一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法技术方案

本发明专利技术一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法，属于卫星定位系统和定位测量技术领域，本发明专利技术利用北斗系统测码伪距观测值和载波相位观测值及外界服务系统提供的误差信息，建立基于非差观测模型的用户端统一性参数估计器，实现北斗系统定位算法数学模型统一；能够在外界服务系统提供互异误差信息的情况下，仍保持用户端参数估计器不变，克服由于外界服务系统提供信息不同导致的观测模型差异，减少用户端定位处理的工作量；北斗系统用户处的误差采用非差处理方式，避免利用双差组合带来的误差与距离的相关性，减弱对参考站的依赖性；用户利用统一性参数估计器进行定位处理，避免电离层延迟误差和对流层延迟误差导致的收敛时间偏长的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法
本专利技术属于卫星定位系统和定位测量
，具体涉及一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法。
技术介绍
北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。目前，北斗卫星导航系统已经正式向亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗区域卫星导航系统伪距测量精度为33cm，载波测量精度为2mm，精密定轨径向精度优于10cm。北斗系统伪距单点定位水平精度优于6m，高程精度优于10m。北斗系统实时动态伪距差分定位精度达到2m至4m。北斗系统静态精密单点定位精度达到厘米级，北斗系统基线相对定位精度达到毫米级，北斗系统动态RTK定位精度达到5cm至10cm。为了满足北斗系统高精度实时动态定位的需求，北斗系统高精度实时动态定位方法得到了重视。目前，北斗系统载波相位实时差分高精度定位和北斗系统精密单点定位是比较重要的北斗系统高精度实时动态定位手段。北斗系统载波相位实时差分高精度定位通过对观测值进行双差分消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差以及削弱卫星轨道、对流层延迟、电离层延迟等距离强相关的误差的影响，实现厘米级到毫米级定位的目的。这种双差差分定位方法虽然具有解算模型简单、未知参数少、双差模糊度具有整数特性、定位精度高等优势，但双差差分组合方法带来了测站与卫星间的相关性，并且北斗系统载波相位实时差分高精度定位方法实施过程中卫星轨道、对流层延迟和电离层延迟等误差与距离具有强相关性，所以，定位精度与参考站间距离密切相关，这不仅增加了作业的成本和复杂度，而且在很多应用场合也受到一定的限制。此外，组成一个双差观测值需要使用四个非差观测值，只要丢失了一个非差观测值，其他三个观测值就无法使用，数据利用率较低。北斗系统精密单点定位的出现为进行大范围高精度的动态定位提供了新的解决方法，北斗系统精密单点定位是利用除系统运行方之外的第三方组织发布的或自己解算得到的精密卫星轨道与精密卫星钟差产品，综合考虑各项误差模型的精确改正，对单台北斗系统接收机采集的测码伪距和载波相位观测值进行非差定位解算，进而获得高精度的定位结果。北斗系统精密单点定位无需用户自己架设地面基准站，不受作业距离的限制，机动灵活，单机作业，使用成本低，可用观测信息比较多，各测站的观测值不相关，可直接获得与国际地球参考框架一致的高精度测站坐标。北斗系统精密单点定位通常采用模糊度实数解，观测方程中需要解算的参数较多，受伪距噪声和大气延迟误差的影响较大，其定位收敛时间偏长，此外，观测误差不能采用差分方法进行消除或削弱，必须利用完善的误差改正模型对观测值加以改正，必须要有高精度的第三方卫星轨道和卫星钟差产品，还需要估计天顶对流层延迟误差等参数。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术提出了一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法，利用北斗系统的测码伪距和载波相位观测数据，建立一种基于非差的用户统一性观测模型，以达到实现北斗系统定位算法的数学模型的统一、避免由于定位模式不同导致的观测模型差异的目的。