一种基于广播星历的实时精密单点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于广播星历的实时精密单点定位方法，包括以下步骤：步骤1：实时获取观测数据和广播星历；步骤2：观测历元同步；步骤3：数据预处理；步骤4：构建观测方程；步骤5：构建滤波模型；步骤6：卡尔曼滤波参数估计；步骤7：重复步骤2至6，逐历元计算输出测站位置及相关信息；步骤8：所有历元遍历完毕，数据处理结束。该定位方法基于可实时免费获取的广播星历，利用几个基准站实现数百公里范围内的实时高精度定位，其静态定位精度与基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点定位精度相当，动态定位精度优于基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点动态定位精度。的事后精密单点动态定位精度。的事后精密单点动态定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于广播星历的实时精密单点定位方法


[0001]本专利技术涉及测绘定位
，具体为一种基于广播星历的实时精密单点定位方法。

技术介绍

[0002]精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)是一种基于单台接收机的双频观测数据、利用IGS等机构发布的精密卫星轨道和钟差产品确定全球任一点位置的方法，可实现静态毫米至厘米级、动态厘米至分级的定位精度，具有单机作业、机动灵活的优点，在诸多领域取得了广泛应用。PPP所依赖的IGS最终轨道和钟差产品一般滞后2周提供，导致PPP只能作为一种后处理技术，限制了其在实时/准实时领域的应用。实时精密单点定位技术一直是卫星导航领域研究的热点和难点问题之一。
[0003]为实现实时精密单点定位，关键是实时获取高精度的卫星轨道和钟差产品，现有技术方法主要有以下3种：
[0004]方法1：通过购买商业实时卫星轨道和钟差产品，直接进行实时精密单点定位。JPL、GFZ、CNES等机构提供实时的卫星轨道和钟差产品，但仅对部分授权用户开放并收取高额费用。
[0005]方法2：基于IGS超快速轨道和区域网实时计算卫星钟差，进而进行实时精密单点定位。随着IGS超快速轨道精度的不断提高，部分学者提出基于免费的IGS超快速星历并固定卫星轨道、用区域参考网解算卫星钟差的区域性实时PPP算法，虽然解决了PPP对卫星精密钟差产品的依赖，但仍需从外部获取IGS超快速星历，且不可避免的引入轨道误差。IGS宣称其超快速轨道精度达到3～5cm，但IGS实际发布的超快速轨道与最终轨道偏差可能达到0.139m，如2009年4月29日3号GPS卫星超快速轨道和最终轨道在径向、法向和切向的最大偏差分别为0.027m、
‑
0.135m和
‑
0.018m。如果固定IGS超快速轨道，将有可能引入0.139米甚至更大的轨道误差，势必对参数估计带来不利影响，无法保证实时精密定位的精度。
[0006]方法3：利用RTK/NRTK代替精密单点定位获取实时高精度定位结果。RTK/NRTK实质是以差分方式确定用户站和参考站的相对位置，其定位精度受用户站与参考站之间的距离的制约，当用户站和基准考站间的距离大于50km时，由于用户站和基准站观测误差空间相关性降低，将无法实时获取理想的定位精度。
[0007]综上，方法1需向权威机构购买商业实时卫星轨道和钟差产品，需要支付高额费用；方法2受IGS快速轨道精度限制，无法保证定位的精度和可靠性。方法3要求用户站周边50km范围内存在若干基准站。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于广播星历的实时精密单点定位方法，该定位方法基于可实时免费获取的广播星历，利用几个基准站实现数百公里范围内的实时高精度定位，其静态定位精度与基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密
单点定位精度相当，动态定位精度优于基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点动态定位精度。
[0009]一种基于广播星历的实时精密单点定位方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：实时获取观测数据和广播星历；实时获取1个用户站U、1个钟差基准站M和n
‑
1个基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据，以及导航卫星广播星历数据；
[0011]步骤2：观测历元同步；以用户站U观测历元t为基准，对所有基准站观测数据进行历元同步，获取t时刻用户站U、钟差基准站M和基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据；
[0012]步骤3：数据预处理；数据预处理包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正及用户站概略位置计算；
