一种制造技术

本发明专利技术公开一种

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS和LNSS数据融合处理方法及系统


[0001]本专利技术涉及数据融合
，特别是涉及一种
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法及系统
。

技术介绍

[0002]全球导航卫星系统
(GNSS)
因其全天候
、
高实时
、
高精度等优点被广泛应用于各个领域
。
目前提供服务的
GNSS
共有四个，分别为美国的全球定位系统
(GPS)、
俄罗斯的格洛纳斯系统
(GLONASS)、
欧盟的伽利略系统
(Galileo)
以及中国的北斗卫星导航系统
(BDS)。BDS
由中国独立建设和运行，由地球静止轨道
(GEO)、
倾斜地球同步轨道
(IGSO)
以及中圆地球轨道
(MEO)
三类卫星组成
。
整体建设分为三个阶段，分别为验证系统
(BDS
‑
1)
，扩展的区域导航系统
(BDS
‑
2)
以及全球导航系统
(BDS
‑
3)。BDS
‑3正式为全球用户提供服务，标志着
BDS
建设圆满完成了三步走战略
。
[0003]随着用户对导航定位需求的不断增长，高精度
、
高可靠
、
快收敛等要素受到越来越多
GNSS
用户的关注，这促使了低地球轨道
(LEO)
导航卫星系统的发展
。
相比于
GNSS
卫星，
LEO
卫星的轨道高度更低，这使得
LEO
导航卫星系统，即低轨导航卫星系统
(LNSS)
具有以下优势：
1)
对地几何结构变化快，显著改善了用户定位收敛时间；
2)
信号落地功率高，提升了导航定位抗干扰能力；
3)
星地通信能力强，有效增强了
GNSS
服务能力
。
此外，对于
BDS
，密集的
LEO
卫星网可作为移动的监测站，这有效弥补了中国自主可控的地面监测站无法全球分布的问题，显著提升了基于区域地面监测站的
BDS
卫星轨道和钟差解算精度
。
[0004]多导航系统并存催生了多种观测数据融合处理的需求，随着
LNSS
的发展，在原有地面监测站
GNSS
观测和
BDS
‑3卫星星间链路
(ISL)
观测的基础上，
LNSS
的加入新增了地面监测站
LNSS
观测
、LEO
卫星星载
GNSS
观测
、LEO
卫星
ISL
观测等信号源
。
如何基于
GNSS
和
LNSS
多源观测数据建立一套多源数据融合处理方法，对于保障正在建设的
LNSS
提供高精度
、
高可靠
、
快收敛的定位
、
导航和授时
(PNT)
服务至关重要
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法及系统，以提供高精度可靠的导航定位
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法，所述方法包括：
[0008]获取观测数据；所述观测数据包括：星间测距观测数据
、
地面监测站观测数据和星载观测数据；所述星间测距观测数据包括：
BDS
‑3星间测距观测数据和
LNSS
星间测距观测数据；所述地面监测站观测数据包括：
GNSS
观测数据和
LNSS
观测数据；所述星载观测数据包括：
LEO
卫星的星载
GNSS
观测数据；
[0009]根据所述星间测距观测数据，基于动力学定轨法构建
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型；
[0010]基于拉格朗日插值算法和二次多项式法，确定
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型的观测参数；所述观测参数包括：信号发射时刻估计值
、
卫星动力学参数和卫星钟差；
[0011]根据所述地面监测站观测数据构建地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型；所述地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型，包括：伪距观测方程和载波相位观测方程；
[0012]基于拉格朗日插值算法和轨道积分函数，确定地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型的观测参数；
[0013]根据所述星载观测数据，确定星载
GNSS
观测方程，并根据所述星载
GNSS
观测方程确定
LEO
卫星星载
GNSS
观测模型；
[0014]基于轨道积分函数和拉格朗日插值算法，确定所述
LEO
卫星星载
GNSS
观测模型的观测参数；
[0015]采用二次多项式建模和拉格朗日多项式插值的方法，根据多源参数构建
GNSS
及
LNSS
多源数据融合观测模型；所述多源参数包括：
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型的观测参数
、
地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型的观测参数，以及
LEO
卫星星载
GNSS
观测模型的观测参数；
[0016]采用最小二乘法对所述
GNSS
及
LNSS
多源数据融合观测模型进行参数估计，得到参数解算结果；所述参数解算结果用于表征卫星系统的定位导航和授时
。
[0017]可选地，根据所述星间测距观测数据，基于动力学定轨法构建
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型，具体包括：
[0018]根据所述星间测距观测数据建立星间链路测距观测方程；
[0019]根据卫星运行过程中的受力情况建立卫星受摄运动方程；
