一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法技术

本发明专利技术属于船舶/舰载机导航技术领域，具体涉及一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法。本发明专利技术包括：步骤1，移动站通过海面无线电通信链路向差分基准站广播定位请求；步骤2，基准站获取移动站的定位请求后，捕获北斗卫星导航定位系统播发的导航和观测信息并编码调制生成差分修正量，然后通过海面无线电通信链路向移动站播发等。本发明专利技术充分利用INS自主导航短时预测精度高且不受外界干扰的特性，提升定位连续性，利用载波相位模糊度逐级求解速度较快的特性，提升定位实时性，真正意义上实现船舶/舰载机实时高精度高连续性的定位。

【技术实现步骤摘要】
一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法
本专利技术属于船舶/舰载机导航
，具体涉及一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法。
技术介绍
舰载机或直升机等在海上平台的降落对于我国国防建设、海军装备研发和航母战斗力形成等具有深远意义。为加强我国海上军事力量，拓展海洋开发利用，亟需开展为海上高速移动的载体提供高精度定位方法的研究。基于北斗导航卫星系统的载波相位差分定位技术以定位精度高、作用范围广和成本控制低等优点成为有效实现海上载体定位的方法之一。该主要是利用一台基准站接收机对北斗卫星进行连续观测，并通过无线电传输设备实时的将观测数据及测站坐标细腻些传递给移动站，移动站在接收卫星导航和观测信息的同时通过无线电接收设备接收基准站信息，根据相对定位原理实时处理数据进而实现厘米级精度的定位。然而，以上技术在舰载机着舰等应用背景下受到一定限制，主要包括卫星信号被遮挡无法实现连续定位，传统载波相位差分模糊度解算方法如LAMBDA算法耗时多，无法实时解算高速飞行的载体坐标。INS作为一种自主导航定位系统，虽然其定位误差会随时间积累迅速增长，但它不受外界干扰，信号无丢失，且短时精度较高，因此利用INS定位技术辅助北斗载波相位差分定位，是真正意义上提高定位连续性的关键所在。北斗卫星播发三中频率的信号，通过不同频率信号的组合，可以构建多种测量值的组合。宽巷测量值由于其波长较长，其整周模糊度比窄巷测量值的模糊度更容易求解，因此利用多频观测量组合构建宽巷模糊度，然后沿着从最宽巷组合到最窄巷组合的顺序快速求解模糊度参数是真正意义上实现实时定位的关键所在。综上所述，设计一种新型基于INS自主导航和逐级模糊度快速解算特征的多频北斗载波相位差分/INS组合定位技术具有相当的迫切性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法，包括如下步骤：步骤1，移动站通过海面无线电通信链路向差分基准站广播定位请求；步骤2，基准站获取移动站的定位请求后，捕获北斗卫星导航定位系统播发的导航和观测信息并编码调制生成差分修正量，然后通过海面无线电通信链路向移动站播发；步骤3，移动站获取基准站差分修正量后，结合自身接收的北斗导航和观测信息以及INS位置预测信息，构建INS预测位置的载波相位和伪距站间星间双差观测模型和随机模型；步骤4，在充分考虑电离层和对流层误差的情况下，构建超宽巷MW和宽巷观测量，利用就近取整法实现模糊度的快速解算；步骤5，在超宽巷和宽巷模糊度的辅助下，基于消电离层-组合噪声可约束的要求，构建几何相关(GB)约束模式下的窄巷模糊度解算模型；利用就近取整算法完成相对基线固定解的在航解算；步骤6，最后基于基准站坐标实现移动站坐标的精密解算并播发给基准站，基准站利用移动站的定位信息引导移动站的飞行。步骤3中移动站获取基准站差分修正量后，结合自身接收的北斗导航和观测信息以及INS位置预测信息，构建INS预测位置的载波相位和伪距站间星间双差观测模型和随机模型，能够有效提升定位结果的连续性；步骤4中在充分考虑电离层和对流层误差的情况下，构建超宽巷MW和宽巷观测量，利用就近取整法实现模糊度的快速解算；步骤5中在超宽巷和宽巷模糊度的辅助下，基于消电离层-组合噪声可约束的要求，构建几何相关(GB)约束模式下的窄巷模糊度解算模型；利用就近取整算法完成相对基线固定解的在航解算；逐级模糊度解算有效提升了解算的速度，保障了定位的实时性。本专利技术的有益效果在于：本专利技术充分利用INS自主导航短时预测精度高且不受外界干扰的特性，提升定位连续性，利用载波相位模糊度逐级求解速度较快的特性，提升定位实时性，真正意义上实现船舶/舰载机实时高精度高连续性的定位。附图说明图1是运用本专利技术的多频北斗载波相位差分/INS组合定位技术的实施例一示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术是多频北斗载波相位差分/INS组合定位技术，具体步骤包括：步骤1，移动站向基准站发送定位请求移动站使用无线电导航收发器以广播形式向基准站发射定位请求信号。移动站采取主动式定位方式，在有定位需求时发射定位请求信号。步骤2，基准站向移动站播发差分修正量基准站获取移动用户的定位请求后，通过同时接收北斗卫星导航定位系统播发的导航和观测信息，生成自身的位置信息；然后将基准站的观测信息，导航信息、INS信息和坐标信息编码调制生成差分修正量，最后通过海面无线电通信链路以广播的形式将差分修正量播发给移动站。步骤3，移动站观测模型和随机模型的构建移动站获取步骤2中基准站播发的差分修正量后，结合自身接收的北斗导航和观测信息以及INS位置预测信息，基于INS辅助的北斗多频整周模糊度快速解算以及平滑补偿北斗中断定位的误差传播规律，构建相对于INS预测位置的载波相位和伪距站间星间双差观测模型，式中，为两次差分操作；p和φ分别为北斗卫星伪距和载波相位观测量；δx是航母舰体与舰载机两端的相对位置误差量；ρINS为根据上一次差分解算位置解算与INS预测位置叠加作用产生的测距概略计算值；h为双差观测几何矩阵；N和ε分别代表双差载波相位模糊度和观测噪声。基于高度角加权理论和上述双差模型的误差传播规律构建双差随机模型，其中D和S分别表示双差和单差转化矩阵，θ表示卫星的高度角。步骤4，构建并解算超宽巷和宽巷模糊度在充分考虑电离层延迟误差在内的大气误差及其观测噪声对整周模糊度解算效率的影响，构建超宽巷和宽巷观测量，利用就近取整法实现模糊度的快速解算；双差超宽巷载波相位测量值φw23的观测方程为，其中λw23表示超宽巷组合观测量的波长，r和T表示站星距离和对流层延迟，Iw23，Nw23和εφ,w23分别表示超宽巷组合的双差电离层延迟，双差相位模糊度参数和观测噪声。若忽略短基线情况下双差电离层延迟残余，则有其中表示北斗B3信号所播发的双差伪距测量值。因为λw23波长较长，因此通过取整算法即可正确求解超宽巷模糊度。双差宽巷载波相位测量值φw12的观测方程为，其中λw12表示宽巷组合观测量的波长，Iw12，Nw12和εφ,w12分别表示宽巷组合的双差电离层延迟，双差相位模糊度参数和观测噪声。若忽略短基线情况下双差电离层延迟残余，则有其中因为λw12波长较长，因此通过取整算法也可正确求解宽巷模糊度。步骤5，构建窄巷模糊度解算模型并求解窄巷模糊度在超宽巷和宽巷模糊度的辅助下，基于消电离层-组合噪声可约束的要求，构建几何相关(GB)约束模式下的窄巷模糊度解算模型；式中，H是hs,1的矩阵表达；ε*,INS分别代表舰船与舰载机INS的位置更新误差。利用就本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，移动站通过海面无线电通信链路向差分基准站广播定位请求；/n步骤2，基准站获取移动站的定位请求后，捕获北斗卫星导航定位系统播发的导航和观测信息并编码调制生成差分修正量，然后通过海面无线电通信链路向移动站播发；/n步骤3，移动站获取基准站差分修正量后，结合自身接收的北斗导航和观测信息以及INS位置预测信息，构建INS预测位置的载波相位和伪距站间星间双差观测模型和随机模型；/n步骤4，在充分考虑电离层和对流层误差的情况下，构建超宽巷MW和宽巷观测量，利用就近取整法实现模糊度的快速解算；/n步骤5，在超宽巷和宽巷模糊度的辅助下，基于消电离层-组合噪声可约束的要求，构建几何相关约束模式下的窄巷模糊度解算模型；利用就近取整算法完成相对基线固定解的在航解算；/n步骤6，最后基于基准站坐标实现移动站坐标的精密解算并播发给基准站，基准站利用移动站的定位信息引导移动站的飞行。/n

