌道參數(shù)、測(cè)站坐標(biāo)、模糊度參數(shù)和對(duì)流層延遲參數(shù)均當(dāng)作已知值處理，僅估計(jì)接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星鐘差。利用這種方法估計(jì)的事后衛(wèi)星鐘差的精度可達(dá)0.1ns。但此方法是在計(jì)算軌道基礎(chǔ)上估計(jì)衛(wèi)星鐘差，算法極為復(fù)雜，計(jì)算量大，且全球IGS跟蹤站數(shù)據(jù)傳輸存在較長(zhǎng)時(shí)延，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)估計(jì)衛(wèi)星鐘差存在較大困難。針對(duì)這些問題，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了深入研究，劉經(jīng)南等人在分布式廣域差分研究中提出利用若干個(gè)分布均勻的跟蹤站偽距相位觀測(cè)值與預(yù)報(bào)精密星歷一起實(shí)時(shí)估計(jì)相對(duì)衛(wèi)星鐘差的方法，采用此法估計(jì)的鐘差絕對(duì)精度優(yōu)于10-7秒，相對(duì)精度為3-5ns(劉經(jīng)南等，1999)。而美國(guó)的Hah和Kwon提出了利用IGS精密軌道數(shù)據(jù)和IGS跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，估計(jì)事后高采樣率的精密鐘差方法，其估計(jì)的30s采樣率的精密鐘差精度為0.1ns(S.C.Hah et.al，2001)。澳大利亞的Broderbauer教授也提出了基于連續(xù)跟蹤站的衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)計(jì)算模型，并首次引入二次多項(xiàng)式加周期項(xiàng)的鐘差擬合模型，其計(jì)算的實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差精度為1-2ns(Broderbauer et.al，2003)。但實(shí)時(shí)衛(wèi)星精度較差，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)高精度定位的需求。

在GPS(Global Positioning System，全球定位導(dǎo)航系統(tǒng))衛(wèi)星鐘差預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面，IGS最早采用二次多項(xiàng)式模型進(jìn)行快速星歷衛(wèi)星鐘差短期預(yù)報(bào)，其預(yù)報(bào)精度較低。鑒于實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差的重要性，很多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。國(guó)外學(xué)者Epstein等(Epstein.Met.al，2003)通過對(duì)在軌GPS Rb鐘研究表明，用Kalman濾波對(duì)GPS星座衛(wèi)星進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)間為6小時(shí)以內(nèi)，預(yù)報(bào)精度為8-9ns，當(dāng)預(yù)報(bào)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，卡爾曼濾波預(yù)報(bào)精度較低。澳大利亞的Broederbauer和Weber(Broederbauer et.al，2003，2005)提出的附加周期項(xiàng)的二次多項(xiàng)式擬合模型，考慮了其預(yù)報(bào)鐘差模型和鐘差具有周期性的特點(diǎn)，預(yù)報(bào)6h鐘差的精度達(dá)到了2ns。國(guó)內(nèi)的侯俊等(侯俊，2006；郭海榮，2007；鄭作亞，2007)提出基于TWSTFT的鐘差預(yù)報(bào)方法，其改進(jìn)的AR模型，預(yù)報(bào)6h鐘差的精度為1ns。秦顯平等(秦顯平，2004；毛悅，2007；路曉峰，2008)提出利用SLR(衛(wèi)星激光測(cè)距)及偽距數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi)星鐘差預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)24h鐘差的精度為2ns。目前，GPS衛(wèi)星鐘差存在的問題是衛(wèi)星鐘差模型多元化，短期預(yù)報(bào)精度較高，但長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)精度較低。

導(dǎo)航衛(wèi)星觀測(cè)量是以衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘頻信號(hào)為基準(zhǔn)獲得的，衛(wèi)星鐘差和軌道的精度一起決定系統(tǒng)所能提供服務(wù)的精度潛力。由于衛(wèi)星軌道變化平緩可以預(yù)報(bào)，目前IGS利用全球跟蹤站網(wǎng)生成的快速預(yù)報(bào)軌道精度已經(jīng)達(dá)到5個(gè)厘米，完全可以滿足實(shí)時(shí)精密定位的需求。與衛(wèi)星軌道不同，即使取消了SA(Selective Availability)政策，衛(wèi)星鐘的不穩(wěn)定部分仍然變化很快，精密單點(diǎn)定位對(duì)衛(wèi)星鐘差精度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前實(shí)時(shí)廣播星歷提供的鐘差精度(2.5ns)，即使是目前IGS提供的超快速實(shí)時(shí)鐘差精度也在1.5ns左右，依然無(wú)法滿足實(shí)時(shí)精密定位的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為滿足實(shí)時(shí)高精度定位的要求，必須建立衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)估計(jì)衛(wèi)星鐘差和高精度短期預(yù)報(bào)鐘差，提高衛(wèi)星鐘差的精度和衛(wèi)星鐘差的更新頻率。本發(fā)明針對(duì)衛(wèi)星鐘的不穩(wěn)定部分仍然變化很快，精密單點(diǎn)定位對(duì)衛(wèi)星鐘差精度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前實(shí)時(shí)廣播星歷提供的鐘差精度(2.5ns)，即使是目前IGS提供的超快速實(shí)時(shí)鐘差精度也在1.5ns左右，依然無(wú)法滿足實(shí)時(shí)精密定位的需求等技術(shù)問題，提出了一種基于GNSS高精度增強(qiáng)系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于GNSS高精度系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)接收與讀取子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)、精密衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)解算子系統(tǒng)、精密衛(wèi)星鐘差實(shí)時(shí)短期預(yù)報(bào)子系統(tǒng)、鐘差產(chǎn)品及過程文件生成子系統(tǒng)；

數(shù)據(jù)接收與讀取子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并傳輸?shù)綄?shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)；