一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 精密單點(diǎn)定位（PrecisePoint化sitioning，簡(jiǎn)稱PP巧是基于狀態(tài)空間域改 正信息的高精度定位方法，基本實(shí)現(xiàn)方法為：用戶采用一臺(tái)GNSS(Global化vigation Sate11iteSystem)接收機(jī)的雙頻碼偽距和載波相位觀測(cè)值，通過(guò)國(guó)際GNSS服務(wù)組織 (InternationalGNSSService,簡(jiǎn)稱IG巧提供的GNSS精密軌道和精密鐘差產(chǎn)品內(nèi)插出相 應(yīng)觀測(cè)時(shí)刻的衛(wèi)星軌道和鐘差信息，同時(shí)應(yīng)用誤差模型修正天線相位中屯、、地球自轉(zhuǎn)、固體 潮軟等誤差源的影響，進(jìn)行單站絕對(duì)定位。目前，位置解收斂到靜態(tài)厘米級(jí)、動(dòng)態(tài)分米級(jí)的 精度通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間，如靜態(tài)模式下一般需要20~30分鐘才能收斂到厘米級(jí)。收斂 速度慢是限制PPP技術(shù)更加廣泛應(yīng)用的主要原因。
[0003]自從精密單點(diǎn)定位技術(shù)被提出W來(lái)，許多專家學(xué)者提出了多種定位方法，如 Kouba在期刊"GPS Solutions"2001年第5卷第2期中提出了標(biāo)準(zhǔn)消電離層組合方 法扣n-Difference ionosphere-free combined method，簡(jiǎn)稱UD方法），Gao Y在期干U "化vigation"2002年第49卷第2期中提出了UofC方法（University of化Igary method, 簡(jiǎn)稱化fC方法）。運(yùn)兩種方法均采用了消電離層組合，雖然降低了電離層延遲對(duì)定位的影 響，但放大了觀測(cè)噪聲和多路徑效應(yīng)，不利于位置解的快速收斂；張寶成在"測(cè)繪學(xué)報(bào)"2010 年第39卷第5期中提出了非差非組合方法OJn-Combined method,簡(jiǎn)稱UC方法），該方法采 用參數(shù)估計(jì)形式將電離層延遲模擬成隨機(jī)游走，但采用了原始碼偽距觀測(cè)值，觀測(cè)噪聲仍 然較大，且無(wú)法降低軌道誤差對(duì)定位的影響。另外，Ge M在期刊"化urnal of Geodesy"2008 年82卷第7期中、張小紅在期刊"武漢大學(xué)學(xué)報(bào)?信息科學(xué)版"2010年第35卷第6期中、 Shi J在期刊"GPS Solutions" 2014年第66卷第1期中均實(shí)現(xiàn)了基于相位偏差改正的精 密單點(diǎn)定位固定解，雖在一定程度上提高了PPP收斂速度和定位精度，但參數(shù)的解算仍需 基于上述=種基本方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法，有效降低 觀測(cè)噪聲、軌道誤差對(duì)濾波收斂速度與定位精度影響，并利用對(duì)流層延遲、電離層延遲歷元 間緩慢變化的特性作為約束條件，提高了精密單點(diǎn)定位解算的性能。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法，包括如下步驟：
[0007] (S1)、對(duì)全球?qū)Ш叫l(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：
[0008] 采用M-W組合法和電離層殘差法對(duì)原始載波相位觀測(cè)值中存在的周跳進(jìn)行探測(cè)， 并修復(fù)；
[0009] 對(duì)天線相位中屯、偏差、地球自轉(zhuǎn)、相對(duì)論效應(yīng)、天線相位纏繞誤差源的影響進(jìn)行修 正；
[0010] 對(duì)精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)進(jìn)行拉格朗日多項(xiàng)式內(nèi)插，獲取觀測(cè)時(shí)刻的衛(wèi)星 軌道和衛(wèi)星鐘差；
[0011] (S2)、顧及電離層延遲對(duì)不同頻率觀測(cè)值的影響關(guān)系，建立衛(wèi)星的原始載波相位 觀測(cè)值^巧日心！的觀測(cè)方程，如公式巧）、公式（6)所示：
[0014] 其中，S表示衛(wèi)星，《巧日取;表示載波相位觀測(cè)值，P表示衛(wèi)星與接收機(jī)之間的幾 何距離，C表示真空中光的速度，巧表示接收機(jī)鐘差，訴、表示衛(wèi)星鐘差，雌、分別表 示對(duì)流層干、濕遲延映射函數(shù)；S,hd、5,?4分別表示對(duì)流層天頂方向干延遲和濕延遲，為 載波相位觀測(cè)值&?中站星視線方向的電離層延遲，而'、i語(yǔ)分別為原始載波相位觀測(cè)值 和也!的模糊度，fi、f2為載波相位的頻率，^ 1、^康示載波相位的波長(zhǎng)，S。;、表示載波 相位觀測(cè)值的觀測(cè)噪聲；
[0015] (S3)、根據(jù)原始碼偽距觀測(cè)值時(shí)和原始載波相位觀測(cè)值構(gòu)建碼相位半合組合 觀測(cè)值的觀測(cè)方程，如公式（7)所示：
[0016]
[0017] (S4)、根據(jù)原始載波相位觀測(cè)值?巧日?^構(gòu)建幾何無(wú)關(guān)組合觀測(cè)值?苗的觀測(cè)方 程，如公式（8)所示：
