一种精密单点定位逐级模糊度固定方法技术

本发明专利技术提供了一种精密单点定位逐级模糊度固定方法。该方法包括：使用卫星接收机测量接收卫星原始观测信息，使用IGS发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，估计得到载波相位模糊度浮点解；通过采用MW组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解，获取窄巷模糊度浮点解，搜索得到窄巷模糊度固定解；根据宽巷模糊度固定解和窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到位置和速度的固定解。本发明专利技术方法对卫星原始观测数据和精密星历产品进行先内插后误差校正，由经模糊度固定过程后精密单点定位方法获取运动位置，增强了定位系统的定位表现。位表现。位表现。

【技术实现步骤摘要】
一种精密单点定位逐级模糊度固定方法


[0001]本专利技术涉及交通运输领域，尤其涉及一种精密单点定位逐级模糊度固定方法。

技术介绍

[0002]在现代交通领域中，位置信息智能感知对于智慧交通的普及与发展十分重要。全球卫星导航系统全天候和全球性的定位特征令其在定位技术中占据重要的地位，但是目前广泛应用的标准单点定位服务的定位误差通常可达十几米，无法提供高精度位置信息。
[0003]精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)采用载波相位卫星观测值，无需额外设备就可提供高精度位置结果，但是其中载波相位模糊度的存在制约着载波相位高精度的实现。载波相位模糊度具有整周特性，采用估计方法仅能获得浮点小数解，无法在短时间内完成快速收敛获得厘米级精度结果。因此需要对载波相位模糊度进行固定得到整数解，采用逐级固定的方式分层固定，结合grg钟差产品恢复载波相位模糊度的整周特性，提升精密单点定位的精度和收敛速度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供了一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，以提高精密单点定位的精度和收敛时间。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0006]一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，包括：
[0007]在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用IGS发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解；
[0008]通过采用MW组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解；
[0009]根据所述载波相位模糊度浮点解和所述宽巷模糊度固定解获取窄巷模糊度浮点解，根据窄巷模糊度浮点解用LAMBDA算法搜索得到窄巷模糊度固定解；
[0010]根据所述宽巷模糊度固定解和所述窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将所述无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解。
[0011]优选地，所述的在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用IGS发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解，包括：
[0012]在对需要定位的物体上放置卫星接收机，从卫星接收机获取整个定位过程中所需伪距、载波相位卫星原始观测信息，从IGS组织网站上下载卫星精密星历产品获得卫星位置和卫星钟差信息；
[0013]采用拉格朗日内插方法对所述卫星位置和卫星钟差进行内插，获得与所述卫星原始观测值时间同步的卫星位置和卫星钟差；
[0014]考虑卫星信号传播过程中各种误差源矫正补偿上述信息误差，包括：
[0015]用双频信号组成消除电离层组合观测值来减少电离层延迟：
[0016][0017]其中，A3为消电离层组合观测值，f1、f2为不同GNSS信号频率，A1、A2分别为频率f1和f2的卫星观测值；
[0018]将对流层延迟分为干燥气体引起的干分量延迟和湿润气体引起的湿分量延迟，用误差估计的方法估计湿分量延迟带给定位结果的误差；
[0019]卫星时钟与接收机时钟受到的重力和速度因所在位置不同而并不相同，用户可用下式进行此相对论效应的校正：
[0020][0021]其中，rela为相对论效应，r为卫星位置，v为卫星速度，c为光速。
[0022]GNSS信号传播至卫星接收机的这段时间，因地球自转导致卫星发射和接收机接收时卫星坐标发生了变化，由(X
S
,Y
S
,Z
S
)变为(X
S
',Y
S
',Z
S
')，需要对卫星坐标进行校正：
[0023][0024]其中，ω为地球自转角速度，Δt为信号传播时间长度；
[0025]采用星间单差的方式来消除接收机相关误差，选用信号质量最好的卫星作为参考卫星，将其他卫星的卫星原始观测值减去参考卫星的卫星原始观测值，最终相互抵消相同的接收机误差项；
[0026]利用卡尔曼滤波器估计待定位物体运动状态信息，卡尔曼滤波器内部设置如下：
[0027]构建的卡尔曼滤波器状态向量如下所示：
[0028][0029]其中，[x y z]表示当前估计的三维位置，[v
x v
y v
z
]表示当前估计的三维速度，[a
x a
y a
z
]表示当前估计的三维加速度，Δd
wet
表示当前估计的对流层湿分量延迟，ΔN
IF
表示表示当前估计的消除电离层组合的载波相位模糊度浮点解，m表示当前估计参考卫星，n表示当前估计的卫星颗数；