一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法，包括以下步骤：步骤1、北斗卫星导航系统用户接收机接收到来自北斗系统卫星的观测数据，根据接收的测码伪距观测值和载波相位观测值，构建测码伪距观测值与卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系，构建载波相位观测值与波长、模糊度、卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系；步骤2、根据卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差和卫星钟差获得误差总和项；步骤3、将获得的误差总和项分别代入至步骤1所述的观测关系中，获得受误差总和项约束的北斗系统测码伪距观测关系和北斗系统载波相位观测关系；步骤4、根据北斗系统用户的需求，采用多频线性组合的方式将步骤3中受误差总和项约束的北斗系统测码伪距观测关系和北斗系统载波相位观测关系分别表示成北斗系统测码伪距组合观测关系和北斗系统载波相位组合观测关系，再采用GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星表示北斗系统测码伪距组合观测关系和北斗系统载波相位组合观测关系的矩阵形式，并进一步将北斗系统测码伪距组合观测值和载波相位组合观测值代入北斗系统测码伪距组合关系矩阵和北斗系统载波相位组合关系矩阵中，得到待估参数的系数矩阵、待估参数矩阵、已知参数矩阵和观测值矩阵的线性关系，即获得北斗系统用户测码伪距和载波相位的统一性误差观测方程矩阵形式；步骤5、将外界服务系统提供的误差信息代入误差总和项中，消除矩阵中对应的误差；步骤6、利用多历元北斗系统观测数据进行参数估计求解误差观测方程矩阵中的未知参数，所述的未知参数包括北斗系统用户位置参数、北斗系统接收机钟差参数、模糊度参数及天顶对流层延迟参数，最终获得北斗系统用户的准确位置坐标。步骤1所述的构建北斗系统测码伪距观测值与卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系，具体公式如下：其中，S表示北斗系统卫星；R表示北斗系统用户接收机；j表示北斗系统的频率的频点，j＝1，2，3；表示接收机R对卫星S第j个频点的码序列进行测量产生的测码伪距观测值，单位为米；表示卫星S到接收机R的几何距离，单位为米；表示卫星轨道误差，单位为米；表示电离层延迟误差，单位为米；表示对流层延迟误差，单位为米；c表示真空中的光速；tS表示北斗系统卫星钟差，单位为秒；tR表示北斗系统接收机钟差，单位为秒；所述的构建北斗系统载波相位观测值与波长、模糊度、卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系，具体公式如下：其中，λj表示北斗系统第j个频点的波长；表示接收机R对卫星S第j个频点的载波相位进行测量产生的载波相位观测值，单位为周；表示对卫星S第j个频点的模糊度，单位为周。步骤4所述的北斗系统测码伪距组合观测关系和北斗系统载波相位组合观测关系的矩阵形式，具体公式如下：其中，com表示北斗系统用户测码伪距和载波相位组合观测值的类型，表示北斗系统GEO卫星的测码伪距和载波相位组合观测值的矩阵形式，表示北斗系统IGSO卫星的测码伪距和载波相位组合观测值的矩阵形式，表示北斗系统MEO卫星的测码伪距和载波相位组合观测值的矩阵形式，表示北斗系统GEO卫星到北斗系统用户接收机的几何距离的矩阵形式，表示北斗系统IGSO卫星到北斗系统用户接收机的几何距离的矩阵形式，表示北斗系统MEO卫星到北斗系统用户接收机的几何距离的矩阵形式，表示北斗系统GEO卫星组合观测值受到的误差总和，包括卫星轨道误差、卫星钟差、北斗系统接收机钟差、模糊度、电离层延迟误差和对流层延迟误差的矩阵形式，表示北斗系统IGSO卫星组合观测值受到的误差总和，包括卫星轨道误差、卫星钟差、北斗系统接收机钟差、模糊度、电离层延迟误差和对流层延迟误差的矩阵形式，表示北斗系统MEO卫星组合观测值受到的误差总和，包括卫星轨道误差、卫星钟差、北斗系统接收机钟差、模糊度、电离层延迟误差和对流层延迟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、北斗卫星导航系统用户接收机接收到来自北斗系统卫星的观测数据,根据接收的测码伪距观测值和载波相位观测值，构建测码伪距观测值与卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系，构建载波相位观测值与波长、模糊度、卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系；步骤2、根据卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差和卫星