基于卡尔曼滤波的PPP-B2b改正数预测和更新方法技术

本发明专利技术涉及一种基于卡尔曼滤波的PPP

【技术实现步骤摘要】
基于卡尔曼滤波的PPP
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B2b改正数预测和更新方法


[0001]本专利技术属于船舶系统技术
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电子信息系统
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导航系统
，涉及一种PPP
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B2b改正数预测和更新方法，尤其是一种基于卡尔曼滤波的PPP
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B2b改正数预测和更新方法。

技术介绍

[0002]PPP
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B2b信号是北斗三号系统首次对外发布的高精度信号，由三颗地球静止轨道(GEO)卫星播发轨道和钟差等改正信息，可以为用户提供公开、免费的高精度服务。
[0003]2020年7月北斗三号系统正式建成并开通服务，其中3颗GEO卫星在我国及周边地区播发PPP
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B2b信号，可为用户提供实时轨道、钟差和码偏差改正信息，用户结合广播星历与伪距、载波相位观测数据即可实现实时精密单点定位。PPP
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B2b信号在播发过程中，按照63种报文播发改正信息，并利用报文内部的多个字段进行信息间同步。表1定义了PPP
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B2b信息类型，其中常用的就是前四种，信息类型2中轨道改正数的历元时间间隔为48秒，信息类型4中钟差改正数的历元时间间隔为6秒，为了保证不同信息类型所播发信息内容之间以及与广播星历之间的关联性，需要通过IOD SSR、IOD P、IOD N和IOD Corr等标识进行信息同步匹配。因此存在某个字段超前更新或延迟更新的问题，造成定位解算过程中的改正数无法使用的问题，进而影响用户对实时性定位的性能，基于此本专利技术将研究重点放在PPP
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B2b改正数实时预测和更新方法。
[0004]表1PPP
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B2b信息类型定义
[0005]信息类型信息内容1卫星掩码2卫星轨道改正数及用户测距精度指数3码间偏差改正数4卫星钟差改正数5用户测距精度指数6钟差改正数与轨道改正数
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组合1 7钟差改正数与轨道改正数
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组合28
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62预留63空信息
[0006]经检索，未发现与本专利技术相同或相似的已公开的专利文献。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于卡尔曼滤波的PPP
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B2b改正数预测和更新方法，利用北斗三号系统播发的PPP
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B2b增强信号，通过对PPP
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B2b改正数的实时预测和更新，可保证用户定位解算中改正信息的连续性和稳定性，有助于缓解短时信号遮挡和报文更新过程中改正信息中断或延迟的问题。
[0008]本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
[0009]一种基于卡尔曼滤波的PPP
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B2b改正数预测和更新方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、判断北斗三号系统播发的PPP
‑
B2b增强信号是否中断或迟延；
[0011]步骤2、基于步骤1的判定结果，对PPP
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B2b改正数进行预测和更新。
[0012]而且，所述步骤1的具体步骤包括：
[0013](1)捕获北斗三号系统播发的PPP
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B2b增强信号，若无法捕获信号则判定为信号中断；若成功捕获信号后则进行PPP
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B2b报文信息的解析；
[0014](2)若对PPP
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B2b报文信息成功解析后，若发现多个报文之间报文同步码不一致，则判定为报文正在更新，这时同样判定信号中断或延迟；
[0015]若对PPP
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B2b报文信息成功解析后，若发现多个报文之间报文同步码正常，则判定报文更新正常，继续进行定位解算；
[0016]若对PPP
‑
B2b报文信息解析失败，则判定为信号中断或迟延；
