一种PPP快速定位收敛的方法技术

本发明专利技术提供了一种PPP快速定位收敛的方法，采用EKF平滑滤波处理，减小收敛过程中的随机抖动；采用PPP定位前30历元的定位数据，用均值聚类分类，获得到各个聚类的聚类中心，对聚类中心求平均，得到PPP收敛的起算点，再用Hatch算法对PPP定位结果进行收敛计算，本发明专利技术的提出的PPP快速定位收敛的方法，相比于以往依靠伪距单点定位或差分定位的做法，满足了单台接收机即可达到cm级定位精度的要求；本发明专利技术提出的PPP快速定位收敛的方法，相比于常规精密单点定位解算的做法，节省了90％时间，大大加强了PPP方法在外场标定中实时性和实用性，快速获得cm级定位精度。

A Fast Positioning and Convergence Method for PPP

The invention provides a method for fast positioning and convergence of PPP, which adopts EKF smoothing filtering to reduce random jitter in the convergence process; uses positioning data of the first 30 epochs of PPP positioning, uses mean clustering classification to obtain clustering centers of each cluster, averages clustering centers, obtains the starting point of PPP convergence, and then uses Hatch algorithm to calculate the convergence of PPP positioning results. Compared with the previous methods of pseudo-range single-point positioning or differential positioning, the proposed method of PPP fast positioning convergence meets the requirement that a single receiver can achieve cm-level positioning accuracy. Compared with the conventional method of precise single-point positioning, the proposed method saves 90% of the time and greatly strengthens the PPP method in field calibration. Real-time and practicability, fast acquisition of cm-level positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种PPP快速定位收敛的方法
本专利技术属于卫星导航领域，涉及一种定位方法。
技术介绍
卫星导航具有全天候、广覆盖和低成本等优点，已经成为导航体系中最主要的导航手段。在卫星导航定位中，主要有伪距单点定位和差分定位两种定位方式。伪距单点定位只要一台接收机即可实现定位，具有良好的实时性，单定位精度一般为几十米，可以很好地满足粗略位置定位需求，但精度要求满足不了测绘、检测、标定等实际需求。GPS精密单点定位技术(PPP)是近年来发展起来的一种全新的定位模式，采用IGS提供的精密星历和精密钟差，用户利用单台GPS双频接收机接收星历和观测数据，事后解算可以实现在数千平方公里乃至全球范围内的任意位置高精度定位。但由于PPP定位收敛缓慢，一般需要15分钟～30分钟，才能收敛到cm级精度，大大降低了在测绘、检测、标定的效率，严重制约了PPP技术在工程实践中的应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种PPP快速收敛的方法，采用EKF平滑滤波处理，减小收敛过程中的随机抖动；采用PPP定位前30历元的定位数据，用均值聚类分类，获得到各个聚类的聚类中心，对聚类中心求平均，得到PPP收敛的起算点。再用Hatch算法，对PPP定位结果进行收敛计算，大大缩短了PPP静态定位收敛时间，在2分钟内可以收敛到cm级定位精度，节省了90％时间，大大加强了PPP方法在外场标定中实时性和实用性，获得cm级定位精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)实时获得IGS网站发布的精密星历和精密钟差，获得广播星历和观测数据(2)采用GPS卫星星历和卫星钟差，以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行高精度单点定位，P(Li)＝ρ+c(dt-dT)+dorb+dtrop+dion/Li+dmpath/P(Li)+ε(P(Li))其中，Φ(Li)是波段Li上的载波相位观测值，i＝1,2；P(Li)是Li上的伪距观测值；ρ是卫星到接收机的几何距离，(Xs,Ys,Zs)是卫星发射时刻t的坐标，(x,y,z)是信号接收时刻T＝t+ρ/c的接收机坐标；c是光速；dt是卫星钟差；dT是接收机钟差；dorb是卫星轨道误差；dtrop是对流层延迟；dion/Li为Li上的电离层延迟；λi是Li的波长；Ni是Li的整周模糊度；是接收机振荡器的初始相位；是卫星振荡器的初始相位；dmpath/P(Li)是Li上的伪距测量值的多路径效应；dmpath/φ(Li)是Li上的载波相位测量值的多路径效应(m)；ε(·)是测量噪声；(3)使用IGS的精密星历和精密钟差，将对流层延迟dtrop表示成对流层延迟zpd与映射函数M的积；采用双频无电离层观测值组合来消除电离层的一阶影响，单点定位的数学模型(4)采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行模糊度和坐标积累；构造系统方程xk＝(Xk,Yk,Zk,zpdk,Nk)，Xk,Yk,Zk代表k时刻接收机位置，zpdk为k时刻的对流层延迟，Nk为k时刻的模糊度；构造测量方程yk＝(PIF,k,ΦIF,k)＝H(xk)xk，PIF,k代表k时刻无电离层伪距观测值，ΦIF,k代表k时刻无电离层相位观测值，H(xk)为测量方程的系数矩阵；构造系统估计方程代表k-1时刻系统估计值，代表k时刻系统估计值，Kk为增益矩阵，yk为测量观测值；构造系统估计方程协方差I为单位矩阵，Pk(-)为k-1时刻的协方差，Pk(+)是k时刻协方差；构造增益方程(5)设PPP定位数据为X＝{x1,x2,…,xn}，对于每个样本点xi，点密度zi＝1/min({di,j})，其中，1≤i≤n，di,j表示样本xi和样本xj的欧氏距离；修正FCM的距离的调节因子其中αj是样本xj的类别归属标识，当样本xj∈Sj，即xj归属于子集Sj，则αj＝1；否则αj＝0；调节因子反映了样本所在类别中的整体点密度信息。得到修正因子，则样本与聚类中心的距离度量修正为则目标函数构造Lagrange函数，对目标函数求极小值，得到聚类中心和隶属度基于距离修正的有效性指标其中，在PPP定位收敛过程中，数据不断增加，设新增数据点为xnew，xnew到每一个类中心的距离Di＝d(xnew,vi)，阈值当Di＞maxdist时，把xnew单独归为一类，把该数据点作为新的一类的聚类中心；当Di＜maxdist时，把xnew归入第i类中；当Di＜maxdist且Dj＜maxdist时，则把第i类和第j类合并，将xnew归入合并类中；重复以上操作，直到满足方差收敛条件为止；(6)采用Hatch算法对PPP定位进行快速收敛X(i)为PPP定位的某一次定位数据，为聚类中心的平均值；通过不断地收敛，当|δ(i)|-|δ(i-1)|≤10-6，得到PPP定位结果。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提出的PPP快速定位收敛的方法，相比于以往依靠伪距单点定位或差分定位的做法，满足了单台接收机即可达到cm级定位精度的要求；(2)本专利技术提出的PPP快速定位收敛的方法，相比于常规精密单点定位解算的做法，节省了90％时间，大大加强了PPP方法在外场标定中实时性和实用性，快速获得cm级定位精度。附图说明图1是精密单点定位解算数据获取示意图；图2是常规PPP定位X方向的收敛图；图3是常规PPP定位Y方向的收敛图；图4是常规PPP定位Z方向的收敛图；图5是快速PPP定位X方向的收敛图；图6是快速PPP定位Y方向的收敛图；图7是快速PPP定位Z方向的收敛图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术在线实时获得IGS网站发布的精密轨道和精密钟差，采用均值聚类计算PPP收敛起算点，然后再用Hatch算法进行收敛处理，加速了PPP的收敛时间，快速获得cm级定位精度。具体内容如下：(1)在线实时获得IGS网站发布的精密轨道和精密钟差参考图1，GPS实时单点定位解算需要获得IGS网站的实时精密星历和精密钟差，在接收机定位解算模块前增加通信模块，通过移动通信数据传输，实时获取IGS网站精密星历和钟差，广播星历和观测数据通过接收机天线获得，然后将实时精密星历、精密钟差、广播星历和观测数据送入接收机定位解算模块进行解算。(2)构造双频伪距观测值和载波相位观测值采用高精度的GPS卫星星历和卫星钟差，以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行高精度单点定位，方程如下：P(Li)＝ρ+c(dt-dT)+dorb+dtrop+dion/Li+dmpath/P(Li)+ε(P(Li))(2)Φ(Li)是Li上的载波相位观测值(m)，i＝1,2；P(Li)是Li上的伪距观测值(m)；ρ是卫星到接收机的几何距离，(Xs,Ys,Zs)是卫星发射时刻t的坐标，(x,y,z)是信号接收时刻T＝t+ρ/c的接收机坐标，c是光速(m/s)；dt是卫星钟差(s)；dT是接收机钟差(s)；dorb是卫星轨道误差(m)；dtrop是对流层延迟(m)；dion/Li为Li上的电离层延迟(m)；λi是Li的波长(m)；Ni是Li的整周模糊度(周)；是接收机振荡器的初始相位；是卫星振荡器的初始相位；dmpath/P(Li)是Li上的伪距测量值的多路径效应(m)；dmpath/φ(Li)是Li上的载波相位测量值的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PPP快速定位收敛的方法，其特征在于包括下述步骤：(1)实时获得IGS网站发布的精密星历和精密钟差，获得广播星历和观测数据(2)采用GPS卫星星历和卫星钟差，以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行高精度单点定位，