钟差获得误差总和项；步骤3、将获得的误差总和项分别代入至步骤1所述的观测关系中，获得受误差总和项约束的北斗系统测码伪距观测关系和北斗系统载波相位观测关系；步骤4、根据北斗系统用户的需求，采用多频线性组合的方式将步骤3中受误差总和项约束的北斗系统测码伪距观测关系和北斗系统载波相位观测关系分别表示成北斗系统测码伪距组合观测关系和北斗系统载波相位组合观测关系，再采用GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星表示北斗系统测码伪距组合观测关系和北斗系统载波相位组合观测关系的矩阵形式，并进一步将北斗系统测码伪距组合观测值和载波相位组合观测值代入北斗系统测码伪距组合关系矩阵和北斗系统载波相位组合关系矩阵中，得到待估参数的系数矩阵、待估参数矩阵、已知参数矩阵和观测值矩阵的线性关系，即获得北斗系统用户测码伪距和载波相位的统一性误差观测方程矩阵形式；步骤5、将外界服务系统提供的误差信息代入误差总和项中，消除矩阵中对应的误差；步骤6、利用多历元北斗系统观测数据进行参数估计求解误差观测方程矩阵中的未知参数，所述的未知参数包括北斗系统用户位置参数、北斗系统接收机钟差参数、模糊度参数及天顶对流层延迟参数，最终获得北斗系统用户的准确位置坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种北斗卫星导航系统用户统一性定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、北斗卫星导航系统用户接收机接收到来自北斗系统卫星的观测数据，根据接收的测码伪距观测值和载波相位观测值，构建测码伪距观测值与卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系，构建载波相位观测值与波长、模糊度、卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系；所述的构建北斗系统测码伪距观测值与卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系，具体公式如下：其中，S表示北斗系统卫星；R表示北斗系统用户接收机；j表示北斗系统的频率的频点，j＝1，2，3；表示接收机R对卫星S第j个频点的码序列进行测量产生的测码伪距观测值，单位为米；表示卫星S到接收机R的几何距离，单位为米；表示卫星轨道误差，单位为米；表示电离层延迟误差，单位为米；表示对流层延迟误差，单位为米；c表示真空中的光速；tS表示北斗系统卫星钟差，单位为秒；tR表示北斗系统接收机钟差，单位为秒；所述的构建北斗系统载波相位观测值与波长、模糊度、卫星到北斗系统接收机的几何距离、卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星钟差和北斗系统接收机钟差的观测关系，具体公式如下：其中，λj表示北斗系统第j个频点的波长；表示接收机R对卫星S第j个频点的载波相位进行测量产生的载波相位观测值，单位为周；表示对卫星S第j个频点的模糊度，单位为周；步骤2、根据卫星轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差和卫星钟差获得误差总和项；步骤3、将获得的误差总和项分别代入至步骤1所述的观测关系中，获得受误差总和项约束的北斗系统测码伪距观测关系和北斗系统载波相位观测关系；步骤4、根据北斗系统用户的需求，采用多频线性组合的方式将步骤3中受误差总和项约束的北斗系统测码伪距观测关系和北斗系统载波相位观测关系分别表示成北斗系统测码伪距组合观测关系和北斗系统载波相位组合观测关系，再采用GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星表示北斗系统测码伪距组合观测关系和北斗系统载波相位组合观测关系的矩阵形式，并进一步将北斗系统测码伪距组合观测值和载波相位组合观测值代入北斗系统测码伪距组合关系矩阵和北斗系统载波相位组合关系矩阵中，得到待估参数的系数矩阵、待估参数矩阵、已知参数矩阵和观测值矩阵的线性关系，即获得北斗系统用户测码伪距和载波相位的统一性误差观测方程矩阵形式；步骤5、将外界服务系统提供的误差信息代入误差总和项中，消除矩阵中对应的误差；步骤6、利用多历元北斗系统观测数据进行参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱功，高猛，郝雨时，祝会忠，葛茂荣，徐宗秋，杨秋实，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21