一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算方法、装置、设备及介质，其中方法为：读取多个包括北斗二代与三代卫星在同一时间的观测数据，基于传统观测模型初步解算测站的坐标；根据初步解算得到的测站坐标判断测站所处区域；若测站处于北斗二代服务区内，则采用添加北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型重新解算测站的坐标；若测站处于其他地区，则认为初步解算得到的测站坐标无误，采用传统观测模型继续解算测站坐标。本发明专利技术充分考虑了不同区域北斗系统可见卫星数、北斗二代与三代之间卫星钟差基准及接收机端伪距硬件延迟的差异，针对不同地区构建更为合理的观测模型，可以有效提高BDS定位精度与可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术涉及一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算方法、装置、设备及介质，主要应用于北斗二代与北斗三代融合伪距单点定位。

技术介绍

[0002]当前，北斗卫星导航系统（BDS）可分为北斗二号卫星导航系统（BDS
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2）与北斗三号卫星导航系统（BDS
‑
3）等两代系统。BDS
‑
2于2012年建成，其主要服务区是亚太地区（55
°
S~55
°
N，70
°
E~150
°
E）。BDS
‑
3于2020年7月正式开通，其可以为处于全球任何区域的用户提供全天候的位置服务。然而，BDS
‑
2与BDS
‑
3的卫星设计及搭载的硬件不完全相同，同时处理二者数据时需要考虑它们之间的差异。例如，尽管BDS
‑
2与BDS
‑
3的时间基准同为北斗时，但二者的卫星钟差基准并不相同，且由于信号体制不完全一致，两者的接收机端伪距硬件延迟也不同，从而会产生系统间偏差（ISB）。ISB会严重影响定位精度，一般采用在观测模型中添加ISB参数的方式削弱其影响。
[0003]此外，与其他GNSS系统相比，BDS的卫星星座较为特殊，当前（2021年8月）由7颗地球同步轨道（GEO）卫星、10颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和27颗中圆地球轨道（MEO）卫星组成。由于GEO卫星和IGSO卫星轨道非常特殊，两种卫星仅能在北斗二代服务区观测到，而其他地区则只能观测到MEO卫星。因此在使用BDS定位时，北斗二代服务区的可见卫星数将远超其他地区。不同区域可见卫星数的差异和ISB的影响使得BDS的观测模型难以精确构建。一般来说，众多可见卫星带来的冗余观测值可以使ISB参数得到合理估计，此时在观测模型中添加ISB参数将有助于提高定位性能，而在可见卫星数较少的区域，盲目添加ISB参数将会影响定位精度。
[0004]伪距单点定位（SPP）是卫星导航及低精度定位领域中的基本模式，具有算法简单、机动灵活、单站即可实现等优点。在采用BDS进行SPP时，传统观测模型既不考虑BDS
‑
2与BDS
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3间的差异，也不考虑BDS卫星在不同地区的可见情况，而是将所有BDS卫星的观测值归为一类统一处理，这显然是不够合理的。为了充分发挥BDS的定位性能、获得更高的定位精度，有必要对BDS SPP观测模型进行改进。

