坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法技术

本发明专利技术针对目前全球导航卫星系统短基线双差相对定位技术仍将主要任务归结为周跳探测与模糊度解算，当测量环境较差，周跳频繁发生，模糊度难以固定时，该类方法无法获得可靠精度的特点；本发明专利技术在利用GPS进行高精度监测模型的基础上，提出坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，该方法旨在利用北斗三频信号组建长波长、弱电离层延迟、较小噪声的组合测量值，根据GPS高精度监测模型原理，实现对较低精度的流动站坐标初始值进行逐步精细化，从而在回避周跳探测与模糊度解算的同时也能获取高精度的定位结果，自动化程度高，速度较快，是一种具备显著创新性，且优势突出的北斗三频精细解算方法。细解算方法。细解算方法。

【技术实现步骤摘要】
坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法


[0001]本专利技术涉以及一种北斗三频短基线精细解算方法，特别涉及一种坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，属于北斗精细数据处理


技术介绍

[0002]全球导航卫星系统已广泛应用于人类生产生活的各个领域，极大的改变了全球经济社会发展模式，成为人类历史上具有划时代意义的航天和信息技术。进入新世纪，卫星导航定位技术更是得到了空前迅速的发展，全球导航卫星定位系统不仅成为各国重大现代化信息化基础设施，也成为体现综合国力的重要标志。未来的全球导航卫星系统系统将进入一个新的发展阶段，在可用性、可靠性等方面均会有极大的提高，也将迎来上百颗导航卫星共用的局面。
[0003]GPS是全球第一个卫星导航定位系统，由美国建立于1973年，可实现海、陆、空实时、全天候、全球性的卫星导航定位服务。随着卫星导航定位系统在各领域中发挥越来越大的作用，各国都在积极发展自己的卫星导航系统或者增强系统。
[0004]北斗卫星导航系统(北斗)是由中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，主要由空间段、地面段和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，其特征在于，利用GPS高精度监测模型，并拓展到GPS的短基线向量解算，分步构建基线向量初始值，逐步进行精细化处理，基于坐标先验约束对北斗三频组合测量值的短基线进行解算，通过融合北斗和GPS进行双模解算；坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法包括基于坐标先验约束的基线解算框架、坐标先验约束的北斗三频短基线解算、北斗导航三频相位组合测量值精细化，其中，坐标先验约束的北斗三频短基线解算包括解算承接条件、高精度的伪距双差基线解算、北斗导航三频相位组合测量值精细化；本发明具体内容：一是基于北斗三频组合测量理论，根据有利于整周模糊度固定以及提高定位精度的条件筛选出特征较优的组合测量值；从多频相位组合定义出发，分析北斗三频组合测量值对电离层延迟、对流层延迟、测量噪声误差的影响，并由长波长、弱电离层延迟、较小噪声标准筛选出典型的具有较长波长、弱电离层延迟特征的组合测量值；二是提出坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，通过分析短基线数据处理中伪距双差的定位精度、坐标初始值与整周模糊度之间的关系，给出每一步精细化过程的解算承接条件；基于北斗三频组合理论，选择合适的相位组合测量值；基于GPS高精度监测模型，逐步对初始坐标进行精细化处理，最终求取流动站精确坐标。2.根据权利要求1所述的坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，其特征在于，具体实现过程为：根据伪距双差提供的分米级点位坐标，利用超宽巷组合(0，1，
‑
1)通过基于坐标先验约束的全球导航卫星系统数据处理方法求得流动站坐标的一次精细化值；用初始坐标的第一步精细化值作为(1，1，
‑
2)、(1，0，
‑
1)、(1，
‑