[0020]基于动力学定轨法，根据所述星间链路测距观测方程和所述卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法，其特征在于，所述方法包括：获取观测数据；所述观测数据包括：星间测距观测数据
、
地面监测站观测数据和星载观测数据；所述星间测距观测数据包括：
BDS
‑3星间测距观测数据和
LNSS
星间测距观测数据；所述地面监测站观测数据包括：
GNSS
观测数据和
LNSS
观测数据；所述星载观测数据包括：
LEO
卫星的星载
GNSS
观测数据；根据所述星间测距观测数据，基于动力学定轨法构建
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型；基于拉格朗日插值算法和二次多项式法，确定
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型的观测参数；所述观测参数包括：信号发射时刻估计值
、
卫星动力学参数和卫星钟差；根据所述地面监测站观测数据构建地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型；所述地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型，包括：伪距观测方程和载波相位观测方程；基于拉格朗日插值算法和轨道积分函数，确定地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型的观测参数；根据所述星载观测数据，确定星载
GNSS
观测方程，并根据所述星载
GNSS
观测方程确定
LEO
卫星星载
GNSS
观测模型；基于轨道积分函数和拉格朗日插值算法，确定所述
LEO
卫星星载
GNSS
观测模型的观测参数；采用二次多项式建模和拉格朗日多项式插值的方法，根据多源参数构建
GNSS
及
LNSS
多源数据融合观测模型；所述多源参数包括：
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型的观测参数
、
地面监测站
GNSS
及
LNSS
观测模型的观测参数，以及
LEO
卫星星载
GNSS
观测模型的观测参数；采用最小二乘法对所述
GNSS
及
LNSS
多源数据融合观测模型进行参数估计，得到参数解算结果；所述参数解算结果用于表征卫星系统的定位导航和授时
。2.
根据权利要求1所述的
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法，其特征在于，根据所述星间测距观测数据，基于动力学定轨法构建
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型，具体包括：根据所述星间测距观测数据建立星间链路测距观测方程；根据卫星运行过程中的受力情况建立卫星受摄运动方程；基于动力学定轨法，根据所述星间链路测距观测方程和所述卫星受摄运动方程，采用拉格朗日插值算法确定星间测距观测方程；根据所述星间测距观测方程确定
BDS
‑3及
LNSS
星间测距观测模型
。3.
根据权利要求2所述的
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法，其特征在于，所述星间链路测距观测方程的表达式为：其中，
L
ij
为卫星
j
接收到的来自卫星
i
的伪距观测量；
r
i
为卫星
i
在坐标系中的位置向量；
r
j
为卫星
j
在坐标系中的位置向量；
t
i
为卫星
i
发射信号的时刻；
t
j
为卫星
j
接收到信号的时刻；
c
为光速；
dT
i
为卫星
i
的卫星钟差；
dT
j
为卫星
j
的卫星钟差；为卫星
j
的信号接收时延；为卫星
i
的信号发射时延；为信号从卫星
i
到卫星
j
传播过程中的误差
。4.
根据权利要求2所述的
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法，其特征在于，所述星间测距观测方程的表达式为：
其中，
L
ij
为卫星
j
接收到的来自卫星
i
的伪距观测量；
(X
i
，
Y
i
，
Z
i
)
为卫星
i
的三维坐标；
(X
j
，
Y
j
，
Z
j
)
为卫星
j
的三维坐标；
t
i
为卫星
i
发射信号的时刻；
c
为光速；
dT
i
为卫星
i
的卫星钟差；
t
j
为卫星
j
接收到信号的时刻；
dT
j
为卫星
j
的卫星钟差；为卫星
j
的信号接收时延；为卫星
i
的信号发射时延；为信号从卫星
i
到卫星
j
传播过程中的误差
。5.
根据权利要求1所述的
GNSS
和
LNSS
数据融合处理方法，其特征在于，所述伪距观测方程的表达式为：所述载波相位观测方程的表达式为：其中，
i
为卫星号；
P
为伪距观测值；
φ
为载波相位观测值；
ρ
为卫星和测站间的几何距离；
c
为光速；
dt
为接收机钟差；
dT
为卫星钟差；
d
ion
为电离层延迟；
d
tro
为对流层延迟；
d
ISB
为
ISB
；
ds
PCC
为卫星端天线
PCC
；
dr
PCC
为地面监测站天线
PCC
；
d
r
为接收机端的
DCB
；
d
s
为卫星端的
DCB
；
δ
r
为接收机端的相位硬件延迟；
δ
s
为卫星端的相位硬件延迟；
λ
为载波波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，涂锐，卢晓春，范丽红，王思遥，韩军强，张鹏飞，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：