一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法，针对北斗三号可以播发四频信号的特点，利用多频组合观测值具有长波长、弱电离层影响和低噪声等特点，首先利用北斗三号四频载波和伪距观测数据求解(

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法


[0001]本专利技术属于北斗卫星导航系统定位
，尤其涉及一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法。

技术介绍

[0002]北斗卫星导航系统已经从试验卫星导航系统(BDS
‑
1)演变为区域性卫星导航系统(BDS
‑
2)，并最终进入全球卫星导航系统(BDS
‑
3)阶段。 BDS
‑
3由3颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和24颗MEO卫星组成，于2020 年7月31日正式开通，目的在于为全球用户提供导航、定位、授时服务。BDS
‑
3为了实现与BDS
‑
2的兼容，继承了B1I与B3I频点，此外BDS
‑
3还播发了B1C、B2a和B2b三个频点信号来实现与GPS系统和Galileo系统的兼容互操作。与三频或双频信号相比，四频新号可以形成更多具有长波长、弱电离层影响和低噪声等优良特性的组合观测值。这些优点对于提升模糊度解算的效率、周跳探测与修复以及高精度定位等具有非常重要的意义。
[0003]整周模糊度的固定是实现高精度实时定位的关键和核心，GNSS多频模糊度解算大体上可以分为几何模型和无几何模型两种。几何相关模型是利用多颗卫星的载波和伪距观测值，将整周模糊度与几何项作为未知参数同时进行估计的解算模型，如LAMBDA方法。无几何模型中每颗卫星的模糊度是独立求解的，只利用单颗卫星的观测值直接进行模糊度求解的解算模型，如TCAR方法和CIR方法。当前的多频定位方法主要针对双频或三频数据，但随着北斗三号播发四频及以上的数据，为四频模糊度解算和四频单历元定位提供了有利条件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：针对传统单频短基线定位模糊度需要一定时间才能固定的不足，提出了一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法，能够实现短基线单历元定位，有效提升了模糊度解算效率和GNSS定位的时效性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法，基于北斗三号四频载波和伪距观测数据，执行以下步骤获得载波双差观测方程中的三维坐标参数，完成北斗三号四频信号的短基线单历元定位；
[0006]步骤S1、利用北斗三号四频载波和伪距观测数据，基于无几何模型单历元分别计算载波组合(
‑
1,0,1,0)、(0,1,0,
‑
1)的超宽巷模糊度，之后将其取整，获得取整固定后的超宽巷模糊度Δ
▽
N
(
‑
1,0,1,0)
、Δ
▽
N
(0,1,0,
‑
1)
；
[0007]步骤S2、将取整固定后的超宽巷模糊度作为高精度的伪距观测值，带入观测方程中，并基于几何模型约束求解宽巷模糊度Δ
▽
N
(0,
‑
3,1,2)
；
[0008]步骤S3、根据步骤S1中获得的取整固定后的超宽巷模糊度Δ
▽
N
(0,1,0,
‑
1)
、以及步骤S2中获得的宽巷模糊度Δ
▽
N
(0,
‑
3,1,2)
，通过线性组合计算得到载波组合(0,
‑
1,1,0)和(0,0,1,
‑
1)的宽巷模糊度；
[0009]步骤S4、将步骤S3获得的载波组合(0,
‑
1,1,0)和(0,0,1,
‑
1)的宽巷模糊度作为高精度的伪距观测值，并基于最小二乘原理，计算载波组合(0,0,1,0)的窄巷模糊度，并获得载波组合(0,0,1,0)的窄巷模糊度浮点解和方差
‑
协方差矩阵，针对窄巷模糊度Δ
▽
N
(0,0,1,0)
用最小二乘降相关方法进行模糊度的搜索和固定，之后根据固定的窄巷模糊度，代入载波双差观测方程，单历元求解获得三维坐标参数。
[0010]进一步地，前述的步骤S1包括以下子步骤：
[0011]步骤S1.1:利用北斗三号四频载波和伪距观测数据，基于无几何模型单历元计算载波组合(
‑
1,0,1,0)的超宽巷模糊度，之后将计算出的载波组合 (