[0013]步骤4：构建观测方程；观测数据采用消电离层的测码伪距和载波相位数据作为观测量，用和分表表示测站r对卫星s的消电离层组合测码伪距和载波相位的观测残差，用表示载波相位消电离层组合模糊度，用Δr和Δs分别为测站r与卫星s视线方向的单位向量、测站坐标改正数和卫星坐标改正数，cdt
r
表示测站r相对于钟差基准站的测站钟差，cdt
s
表示卫星s相对于钟差基准站的卫星钟差，zpd
r
和分别表示测站r的天顶对流层延迟及其对应的映射函数，和分别表示消电离层组合测码伪距和载波相位的观测噪声；
[0014]用户站U观测方程构建方法如下：
[0015][0016][0017]钟差基准站M观测方程构建方法如下：
[0018][0019][0020]基准站R观测方程构建方法如下：
[0021][0022][0023]步骤5：构建滤波模型；状态模型和观测模型按如下方法构建：
[0024]x
t
＝φ
t
‑1x
t
‑1+w
t
‑1，状态模型
[0025]z
t
＝H
t
x
t
+v
t
，观测模型
[0026]其中，
[0027]x
t
为t时刻的状态参数，
[0028]φ
t
‑1为t
‑
1个历元的状态转移矩阵，设置方法为：Δr静态定位时模型化为常数，取值为单位阵，动态定位时模型化为白噪声，取值0；cdt
s
cdt
U
cdt
R
模型化为白噪声过程，取值为0；zpd
U
zpd
M
zpd
R
模型化为随机游走过程，取值为1；当有周跳发生时为0，否
则为1；
[0029]x
t
‑1为t
‑
1时刻的状态参数；
[0030]w
t
‑1为t时刻与前一时刻的过程噪声，其方差协方差矩阵为Q
t
‑1，设置方法为：Δr静态定位时模型化为常数，取值为0矩阵，动态定位时模型化为白噪声，取值为大数；cdt
s
cdt
U
cdt
R
模型化为白噪声过程，取值9
×
10
10
；zpd
U
zpd
M
zpd
R
模型化为随机游走过程，取值为3
×
10
‑8·
Δt，Δt为历元间隔；当有周跳发生时取值4
×
10
14
，否则为0；
[0031]z
t
为t时刻观测向量，
[0032]H
t
为t时刻设计矩阵，H
t
依据步骤5中与x
t
的关系构建；
[0033]v
t
为t时刻观测噪声，视为零均值白噪声过程，其方差协方差矩阵残差Q
t
‑1，按伪距和相位观测值权比为1/10000进行设置；用d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于广播星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：实时获取观测数据和广播星历；实时获取1个用户站U、1个钟差基准站M和n
‑
1个基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据，以及导航卫星广播星历数据；步骤2：观测历元同步；以用户站U观测历元t为基准，对所有基准站观测数据进行历元同步，获取t时刻用户站U、钟差基准站M和基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据；步骤3：数据预处理；数据预处理包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正及用户站概略位置计算；步骤4：构建观测方程；观测数据采用消电离层的测码伪距和载波相位数据作为观测量，用和分表表示测站r对卫星s的消电离层组合测码伪距和载波相位的观测残差，用表示载波相位消电离层组合模糊度，用Δr和Δs分别为测站r与卫星s视线方向的单位向量、测站坐标改正数和卫星坐标改正数，cdt
r
表示测站r相对于钟差基准站的测站钟差，cdt
s
表示卫星s相对于钟差基准站的卫星钟差，zpd
r
和分别表示测站r的天顶对流层延迟及其对应的映射函数，和分别表示消电离层组合测码伪距和载波相位的观测噪声；用户站U观测方程构建方法如下：用户站U观测方程构建方法如下：钟差基准站M观测方程构建方法如下：钟差基准站M观测方程构建方法如下：基准站R观测方程构建方法如下：基准站R观测方程构建方法如下：步骤5：构建滤波模型；状态模型和观测模型按如下方法构建：x
t
＝φ
t
‑1x
t
‑1+w
t
‑1，状态模型z
t
＝H
t x
t
+v
t
，观测模型其中，x
t
为t时刻的状态参数，φ
t
‑1为t
‑
1个历元的状态转移矩阵，设置方法为：Δr静态定位时模型化为常数，取值为单位阵，动态定位时模型化为白噪声，取值0；cdt
s cdt
U cdt
R
模型化为白噪声过程，取值为0；zpd
U zpd
M zpd
R
模型化为随机游走过程，取值为1；当有周跳发生时为0，否则为1；x
t
‑1为t
‑
1时刻的状态参数；w
t
‑1为t时刻与前一时刻的过程噪声，其方差协方差矩阵为Q
t
‑1，设置方法为：Δr静态定
位时模型化为常数，取值为0矩阵，动态定位时模型化为白噪声，取值为大数；cdt
s cdt
U cdt
R
模型化为白噪声过程，取值9
×
10
10
；zpd
U zpd
M zpd
R
模型化为随机游走过程，取值为3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫伟，张志全，周大山，周洪月，常明，安卫，索靖，蔡敏，秦家鑫，郭亚飞，
申请(专利权)人：天津市测绘院有限公司，
类型：发明
国别省市：