[0018]
[001引 煩）、聯(lián)合原始載波相位觀測(cè)值(1>巧帷;的觀測(cè)方程、碼相位半合組合觀測(cè)值峰 的觀測(cè)方程和幾何無(wú)關(guān)組合觀測(cè)值?備的觀測(cè)方程構(gòu)建改進(jìn)的精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程， 如公式（9)所示，
[0020]
[0021] (S6)、采用卡爾曼濾波對(duì)改進(jìn)的精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程中的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得 到接收機(jī)位置信息和對(duì)流層延遲、電離層延遲信息。
[0022] 作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)步驟（S5)的改進(jìn)的精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程進(jìn) 行線性化處理，得到公式（10):
[0023] y似=A?X似 +e^ey~N(0,Qy) (10)
[0024] 其中，y似為觀測(cè)向量，其維數(shù)為4j，j為歷元k同步觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)量；X似為 待估參數(shù)向量，維數(shù)為巧+3j)，A為設(shè)計(jì)矩陣，為測(cè)量噪聲向量，Qy為測(cè)量噪聲向量ey 的協(xié)方差陣；y化)、X(k)和A表達(dá)式分別為
[002引其中，X、Y、Z為接收機(jī)S維位置，@表示克羅內(nèi)克積，64為各元素均為1的4維列 向量，I，為j維單位矩陣，B、C和D子矩陣的含義分別為：
[0029]
[0030] 其中，l、m、n分別為接收機(jī)到衛(wèi)星的方向余弦。
[0031] 作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，步驟（S5)得到的改進(jìn)的精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程 第k歷元對(duì)應(yīng)的協(xié)方差陣Qy(k)，如公式（11)所示：
[0032] (11)
[0033] 其中
矮表示克羅內(nèi)克積，I.，為j維單位 矩陣，鳴、<'< 分別為衛(wèi)星原始載波相位觀測(cè)值巫1、巫2,原始碼偽距觀測(cè)值P2的測(cè) 量噪聲的方差。
[0034] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法的有益效果體現(xiàn) 在：
[0035] 1、本發(fā)明的一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法有效地降低觀測(cè)噪聲、軌道誤差對(duì) 濾波收斂速度與定位精度影響，提高了精密單點(diǎn)定位解算的性能。
[0036] 2、本發(fā)明的一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法，不僅降低了觀測(cè)噪聲和軌道誤差 對(duì)定位的影響，還可W利用大氣延遲平穩(wěn)變化的特性作為約束提高濾波收斂速度，其構(gòu)建 的改進(jìn)的精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程，具有更好的模型結(jié)構(gòu)，采用卡爾曼濾波對(duì)改進(jìn)的精密 單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，能克服現(xiàn)有解算方法的技術(shù)缺陷。
[0037] 3、本發(fā)明的一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法，能快速地實(shí)現(xiàn)精密單點(diǎn)定位厘米 級(jí)位置解，可提高精密單點(diǎn)定位收斂速度W及定位精度。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1是本發(fā)明的一種快速收斂的精密單點(diǎn)定位方法的流程圖。
[0039] 圖2為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)施例采用的IGS觀測(cè)站的分布圖。
[0040] 圖3為使用本發(fā)明方法和UC方法對(duì)公共濾波收斂數(shù)據(jù)處理后的收斂時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié) 果圖。
[0041] 圖4為使用本發(fā)明方法和UC方法對(duì)公共濾波收斂數(shù)據(jù)處理后的平面位置偏差統(tǒng) 計(jì)結(jié)果圖。
[0042] 圖5為使用本發(fā)明方法和化fC方法對(duì)公共濾波收斂數(shù)據(jù)處理后的收斂時(shí)間統(tǒng)計(jì) 結(jié)果圖。
[0043] 圖6為使用本發(fā)明方法和化fC方法對(duì)公共濾波收斂數(shù)據(jù)處理后的平面位置偏差 統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖。<