‑
1,0,1,0)超宽巷模糊度取整固定，如下式：
[0012][0013]式中，Δ
▽
表示双差算子，Δ
▽
N
(
‑
1,0,1,0)
表示(
‑
1,0,1,0)载波组合超宽巷模糊度，[
·
] 表示四舍五入算子，Δ
▽
φ
(
‑
1,0,1,0)
表示以米为单位的(
‑
1,0,1,0)载波组合观测值，Δ
▽
P
(1,1,0,0)
表示以米为单位的载波组合(1,1,0,0)伪距组合观测值，λ
(
‑
1,0,1,0)
表示载波组合(
‑
1,0,1,0)观测值的波长；
[0014]步骤S1.2:利用北斗三号四频载波和伪距观测数据，基于无几何模型单历元计算载波组合(0,1,0,
‑
1)的超宽巷模糊度，之后将计算出的载波组合 (0,1,0,
‑
1)的超宽巷模糊度取整固定，如下式：
[0015][0016](2)式中，Δ
▽
表示双差算子，Δ
▽
N
(0,1,0,
‑
1)
表示(0,1,0,
‑
1)超宽巷模糊度，[
·
]表示四舍五入算子，Δ
▽
φ
(0,1,0,
‑
1)
表示以米为单位的载波组合(0,1,0,
‑
1)观测值，Δ
▽
P
(0,1,0,1)
表示以米为单位的载波组合(0,1,0,1)伪距组合观测值，λ
(0,1,0,
‑
1)
表示载波组合(0,1,0,
‑
1)观测值的波长。
[0017]进一步地，前述的步骤S2具体为：基于步骤S1获得的取整固定后的超宽巷模糊度Δ
▽
N
(
‑
1,0,1,0)
、Δ
▽
N
(0,1,0,
‑
1)
，并作为高精度的伪距观测值，采用几何相关模型进行最小二乘联合求解宽巷模糊度Δ
▽
N
(0,
‑
3,1,2)
，如下式：
[0018][0019]其中， l
(0,
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法，其特征在于，基于北斗三号四频载波和伪距观测数据，执行以下步骤获得载波双差观测方程中的三维坐标参数，完成北斗三号四频信号的短基线单历元定位；步骤S1、利用北斗三号四频载波和伪距观测数据，基于无几何模型单历元分别计算载波组合(
‑
1,0,1,0)、(0,1,0,
‑
1)的超宽巷模糊度，之后将其取整，获得取整固定后的超宽巷模糊度步骤S2、将取整固定后的超宽巷模糊度作为高精度的伪距观测值，带入观测方程中，并基于几何模型约束求解宽巷模糊度步骤S3、根据步骤S1中获得的取整固定后的超宽巷模糊度以及步骤S2中获得的宽巷模糊度通过线性组合计算得到载波组合(0,
‑
1,1,0)和(0,0,1,
‑
1)的宽巷模糊度；步骤S4、将步骤S3获得的载波组合(0,
‑
1,1,0)和(0,0,1,
‑
1)的宽巷模糊度作为高精度的伪距观测值，并基于最小二乘原理，计算载波组合(0,0,1,0)的窄巷模糊度，并获得载波组合(0,0,1,0)的窄巷模糊度浮点解和方差
‑
协方差矩阵，针对窄巷模糊度用最小二乘降相关方法进行模糊度的搜索和固定，之后根据固定的窄巷模糊度，代入载波双差观测方程，单历元求解获得三维坐标参数。2.根据权利要求1所述的一种基于北斗三号四频信号的短基线单历元定位方法，其特征在于，步骤S1包括以下子步骤：步骤S1.1:利用北斗三号四频载波和伪距观测数据，基于无几何模型单历元计算载波组合(
‑
1,0,1,0)的超宽巷模糊度，之后将计算出的载波组合(
‑
1,0,1,0)超宽巷模糊度取整固定，如下式：(1)式中，表示双差算子，表示(
‑
1,0,1,0)载波组合超宽巷模糊度，[
·
]表示四舍五入算子，表示以米为单位的(
‑
1,0,1,0)载波组合观测值，表示以米为单位的载波组合(1,1,0,0)伪距组合观测值，λ
(
‑
1,0,1,0)
表示载波组合(
‑
1,0,1,0)观测值的波长；步骤S1.2:利用北斗三号四频载波和伪距观测数据，基于无几何模型单历元计算载波组合(0,1,0,
‑
1)的超宽巷模糊度，之后将计算出的载波组合(0,1,0,
‑
1)的超宽巷模糊度取整固定，如下式：(2)式中，表示双差算子，表示(0,1,0,
‑
1)超宽巷模糊度，[
·
]表示四舍五入算子，表示以米为单位的载波组合(0,1,0,
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：高成发，江臣，刘濛濛，刘发，阮静，杨洋，厉广广，
申请(专利权)人：江苏省交通工程建设局，
类型：发明
国别省市：