技术实现思路

[0005]针对现有观测模型的不足，提出一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算方法、装置、设备及介质，充分考虑了不同地区BDS可见卫星数的不同与BDS
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2、BDS
‑
3间的差异，达到合理构建观测模型、提高定位精度的目的。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算方法，包括：步骤1，读取多个包括北斗二代和三代卫星在同一时间的观测数据，基于传统观测模型初步解算测站的坐标；
步骤2，根据步骤1得到的测站坐标判断测站所处区域；步骤3，若测站处于北斗二代服务区，则采用添加北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型重新解算测站的坐标；否则认为步骤1得到的测站坐标无误，采用传统模型继续解算测站坐标。
[0007]在更优的技术方案中，添加北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型，表示为：式中：C2表示属于北斗二代的卫星，C3表示属于北斗三代的卫星，表示北斗二代与三代之间的ISB参数；表示测站对卫星观测产生的伪距观测值，表示卫星到测站的几何距离，为光速，为接收机钟差，为经过群延迟改正后的卫星钟差，为对流层延迟；为电离层延迟；为包含了多路径效应的测量噪声。
[0008]在更优的技术方案中，步骤3所述的采用添加北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型重新解算测站的坐标，解算方法为：（1）将卫星到测站的几何距离表示为卫星坐标与测站坐标之间的表达式：，其中为卫星的三维坐标，为测站三维坐标；卫星坐标和卫星钟差由广播星历计算得到，电离层延迟采用Klobuchar模型改正，对流层延迟采用Saastamoinen模型改正，此时观测模型中的未知参数包括测站坐标、接收机钟差和ISB参数；（2）将改进观测模型线性化为误差方程：式中：为伪距观测值的改正数向量，，分别为属于北斗二代的p个卫星的伪距观测值的改正数，分别为属于北斗三代的个卫星的伪距观测值的改正数；为未知参数的改正数向量，，分别为测站坐标的改正数，为接收机钟差的改正数，为北斗二代和北
斗三代之间的ISB参数的改正数；为根据改进观测模型线性化设计得到的系数矩阵，表示为：其中为改进观测模型在未知参数近似值处泰勒展开后的系数，其右下标为卫星所属北斗代系的卫星编号，右上标为卫星所属北斗代系；为常数项矩阵，表示为：其中为卫星至测站近似坐标处的距离，本质为的近似值，而和分别为和的近似值；（3）建立以下随机模型：其中，，为卫星总数；为单位权方差，取值为1；为第颗卫星的观测值方差，由用户等效测距误差模型确定：为用户测距精度，可由广播星历中的用户测距精度指标确定；为电离层延迟及对流层延迟经模型改正后遗
留的误差；为多路径及接收机噪声引起的误差；（4）基于构建的误差方程和随机模型，使用最小二乘平差准则求解未知参数的改正数向量：（5）根据未知参数的改正数向量结合测站的近似坐标，即可得到处于北斗二代服务区内测站坐标的最优估计值。
[0009]在更优的技术方案中，传统观测模型表示为：式中，表示测站对第颗卫星观测产生的伪距观测值，表示第颗卫星到测站的几何距离，为光速，为接收机钟差，为经过群延迟改正后的第颗卫星钟差，为第颗卫星到测站的对流层延迟；为第颗卫星到测站的电离层延迟；为第颗卫星观测值的测量噪声。
[0010]在更优的技术方案中，步骤1获取多个历元的观测数据以解算得到多个冗余的测站坐标，再取平均值作为步骤2判断测站所处区域的依据。
[0011]一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算装置，包括：测站坐标预估模块，用于：读取多个包括北斗二代和三代卫星在同一时间的观测数据，基于传统观测模型初步解算测站的坐标；测站区域判断模块，用于：根据测站坐标预估模块得到的测站坐标判断测站所处区域；步骤3，测站坐标解算模块，用于根据测站所处区域确定测站坐标：若测站处于北斗二代服务区内，则采用考虑北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型重新解算测站的坐标；否则采用传统观测模型继续解算。
[0012]一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现上述任一项所述的测站坐标分区域解算方法。
[0013]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗二代与三代融合的测站坐标分区域解算方法，其特征在于，包括：步骤1，读取多个包括北斗二代和三代卫星在同一时间的观测数据，基于传统观测模型初步解算测站的坐标；步骤2，根据步骤1得到的测站坐标判断测站所处区域；步骤3，若测站处于北斗二代服务区，则采用添加北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型重新解算测站的坐标；否则认为步骤1得到的测站坐标无误，采用传统模型继续解算测站坐标。2.根据权利要求1所述的测站坐标分区域解算方法，其特征在于，添加北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型，表示为：式中：C2表示属于北斗二代的卫星，C3表示属于北斗三代的卫星，表示北斗二代与三代之间的ISB参数；表示测站对卫星观测产生的伪距观测值，表示卫星到测站的几何距离，为光速，为接收机钟差，为经过群延迟改正后的卫星钟差，为对流层延迟；为电离层延迟；为包含了多路径效应的测量噪声。3.根据权利要求2所述的测站坐标分区域解算方法，其特征在于，步骤3所述的采用添加北斗二代与三代之间ISB参数的改进观测模型重新解算测站的坐标，解算方法为：（1）将卫星到测站的几何距离表示为卫星坐标与测站坐标之间的表达式：，其中为卫星的三维坐标，为测站三维坐标；卫星坐标和卫星钟差由广播星历计算得到，电离层延迟采用Klobuchar模型改正，对流层延迟采用Saastamoinen模型改正，此时观测模型中的未知参数包括测站坐标、接收机钟差和ISB参数；（2）将改进观测模型线性化为误差方程：式中：为伪距观测值的改正数向量，，分别为属于北斗二代的p个卫星的伪距观测值的改正数，分别为属于北斗三代的个卫星的伪距观测值的改正数；
为未知参数的改正数向量，，分别为测站坐标的改正数，为接收机钟差的改正数，为北斗二代和北斗三代之间的ISB参数的改正数；为根据改进观测模型线性化设计得到的系数矩阵，表示为：其中为改进观测模型在未知参数近似值处泰勒展开后的系数，其右下标为卫星所属北斗代系的卫星编号，右上标为卫星所属北斗代系；为常数项矩阵，表示为：其中为卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘林，张哲浩，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：