【技术实现步骤摘要】
一种低轨导航星座增强的网络RTK方法
本专利技术涉及导航定位
，尤其涉及一种低轨导航星座增强的网络RTK方法。
技术介绍
低轨道卫星系统一般是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型的卫星系统，其中卫星的分布称之为卫星星座。低轨道卫星主要用于军事目标探测，利用低轨道卫星容易获得目标物高分辨率图像。低轨道卫星也用于手机通讯，卫星的轨道高度低使得传输延时短，路径损耗小。多个卫星组成的通讯系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。低轨道卫星是最新最有前途的卫星移动通信系统。利用低轨道星座增强全球导航卫星系统。为了克服全球导航卫星系统在可用性、可靠性和抗干扰等方面的脆弱性，国内外已有学者提出利用播发导航测距信号的低轨(LowEarthOrbit,低轨道)星座，对中高轨全球导航卫星系统导航卫星进行增强的思路。低轨道卫星作为导航增强系统的新兴力量，具有独特的优势：首先，低轨道卫星轨道高度较低，通常在400～1500km之间，信号功率更强，大约比全球导航卫星系统卫星信号强度高30dB，抗干扰和...
【技术保护点】
1.一种低轨导航星座增强的网络RTK方法，其特征在于，包括：步骤1，设计全球导航定位星座和多种低轨星座方案，对星座的关键参数进行配置，并判断各种星座的服务性能；步骤2，根据步骤1的初步判断，输出所有全球导航卫星系统卫星和低轨道卫星坐标，生成仿真的精密轨道文件；步骤3，分别采用几何法精密定轨和星间链路自主定轨方法确定低轨星座轨道；步骤4，建立参数根数型星历模型，并确定星历拟合间隔；步骤5，建立高中低轨卫星融合处理数学模型，进行时空基准统一后，提出低轨道星座增强多系统全球导航卫星系统精密单点定位函数模型和随机模型，并评估低轨道星座对全球导航卫星系统精密定位的增强效果；步骤6，探...
【技术特征摘要】
1.一种低轨导航星座增强的网络RTK方法，其特征在于，包括：步骤1，设计全球导航定位星座和多种低轨星座方案，对星座的关键参数进行配置，并判断各种星座的服务性能；步骤2，根据步骤1的初步判断，输出所有全球导航卫星系统卫星和低轨道卫星坐标，生成仿真的精密轨道文件；步骤3，分别采用几何法精密定轨和星间链路自主定轨方法确定低轨星座轨道；步骤4，建立参数根数型星历模型，并确定星历拟合间隔；步骤5，建立高中低轨卫星融合处理数学模型，进行时空基准统一后，提出低轨道星座增强多系统全球导航卫星系统精密单点定位函数模型和随机模型，并评估低轨道星座对全球导航卫星系统精密定位的增强效果；步骤6，探讨低轨道星座作为独立导航定位系统的服务能力，根据步骤4中选取的处理策略，分别验证高频测站的伪距单点定位性能和中纬度NNOR测站上低轨道单系统精密单点定位的性能。2.根据权利要求1所述的低轨导航星座增强的网络RTK方法，其特征在于：步骤1中所述设计全球导航定位星座和多种低轨星座方案为：对于低轨道星座的仿真，在卫星数量方面，本发明考虑选择60、96、192和288颗星的情况进行分析；精度因子具体关系如下：σ3D＝PDOP·σUREσt＝TDOP·σURE式中，σ3D和σt分别为用户三维位置误差和接收机钟差；PDOP是位置精度因子，是衡量卫星导航系统定位精确度和观测值几何强度的重要指标；TDOP是时间精度因子；σURE为用户距离误差，与卫星钟差、轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、接收机噪声和多路径误差大小等有关；DOP值通常由伪距单点定位观测方程设计矩阵构成的精度因子矩阵计算得到；对于全球定位系统单系统，定位时需要估计3个位置坐标和1个接收机钟差参数，观测方程矩阵表达如下：zG＝[HGIG][ΔrtG]THG＝[h1h2…hn]TΔr＝r-ra＝[x-xay-yaz-za]式中，G表示全球定位系统系统；z为测量值向量；HG为位置参数对应的设计矩阵；I为接收机钟差参数对应的设计矩阵，是所有元素均为1的列向量；Δr为三维位置参数；tG为接收机钟差参数；hi为从测站至第i颗卫星的方向余弦；n是可见卫星数；ra＝(xa，ya，za)为接收机的概略位置；ri＝(xi，yi，zi)和r＝(x，y，z)分别为第i颗卫星和接收机的三维位置，对于多系统组合，定位时还需要考虑不同系统的时间差，则：z＝HΔxz＝[zGzRzEzCzL]TΔx＝[ΔrtGtR-tGtE-tGtC-tGtL-tG]T式中，R、E、C和L分别表示格洛纳斯、伽利略低轨道、BDS和低轨道系统；H为观测方程总的设计矩阵；O为所有元素均为0的列向量；Q＝(HTH)-1式中，Q为精度因子矩阵；PDOP即为考虑了系统时间差的位置精度因子。