[0017](3)对于报文更新正常的信号，用户端采用精密单点定位(PPP)服务方案来确定用户位置；对于判断为信号中断或延迟的信号，则根据中断时长T0来判断是否需要进行PPP
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B2b改正数信息外推。
[0018]而且，所述步骤2的具体步骤包括：
[0019](1)当PPP
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B2b信号发生中断或延迟并小于设定的中断时长阈值T0时，则进入改正数信息预测过程，利用卡尔曼滤波进行对卫星轨道改正数、卫星钟差改正数和卫星码间延迟改正数的预测和更新，判断用户端采用的是精密单点定位(PPP)服务方案进行用户位置确定。
[0020](2)当PPP
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B2b信号发生中断或延迟并大于设定的中断时长阈值T0时，则采用标准单点定位(SPP)服务方案进行用户位置确定。
[0021]而且，所述步骤2第(1)步中对卫星轨道改正数进行预测和更新的具体步骤包括：
[0022]PPP
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B2b信号改正数中，信息类型2中卫星轨道改正数更新频率为48秒，播发的轨道改正数信息包括轨道改正向量在径向、切向和法向的分量。对于用户端实时定位的需求，轨道改正数需要每个历元进行更新，并结合卫星星历中提供的运动轨迹和卫星轨道参数信息进行卡尔曼滤波外推。
[0023]①
在构建卡尔曼滤波过程中，估计参数为卫星轨道改正数分量及其速度分量，状态更新方程参照人卫轨道理论构建，具体公式如下：
[0024][0025]式中，分别对应径向、切向和法向的轨道改正数；分别对应径向、切向和法向的轨道改正数速度分量；Δt
t,t+1
代表从t时刻到t+1时刻的时间间隔。此外，观测方程由PPP
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B2b信号提供卫星轨道改正分量随机模型参考一阶马尔科夫模型构建；方差值由历史数据中的卫星用户测距精度和星历数据共同决定。
[0026]②
通过卡尔曼滤波进行状态预测和量测更新，可以获得每个历元上的轨道改正
数。在精密定位解算中，需要计算卫星在地心地固系下的坐标，将轨道改正数分量进行坐标转换并对广播星历计算出的卫星位置向量X
broadcast
进行校正即可恢复卫星实时精密坐标X
orbit
，其公式如下：
[0027][0028][0029][0030]e
along
＝e
radial
×
e
cross
[0031]式中，r、分别表示广播星历中的卫星位置和速度矢量；e
radial
、e
along
、e
cross
分别对应径向、切向和法向的单位矢量。
[0032]而且，所述步骤2第(1)步中对卫星钟差改正数进行预测和更新的具体步骤包括：
[0033]PPP
‑
B2b信号改正数中，信息类型4中卫星钟差改正数更新频率为6秒。对于用户端实时定位的需求，卫星钟差改正数同样需要每个历元进行估计。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卡尔曼滤波的PPP
‑
B2b改正数预测和更新方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、判断北斗三号系统播发的PPP
‑
B2b增强信号是否中断或迟延；步骤2、基于步骤1的判定结果，对PPP
‑
B2b改正数进行预测和更新。2.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的PPP
‑
B2b改正数预测和更新方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤包括：(1)捕获北斗三号系统播发的PPP
‑
B2b增强信号，若无法捕获信号则判定为信号中断；若成功捕获信号后则进行PPP
‑
B2b报文信息的解析；(2)若对PPP
‑
B2b报文信息成功解析后，若发现多个报文之间报文同步码不一致，则判定为报文正在更新，这时同样判定信号中断或延迟；若对PPP
‑
B2b报文信息成功解析后，若发现多个报文之间报文同步码正常，则判定报文更新正常，继续进行定位解算；若对PPP
‑
B2b报文信息解析失败，则判定为信号中断或迟延；(3)对于报文更新正常的信号，用户端采用精密单点定位PPP服务方案来确定用户位置；对于判断为信号中断或延迟的信号，则根据中断时长T0来判断是否需要进行PPP
‑
B2b改正数信息外推。3.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的PPP
‑
B2b改正数预测和更新方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：(1)当PPP
‑
B2b信号发生中断或延迟并小于设定的中断时长阈值T0时，则进入改正数信息预测过程，利用卡尔曼滤波进行对卫星轨道改正数、卫星钟差改正数和卫星码间延迟改正数的预测和更新，判断用户端采用的是精密单点定位PPP服务方案进行用户位置确定；(2)当PPP
‑
B2b信号发生中断或延迟并大于设定的中断时长阈值T0时，则采用标准单点定位SPP服务方案进行用户位置确定。4.根据权利要求3所述的一种基于卡尔曼滤波的PPP
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B2b改正数预测和更新方法，其特征在于：所述步骤2第(1)步中对卫星轨道改正数进行预测和更新的具体步骤包括：
①
在构建卡尔曼滤波过程中，估计参数为卫星轨道改正数分量及其速度分量，状态更新方程参照人卫轨道理论构建，具体公式如下：式中，分别对应径向、切向和法向的轨道改正数；分别对应径向、切向和法向的轨道改正数速度分量；Δt
t,t+1
代表从t...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘季，吕洪波，路寅，张鹏，孙敏，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：