1，0)组合精细化的初始值，进行二次精细化处理，求得厘米级的流动站点位坐标；将经二次精细化处理后达厘米级的点位坐标，作为W1测量值进行基于坐标先验约束的全球导航卫星系统数据处理方法的初始值，进行三次精细化处理，获得毫米级的点位坐标。3.根据权利要求1所述的坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，其特征在于，基于坐标先验约束的基线解算框架具体为：在全球导航卫星系统短基线相对定位中，经过双差后的电离层和对流层残差影响能清除，多路径效应的影响减弱；当设置一定的截止高度角及采用扼流圈时，多路径效应的影响近乎为零，于是GPS双差相位测量方程为：式中：表示双差算子；a为相位测量值，单位为cycle；b为卫星测站的几何距离，单位为米，c为载波相位测量值波长，单位为米；M为载波相位整周模糊度，单位为cycle；d
φ
为相位测量值噪声及未模型化的误差，单位为米，下标m代表卫星，下标r代表接收机；本发明利用GPS高精度模型提出无周跳无模糊度的解算方法，当变形量小于一定量时，根据计算出来的双差值中的整周数确定测量的双差值中的整周数，F为基准站，G为监测站，G
′
为变形后的G点位置，q和p为同步测量卫星，以高度角较大的卫星p为参考星；则F、G二站的相位双差测量值为：在变形之前，监测站G点的坐标已知，利用F、G两点的坐标以及卫星星历计算出的卫星位置求得双差距离计算值为：
由式3可得计算出的双差相位计算值为：短基线数据处理中，经过双差后电离层、对流层、多路径效应误差得到很好的清除，则式2、式4式代入式1组成双差测量方程得：当G点坐标精确已知时，双差模糊度通过直接取整获得，即：若监测站G发生变形产生了位移后至G
′
点，仍利用G点坐标计算的双差测量值就不能满足式5，它们的差值用表示：则中即包含变形信息根据无周跳无模糊度算法思想，当变形量小于一定量时，式7等号右端直接取整确定的双差模糊度仍为正确的双差模糊度，即变形量并没有对相位双差测量值的整数部分造成影响，仅影响测量值的小数部分；中仅包含了不足一波段的小数部分，确切为根据式1列出误差方程，计算变形量：式中下标m代表卫星，下标r代表接收机，w、n、m为x、y、z三个方向上的方向余弦。4.根据权利要求1所述的坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，其特征在于，坐标先验约束的北斗三频短基线解算实现基于坐标先验约束的短基线数据处理，回避整周模糊度解算和周跳探测，首先利用伪距双差求得流动站的初始坐标，然后根据初始坐标的精度并兼顾坐标先验精度与整周模糊度之间的关系，选择波长较长且噪声较小的组合测量值逐步精细化计算结果，最终获得高精度的流动站坐标信息。5.根据权利要求1所述的坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，其特征在于，解算承接条件根据基于坐标先验约束的基线解算框架，当初始坐标具有一定的精度时，初始坐标与真实坐标之间的偏差仅影响双差模糊度的小数部分，并不会对相位双差测量值的整数部分造成影响，可利用流动站的初始坐标计算得到正确的相位双差整周模糊度，回避整周模糊度的搜索过程；但实现这一过程的关键是初始坐标需要保证一定的精度使得初始值与真实值之间的偏差值不影响到相位双差整周部分，即偏差值与整周模糊度之间存在一定的关系；本发明通过推导求得偏差值与整周模糊度之间的关系；双差距离测量值之差与形变量的数学关系为：的数学关系为：表示双差算子；a为相位测量值，单位为cycle；b为卫星测站的几何距离，单位为米，c为载波相位测量值波长，单位为米；M为载波相位整周模糊度，单位为cycle；d
φ
为相位测量值噪声及未模型化的误差，单位为米，下标m代表卫星，下标r代表接收机；F为基准站，G为监
测站，G
′
为变形后的G点位置，q和p为同步测量卫星，以高度角较大的卫星p为参考星；若监测站G发生变形产生了位移后至G
′
点，它们的差值用表示；形变量进一步表示为：其中，为方向上的单位矢量；带入式9得：兼顾式4得：如不顾及整周模糊度，则：需要满足条件：式11右侧小于1周，即：由于所以：则当满足条件：当满足式16时，可满足回避整周模糊度解算的条件；短基线测量的载波相位测量值在双差后剩余的误差很小，当顾及双差剩余误差时，式16左边项应加上双差剩余误差项。6.根据权利要求5所述的坐标先验融合GPS的北斗三频精细解算方法，其特征在于，高精度的伪距双差基线解算中，顾及坐标先验约束的短基线解算首先是伪距双差解算，求得流动站的初始坐标；本发明先基于伪距双差基线解算方法，解析伪距双差可达到的精度，作为随后三频线性组合测量值选取的参考；非差伪距测量方程为：式中，为伪距测量值，为测站至卫星的几何距离，o为光在真空中的传播速度，单位为m/s，f
j
(t)...

【专利技术属性】
技术研发人员：常四平，
申请(专利权)人：常四平，
类型：发明
国别省市：