一種gnss三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法基于IGS提供的精密衛(wèi)星星歷與鐘差以及網(wǎng)絡(luò)解算的相位延遲改正,利用三頻偽距與載波相位觀測值實(shí)現(xiàn)精密單點(diǎn)定位的解算方法;利用超寬巷相位偽距組合解算超寬巷整周模糊度,并結(jié)合解算的無電離層組合觀測值模糊度,解算窄巷整周模糊,最終獲得模糊度固定的高精度單點(diǎn)定位結(jié)果。本發(fā)明提供的一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,減少了待估參數(shù)的個(gè)數(shù),提高了計(jì)算效率,同時(shí)提高了精密單點(diǎn)定位模糊度解算成功率,以及定位精度與可靠性。
【專利說明】一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固 定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)能夠?yàn)榈厍虮?面和近地空間的廣大用戶提供全天時(shí)、全天候、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù),已廣泛應(yīng) 用于國防、海陸空交通運(yùn)輸、測繪、移動(dòng)通信、電力、電子金融、精細(xì)農(nóng)業(yè)和減災(zāi)救災(zāi)等領(lǐng)域, 是拓展人類活動(dòng)和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。
[0003]GNSS精密單點(diǎn)定位(PPP)技術(shù)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供精密位置服務(wù)的關(guān)鍵技 術(shù)之一,它利用衛(wèi)星精密星歷及衛(wèi)星鐘差,以單臺(tái)雙頻接收機(jī)采集的非差相位和偽距數(shù)據(jù) 作為主要觀測值來進(jìn)行單點(diǎn)定位,可以直接得到分米級(jí)乃至厘米級(jí)的高精度的三維位置, 極大的提高了作業(yè)效率,降低作業(yè)成本。因而在其出現(xiàn)之初,即受到科研與應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛 的關(guān)注,獲得了較快發(fā)展。在過去10年間,PPP技術(shù)從雙頻發(fā)展到單頻、從單系統(tǒng)發(fā)展到多 系統(tǒng)組合、從事后發(fā)展到實(shí)時(shí)、從浮點(diǎn)解發(fā)展到固定解。其中精密單點(diǎn)定位的模糊度固定解 可以獲得厘米級(jí)的定位精度,是目前的衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。但是基于目前在軌GPS 衛(wèi)星大多發(fā)送雙頻偽距與載波信號(hào),使得精密單點(diǎn)定位的模糊度固定需要較長的初始化時(shí) 間,從而限制了其應(yīng)用范圍。
[0004] 隨著美國GPS的現(xiàn)代化、俄羅斯的GLONASS更新、歐盟的GALILEO發(fā)展、中國的BDS 后來居上,未來的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都將在三個(gè)或三個(gè)以上頻點(diǎn)播發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào),因而多系 統(tǒng)多頻精密定位將成為未來GNSS高精度測量應(yīng)用的發(fā)展方向。相對(duì)于雙頻PPP而言,三頻 PPP的數(shù)據(jù)處于理(周跳探測)將更加可靠,且可有效減少模糊度解算的初始化時(shí)間,不僅 對(duì)實(shí)時(shí)高精度導(dǎo)航定位服務(wù)具有重要意義,而且對(duì)于北斗在高精度測量領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化推廣 具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法, 該方法利用三頻載波相位實(shí)現(xiàn)高精度單點(diǎn)定位。
[0006] 為達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007] -種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,該方法包括以下步驟:
[0008] 步驟一:基于第i歷元原始的載波相位與偽距觀測值,形成兩個(gè)獨(dú)立的無電離層 組合觀測值;
[0009] 步驟二:基于對(duì)流層模型、地球固體潮模型、衛(wèi)星天線相位中心模型修正誤差源的 影響;
