专利名称：一种卫星定位伪距差分方法
技术领域：
本发明涉及计算机应用领域，尤其涉及一种卫星定位伪距差分方法。
背景技术：
在卫星定位中，利用伪距观测值进行单点定位，实时定位精度一般为几米。如果利用伪距差分技术，可得到分米级的实时定位技术。而传统的单站伪距差分的作用距离短，定位精度随着距离的增加而快速降低，基于多个基准站网络的伪距差分技术的作用距离和定位精度都优于传统的单站伪距差分。目前的网络伪距差分方法是采用双差模式进行卫星钟差、接收机钟差等误差的消除，以及对流层延迟、电离层延迟、卫星轨道等误差的改正。由于需要进行双差组合，所以必须从基准站网中选择一个基准站作为主参考站进行差分观测值的组成；如果流动站在基准站网中不断的移动，有时还需要重新选择主参考站。另外，若整个基准站网按照双差模式进行双差伪距观测值的误差改正，各子网的双差改正数间相互独立，因此，不同子网的改正数存在不一致性。如果基准站网提供非差伪距观测值的误差改正数，流动站将使用非差伪距误差改正数进行定位，则不需要采用双差模式进行误差改正；不需要选择主参考站进行双差组合， 所有基准站都一样，没有主辅之分；流动站在基准站网内移动时，不用考虑变换主参考站的问题；一颗卫星的改正数即可包含所有的观测误差影响；各基准站的改正数是独立的，可以很方便地通过网络播发和接收；并且不会降低伪距差分定位的覆盖范围和定位精度。本发明利用基准网向用户提供非差伪距观测值的误差改正数，用户可利用这些非差误差改正数进行伪距定位。这种定位方法同载波相位差分定位相比，虽然属于一种精度稍低的定位方式，但该方法作业成本低，算法及应用简单，不需要进行基准站网的模糊度解算和流动站模糊度解算，各基准站可直接提供在地球参考框架坐标系下的伪距误差改正数。基准站网内部及网外一定范围内的用户，通过本发明的伪距误差改正数和自身的单历元观测数据就可获得分米级精度的实时定位结果。

发明内容
本发明提供一种卫星定位伪距差分方法，要解决的技术问题是如何显著提高用户实时伪距差分的定位精度。为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案一种卫星定位伪距差分方法，包括利用基准站网的观测数据获取各基准站非差伪距观测值的误差改正数；对基准站处各卫星非差伪距观测值的误差改正数进行处理，计算得到流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数，其中流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数包含了伪距观测值的各种误差影响；采用流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数，发起流动站的伪距定位的流程。优选的，所述方法还具有如下特点基准站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数CoC的表达式如下CoC =p-Pm其中，下标i表示信号频率，用于区分不同的频率；下标m表示基准站的编号，用于区分不同的基准站；上标n表示卫星编号，用于区分不同的卫星#表示非差卫星伪距观测值，单位为米；P表示测站与卫星之间的几何距离，单位为米。优选的，所述方法还具有如下特点流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数是所选用基准站相对应该卫星的非差伪距观测值的改正数与各自的拟合系数相乘后得到的数值的总和，其中全部拟合系数的总和为I。优选的，所述方法还具有如下特点发起流动站的伪距定位的流程，包括采用流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数对流动站处各卫星的非差伪距观测方程进行非差误差修正，得到修正后的非差伪距观测方程，其中所述修正后的非差伪距观测方程的表达式如下Hnv-5K + C-Tr'u = P1^+ Cori^j -pnuo -￡'v其中，H为流动站上卫星的方向余弦矩阵；SX为用户坐标初值的改正数向量； Tr' u表示非差修正后的流动站接收机钟差及接收机硬件延迟误差^表示用户到相应卫星的距离初值表示非差修正后的在第i个信号频率上的非差伪距观测噪声误差；在得到修正后的非差伪距观测方程的表达式后，通过观测至少四个卫星，得到四个修正后的非差伪距观测方程，对得到的非差伪距观测方程进行计算，得到流动站的坐标改正数和修正后的用户接收机钟差。优选的，所述方法还具有如下特点发起流动站的伪距定位的流程，还包括采用流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数对流动站处各卫星的非差伪距观测方程进行非差误差修正，得到修正后的非差伪距观测方程，其中所述修正后的非差伪距观测方程的表达式如下H^-SK + C-Tr'^PZ+ Cor^ - pnuo - ￡'v其中，H为流动站上卫星的方向余弦矩阵；SX为用户坐标初值的改正数向量； Tr' u表示非差修正后的流动站接收机钟差及接收机硬件延迟误差^表示用户到相应卫星的距离初值表示非差修正后的在第i个信号频率上的非差伪距观测噪声误差；采用流动站处第一卫星p和第二卫星q的非差伪距观测方程的表达式，得到流动站的单差伪距观测方程，其中所述流动站的单差伪距观测方程表达式如下 汲= PZq+ Cori^ -PZ -其中，在得到流动站的单差伪距观测方程表达式后，通过观测至少四个卫星，建立每个卫星的单差伪距观测方程，对得到的单差伪距观测方程进行计算，得到流动站的坐标改正数。与传统的伪距单点定位方法相比，本发明使用基准站网向用户提供非差伪距观测值的误差改正数，使用户定位不受卫星钟差及硬件延迟、接收机钟差及硬件延迟、对流层延迟，电离层延迟和卫星轨道误差的影响，使得伪距定位更加精确。而与目前的双差模式的网络差分方法相比，本发明的作业方式更加灵活，不需要选择主参考站，基准站的改正信息播发更方便，适用于不同的用户定位模式。