3.根据权利要求1所述的低轨导航星座增强的网络RTK方法，其特征在于：步骤2中所述坐标输出如下所述：利用STK软件的报表功能，以30s的采样间隔输出所有全球导航卫星系统卫星和低轨道卫星在地心地固坐标系(Earth-Centered，Earth-Fixed，ECEF)系下的坐标，再通过自编软件将STK的轨道坐标文件，转换成精密定位所需的sp3格式；步骤2中所述观测值仿真如下所述：仿真观测值的基本原理实际上是定位的逆过程，在定位的过程中，由4颗以上已知轨道坐标和钟差的卫星，以及伪距和载波相位观测数据，并且所有的误差(包括与接收机和测站有关的误差、与卫星有关的误差、与信号传播路径有关的误差等)都已通过已有模型进行了改正，那么接收机的位置和接收机钟差就可以通过最小二乘或卡尔曼滤波估计出来；在观测值仿真的过程中，接收机位置、卫星轨道和卫星钟差已知，可以计算出测站与卫星间的几何距离，再由已有的模型，计算出信号发射到接收过程中的所有误差，并考虑观测噪声，最后将这些误差和噪声加入到几何距离上模拟伪距和载波观测数据。4.根据权利要求1所述的低轨导航星座增强的网络RTK方法，其特征在于：步骤3中所述几何法精密定轨为：采用无电离层组合模型，估计出每个历元星载接收机的位置；选用扩展卡尔曼滤波，完成参数估计；由定轨的函数模型、随机模型以及初始状态及其精度信息，求解出每个历元低轨道卫星的轨道坐标；首先利用无电离层组合模型，估算出每个历元星载接收机的位置，非差几何法定轨的过程实际就是动态精密单点定位的过程：式中，为从接收机至卫星视线方向的单位向量；os和rr分别为卫星质心坐标和测站接收机天线参考点的坐标；和分别为卫星端天线相位中心偏差(PhaseCenterOffset,PCO)和相位中心变化(PhaseCenterVariation,PCV)；br,j和分别是接收机端和卫星端的码硬件延迟；ts和tr分别为卫星钟差和接收机钟差；和分别为全球定位系统、格洛纳斯、伽利略低轨道和BDS所估计的模糊度参数；和分别是待仿真的伪距和载波相位观测值；ts和tr分别为卫星钟差和接收机钟差；为上部电离层延迟；λj为频率j对应的载波波长；和分别为伪距和载波相位观测噪声；得到估计接收机位置后，选用扩展卡尔曼滤波估计参数，扩展卡尔曼滤波是基于最小方差准则，首先根据低轨道卫星的运动特征，确定其函数模型、随机模型、初始状态向量及相应方差协方差阵，对于初始状态向量和方差协方差精度信息，可以通过初始历元单点定位最小二乘估计结果获得；低轨道卫星状态方程一般采用常速度模型或常加速度模型；对于多系统常速度模型，通常把卫星位置、速度、接收机钟差、系统间时间差及模糊度参数作为状态向量，则：由于低轨道卫星运行速度是存在变化的，因此采用更合理的常加速度模型，对于多系统常加速度模型，通常把卫星位置、速度、加速度、接收机钟差、系统间时间差及模糊度参数作为状态向量，则：假设tk时刻和tk-1时刻的状态向量分别为X(k)和X(k-1)，则对于离散线性系统，其函数模型通常为：X(k)＝Φk，k-1X(k-1)+Γk，k-1e(k-1)Z(k)＝HkX(k)+Δ(k)式中，Φk，k-1为tk-1时刻至tk时刻的状态转移矩阵；Γk，k-1为系统过程噪声驱动矩阵，跟噪声的控制方式有关，如白噪声、随机游走等；e(k-1)为过程噪声序列；Z(k)为观测向量；Hk为量测矩阵；Δ(k)为量测噪声序列，状态转移矩阵一般为：式中，E为单位向量；Δt为时间间隔，实际上，对于全球导航卫星系统数据处理而言，其函数模型并非线性，考虑非线性的离散时间系统，可改写为：X(k)＝f(X(k-1)，e(k-1))Z(k)＝h(X(k))+Δ(k)随机模型：E[e(k)]＝0E[Δ(k)]＝0cov[e(k)，e(l)]＝De(k)δ(k-l)cov[Δ(k)，Δ(l)]＝DΔ(k)δ(k-l)cov[e(k)，Δ(l)]＝0式中，De(k)为过程噪声e(k)对应的方差阵；DΔ(k)为量测噪声Δ(k)对应的方差阵；k和l均为历元号；δ(k-l)为克罗内克δ函数，即：初始状态：E[X(0)]＝μX(0)var[X(0)]＝DX(0)步骤3中所述星间链路自主定轨为：通过星载信号发射器和接收机形成星间链路，获得双向伪距观测值，构建观...
【专利技术属性】
技术研发人员：石莹，覃楚仪，王秋逸，李若莹，余琪，黄昊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。