【技术特征摘要】
1.一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，移动站通过海面无线电通信链路向差分基准站广播定位请求；
步骤2，基准站获取移动站的定位请求后，捕获北斗卫星导航定位系统播发的导航和观测信息并编码调制生成差分修正量，然后通过海面无线电通信链路向移动站播发；
步骤3，移动站获取基准站差分修正量后，结合自身接收的北斗导航和观测信息以及INS位置预测信息，构建INS预测位置的载波相位和伪距站间星间双差观测模型和随机模型；
步骤4，在充分考虑电离层和对流层误差的情况下，构建超宽巷MW和宽巷观测量，利用就近取整法实现模糊度的快速解算；
步骤5，在超宽巷和宽巷模糊度的辅助下，基于消电离层-组合噪声可约束的要求，构建几何相关约束模式下的窄巷模糊度解算模型；利用就近取整算法完成相对基线固定解的在航解算；
步骤6，最后基于基准站坐标实现移动站坐标的精密解算并播发给基准站，基准站利用移动站的定位信息引导移动站的飞行。


2.根据权利要求1所述的一种多频北斗载波相位差分/INS组合定位方法，其特征在于：移动站获取步骤2中基准站播发的差分修正量后，结合自身接收的北斗导航和观测信息以及INS位置预测信息，基于INS辅助的北斗多频整周模糊度快速解算以及平滑补偿北斗中断定位的误差传播规律，构建相对于INS预测位置的载波相位和伪距站间星间双差观测模型，



式中，Δ▽为两次差分操作；p和φ分别为北斗卫星伪距和载波相位观测量；δx是航母舰体与舰载机两端的相对位置误差量；ρINS为根据上一次差分解算位置解算与INS预测位置叠加作用产生的测距概略计算值；h为双差观测几何矩阵；N和ε分别代表双差载波相位模糊度和观测噪声；
基于高度角加权理论和上述双差模型的误差传播规律构建双差随机模型，






σ(εφ)＝0.005(1+1/sin(θ))






σ(εp)＝0.5(1+1/sin(θ))
其中D和S分别表示双差和单差转化矩阵，θ表示卫星的高度角。


3.根据权利要求1所述的一种多频北斗载波相位差分/I...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，程春，杨福鑫，刘媛媛，李慧，赵琳，李强，刘亚勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23