[0010] 步驟三:計(jì)算觀測方程系數(shù)矩陣,并利用Kalman濾波技術(shù)估計(jì)接收機(jī)三維位置與 無電離層組合觀測值的載波相位模糊度; toon] 步驟四:基于原始的載波相位與偽距觀測值,形成超寬巷偽距相位組合,并采用移 動(dòng)平滑技術(shù),獲得超寬巷整周模糊度及其模糊度解算的成功率;
[0012] 步驟五:基于步驟三解算的無電離層組合觀測值模糊度及步驟四解算的超寬巷模 糊度,通過以下公式,形成第一與第二頻段的模糊度值及其方差協(xié)方差矩陣;
[0013]
【權(quán)利要求】
1. 一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一:基于第i歷元原始的載波相位與偽距觀測值,形成兩個(gè)獨(dú)立的無電離層組合 觀測值; 步驟二:基于對(duì)流層模型、地球固體潮模型、衛(wèi)星天線相位中心模型修正誤差源的影 響; 步驟三:計(jì)算觀測方程系數(shù)矩陣,并利用Kalman濾波技術(shù)估計(jì)接收機(jī)三維位置與無電 離層組合觀測值的載波相位模糊度; 步驟四:基于原始的載波相位與偽距觀測值,形成超寬巷偽距相位組合,并采用移動(dòng)平 滑技術(shù),獲得超寬巷整周模糊度及其模糊度解算的成功率; 步驟五:基于步驟三解算的無電離層組合觀測值模糊度及步驟四解算的超寬巷模糊 度,通過以下公式,形成第一與第二頻段的模糊度值及其方差協(xié)方差矩陣;
其中,fp f2, f3為觀測值的頻率,NIF1,NIF2為三頻載波相位觀測值形成的兩個(gè)獨(dú)立的無 電離層組合觀測值的模糊度,巧〇,i,-i)為超寬巷組合觀測值的模糊度; 步驟六:解算載波第一與第二頻段的窄巷整周模糊度并檢驗(yàn),更新定位信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,其特征在于: 所述步驟一通過以下公式形成兩個(gè)獨(dú)立的無電離層組合觀測值,
分別為偽距與相位組合觀測值的噪聲;為無電離層組合觀測值的模糊度;為無電 離層組合觀測值的波長;P為接收機(jī)到衛(wèi)星的距離;m為對(duì)流層延遲的投影函數(shù);t為天 頂對(duì)流層延遲;為無電離層組合觀測值的接收機(jī)鐘差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,其特征在于: 所述步驟三Kalman濾波技術(shù)的Kalman濾波的過程為,
其中,yk為無電離層偽距與載波相位組合觀測值,Ak為觀測值的系數(shù)矩陣,%為k-1歷元的狀態(tài)向量,為預(yù)測的狀態(tài)向量,%|fc為當(dāng)前k歷元的狀態(tài)向量;Tkh為狀 態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,其特征在于: 所述步驟四中計(jì)算超寬巷模糊度及其模糊度解算的成功率具體包括以下步驟: 1) 通過以下公式形成超寬巷偽距相位組合,
其中,L&k為超寬巷偽距載波相位組合觀測值,下標(biāo)(0,1,-1)表示組合觀測值的系 數(shù),入超寬巷組合觀測值的模糊度,組合觀測值的模糊度Nk: (N2-N3) ;e 為組合觀測值噪聲; 2) 采用移動(dòng)平滑技術(shù),得到平滑的組合觀測值,
其中,k為平滑歷元個(gè)數(shù);£〇),:!,-;〇(/〇為k歷元平滑的超寬巷偽距相位組合觀測值; 崎。丄-^幻為^丄-以幻的方差; 3) 通過以下公式計(jì)算超寬巷模糊度,
式中Lj代表取整操作,表示網(wǎng)絡(luò)解算的超寬巷UPD值; 4) 通過以下公式計(jì)算超寬巷模糊度解算成功率,
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS三頻精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法,其特征在于: 所述步驟六更新位置信息具體包括以下步驟: 1)基于MLAMBDA,解算以下公式的整周模糊度,
其中,r為Ratio值;及!2為與實(shí)數(shù)模糊度最近的整周模糊度矢量,靈12為與實(shí)數(shù)模糊度 次最近整周模糊度矢量; 3)如果通過整周模糊度正確檢驗(yàn),則通過以下公式更新位置信息,
其中,b表示模糊度浮點(diǎn)解的接收機(jī)三維位置矢量,&表示三維位置矢量與模糊度 之間的方差協(xié)方差矩陣,Pbb為Kalman濾波獲得的三維位置的方差協(xié)方差矩陣,PS5.為模糊 度固定后三維位置的方差協(xié)方差矩陣,sIF為GNSS網(wǎng)絡(luò)解算的無電離層組合觀測值的UPD;
【文檔編號(hào)】G01S19/44GK104483690SQ201510002671
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2015年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月5日
【發(fā)明者】于興旺, 劉剛, 盧艷娥, 何盼 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院