[0030]加速度因物体运动随时间的相关性被认为是一阶马尔可夫过程，加速度模型为：
[0031][0032]其中，τ是系统相关时间常数，ω
a
是零均值白噪声。
[0033]采用一阶马尔可夫模型加速度建模，随机游走模型分别对消除电离层组合的载波相位模糊度和对流层湿分量延迟建模，则系统矩阵为：
[0034][0035]卡尔曼滤波器量测向量为星间单差消除电离层后的载波相位之差：
[0036][0037]系统测量矩阵为：
[0038][0039]其中，M
wet
是对流层湿分量系数，e是表示卫星
‑
用户速度差沿视线方向单位矢量投影；
[0040]因为不同卫星单差消除电离层组合的载波相位之间具有相关性，所以系统测量噪声协方差矩阵表示为：
[0041][0042]其中，表示单差消除电离层组合的载波相位的噪声方差。
[0043]优选地，所述的通过采用MW组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解，包括：
[0044]卫星观测方程为：
[0045][0046]其中，P为伪距，ρ为卫星与接收机之间的真实距离，dt
r
接收机钟差，dt
s
为卫星钟差，d
ion
为电离层误差，d
trop
为对流层误差，分别为卫星端和接收机端的伪距偏差，ε为其他误差，L为载波相位，N为整周模糊度，λ为波长，分别为卫星端和接收机端的相位偏差；
[0047]采用双频消除电离层组合观测值消除电离层延迟，卫星观测方程变为：
[0048][0049][0050]仅在伪距中使用IGS精密卫星钟差产品，在载波相位方程中则使用依据整数相位种模糊度固定方法得到的CNES精密卫星钟差产品，则卫星观测方程的相位偏差的影响被吸入钟差中，卫星观测方程变为：
[0051本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精密单点定位逐级模糊度固定方法，其特征在于，包括：在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用IGS发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解；通过采用MW组合观测值、grg钟差文件和平滑取整的方式获取宽巷模糊度固定解；根据所述载波相位模糊度浮点解和所述宽巷模糊度固定解获取窄巷模糊度浮点解，根据窄巷模糊度浮点解用LAMBDA算法搜索得到窄巷模糊度固定解；根据所述宽巷模糊度固定解和所述窄巷模糊度固定解获取无电离层模糊度固定解，将所述无电离层模糊度固定解作为卡尔曼滤波参数再次进行量测更新，得到需要定位的物体的位置和速度的固定解。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的在对需要定位的物体上放置卫星接收机，使用卫星接收机测量接收包括伪距、载波的相位卫星原始观测信息，使用IGS发布的精密星历产品获得卫星位置和钟差信息，搭建误差修正模型校正以上数据，把误差修正后的信息输入到扩展卡尔曼滤波器中估计得到载波相位模糊度浮点解，包括：在对需要定位的物体上放置卫星接收机，从卫星接收机获取整个定位过程中所需伪距、载波相位卫星原始观测信息，从IGS组织网站上下载卫星精密星历产品获得卫星位置和卫星钟差信息；采用拉格朗日内插方法对所述卫星位置和卫星钟差进行内插，获得与所述卫星原始观测值时间同步的卫星位置和卫星钟差；考虑卫星信号传播过程中各种误差源矫正补偿上述信息误差，包括：用双频信号组成消除电离层组合观测值来减少电离层延迟：其中，A3为消电离层组合观测值，f1、f2为不同GNSS信号频率，A1、A2分别为频率f1和f2的卫星观测值；将对流层延迟分为干燥气体引起的干分量延迟和湿润气体引起的湿分量延迟，用误差估计的方法估计湿分量延迟带给定位结果的误差；卫星时钟与接收机时钟受到的重力和速度因所在位置不同而并不相同，用户可用下式进行此相对论效应的校正：其中，rela为相对论效应，r为卫星位置，v为卫星速度，c为光速。GNSS信号传播至卫星接收机的这段时间，因地球自转导致卫星发射和接收机接收时卫星坐标发生了变化，由(X
S
,Y
S
,Z
S
)变为(X
S'
,Y
S'
,Z
S'
)，需要对卫星坐标进行校正：
其中，ω为地球自转角速度，Δt为信号传播时间长度；采用星间单差的方式来消除接收机相关误差，选用信号质量最好的卫星作为参考卫星，将其他卫星的卫星原始观测值减去参考卫星的卫星原始观测值，最终相互抵消相同的接收机误差项；利用卡尔曼滤波器估计待定位物体运动状态信息，卡尔曼滤波器内部设置如下：构建的卡尔曼滤波器状态向量如下所示：其中，[x y z]表示当前估计的三维位置，[v
x v
y v
z
]表示当前估计的三维速度，[a
x a
y a
z
]表示当前估计的三维加速度，Δd
wet
表示当前估计的对流层湿分量延迟，ΔN
IF
表示表示当前估计的消除电离层组合的载波相位模糊度浮点解，m表示当前估计参考卫星，n表示当前估计的卫星颗数；加速度因物体运动随时间的相关性被认为是一阶马尔可夫过程，加速度模型为：其中，τ是系统相关时间常数，ω
a
是零均值白噪声。采用一阶马尔可夫模型加速度建模，随机游走模型分别对消除电离层组合的载波相位模糊度和对流层湿分量延迟建模，则系统矩阵为：卡尔曼滤波器量测向量为星间单差消除电离层后的载波相位之差：系统测量矩阵为：其中，M
wet
是对流层湿分量系数，e是表示卫星
‑
用户速度差沿视线方向单位矢量投影；因为不同卫星单差消除电离层组合的载波相位之间具有相关性，所以系统测量噪声协方差矩阵表示为：其中，表示单差消除电离层组合的载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜维，刘涛，蔡伯根，王剑，上官伟，刘江，陆德彪，柴琳果，巴晓辉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：