【技术特征摘要】
1.一种PPP快速定位收敛的方法，其特征在于包括下述步骤：(1)实时获得IGS网站发布的精密星历和精密钟差，获得广播星历和观测数据(2)采用GPS卫星星历和卫星钟差，以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行高精度单点定位，P(Li)＝ρ+c(dt-dT)+dorb+dtrop+dion/Li+dmpath/P(Li)+ε(P(Li))其中，Φ(Li)是波段Li上的载波相位观测值，i＝1,2；P(Li)是Li上的伪距观测值；ρ是卫星到接收机的几何距离，(Xs,Ys,Zs)是卫星发射时刻t的坐标，(x,y,z)是信号接收时刻T＝t+ρ/c的接收机坐标；c是光速；dt是卫星钟差；dT是接收机钟差；dorb是卫星轨道误差；dtrop是对流层延迟；dion/Li为Li上的电离层延迟；λi是Li的波长；Ni是Li的整周模糊度；是接收机振荡器的初始相位；是卫星振荡器的初始相位；dmpath/P(Li)是Li上的伪距测量值的多路径效应；dmpath/φ(Li)是Li上的载波相位测量值的多路径效应(m)；ε(·)是测量噪声；(3)使用IGS的精密星历和精密钟差，将对流层延迟dtrop表示成对流层延迟zpd与映射函数M的积；采用双频无电离层观测值组合来消除电离层的一阶影响，单点定位的数学模型(4)采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行模糊度和坐标积累；构造系统方程xk＝(Xk,Yk,Zk,zpdk,Nk)，Xk,Yk,Zk代表k时刻接收机位置，zpdk为k时刻的对流层延迟，Nk为k时刻的模糊度；构造测量方程yk＝(PIF,k,ΦIF,k)＝H(xk)xk，PIF,k代表k时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟，王刚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61