图I为本发明提供的非差伪距误差改正示意图；图2为本发明提供的卫星定位伪距差分方法流程图；图3为本发明所使用的省级基准站网的不意图；图4为图3所示基准站网24小时伪距差分定位的南北分量定位真误差图；图5为图3所示基准站网24小时伪距差分定位的东西分量定位真误差图；图6为图3所示基准站网24小时伪距差分定位的垂直分量定位真误差图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。图I为非差伪距误差改正示意图。如图I所示，其中测站A、B、C.......为基准
站网，测站U为流动站。卫星发射信号经过不同的传播路径，将观测信号传播到各测站，在此过程中除了卫星和接收机硬件的误差影响之外，主要受到传播路径上对流层、电离层延迟以及卫星轨道等定位误差的影响，而这些主要定位误差是具有时空相关性的，因此可以利用基准站网的观测数据来消除/削弱用户处的相关定位误差。由于基准站的坐标都是精确已知的，所以可计算出它们各自的非差伪距观测误差大小，进而根据各测站间的位置关系确定流动站非差伪距观测值误差的计算系数，然后计算出流动站的非差伪距观测值误差的大小，用来消除/削弱流动站非差伪距观测值误差的影响。相对于目前的双差误差改正模型，本发明的非差模式是以单颗卫星为对象，进行流动站伪距观测误差的拟合与修正，无需双差组合，能够更好地对观测误差进行模型化，具有应用灵活、便于误差分析、更符合客观实际等优点。图2为本发明提供的卫星定位伪距差分方法流程示意图。图2所示方法实施例， 包括步骤101、获取基准站各卫星的非差伪距观测方程的表达式，如表达式I所示P:=P:+I:m+T: + C.(Trm-Tsn) + em( I )其中，下标i表示信号频率，用于区分不同的频率；下标m表示基准站的编号，用于区分不同的基准站，一般情况下选用离流动站较近的三个基准站；上标η表示卫星编号，用于区分不同的卫星；Ρ表示非差卫星伪距观测值，单位为米；P表示基准站与卫星之间的几何距离，单位为米；1表示电离层对伪距观测值的延迟误差，单位为米；Τ表示对流层和轨道误差等非色散误差对伪距观测值的影响，单位为米；Ts表示卫星钟差及卫星硬件延迟，单位为秒；Tr表示测站的接收机钟差及接收机硬件延迟，单位为秒；C表示真空中的光速，单位为米/秒；ε表示伪距观测噪声误差，单位为米。另外，基准站一般设置在比较开阔的地方，可以忽略多路径效应的影响。具体实施如下所示，以基准站A上卫星P的LI信号频率上的伪距观测值为例，用表达式I可以得到基准站A上卫星P的LI信号频率上的非差伪距观测方程为
= pi + I。+TJ+C-(TrA-Tsp)+sfA( 2 )与表达式⑵类似，可以得到其它基准站、其它卫星和其它频率上的非差伪距观测方程，这里不一一列举。步骤102、获取流动站U处的非差伪距观测方程。以卫星p的LI非差伪距观测方程为例，如下所示P1I = pi +11^ +TJ+C-(Tru -Tsp)+ ^( 3 )表达式(3)中，U表示流动站，以区分于基准站；其余符号与表达式(I)相同。与表达式(3)类似，还可以得到流动站的其它卫星和其它频率的非差伪距观测方程。步骤103、采用步骤101中的非差观测方程的表达式，计算选用基准站(一般为距离用户较近的三个基准站)处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数。以基准站A上卫星p的LI频率上的伪距观测值为例，由表达式(2)，可得它的非差伪距观测值的改正数Co#表达式为Cor'PA=-OMC'WA -P/A =C-(Ts^ -Tr4)-1 fA -TJ(4)与表达式⑷类似，可以得到其它基准站、其它卫星和其它频率上的非差伪距观测值的误差改正数。步骤104、根据步骤103中得到的基准站非差伪距观测值的误差改正数，计算流动站处相应的非差伪距观测值的误差改正数。以卫星p的LI非差伪距观测值的误差改正数为例，结合表达式(4)，可得流动站的卫星P的LI非差伪距改正数为CorlI = ax CorxpA + a2 CorlI H—( 5 )其中，B1, a2，...为流动站非差改正数计算的拟合系数，可跟据流动站与基准站之间的相对位置计算得到的，与传统的内插拟合方法类似。需要说明的是它们需要满足关系式B^a2+---= I(6)拟合系数的个数等于所选用的基准站个数，一般情况下等于3，即选用距离用户较近的三个基准站进行拟合。步骤105、采用步骤104中得到的非差伪距观测值的误差改正数对步骤102中得到的流动站非差伪距观测方程进行非差误差修正，得到用户误差修正后的非差伪距观测方程。以流动站处卫星p的LI非差伪距观测值为例进行具体说明，结合表达式(3)-(6)， 其修正后的非差伪距观测方程为P1I +CorlI = +Ifu +TJ +c\Trv -Ts^)+e^)+CorlI= pi + +TJ+C-(Tru -Ts^)+ )+ar(C- [TV -TrA)-PlA -TJ -^)( 7 )+a2.(C.(7V -Tr8)-I'PB-Tbp-E1^)+-=Pl +C-Tfu+E^u其中绝大多数误差已经消除或削弱，只剩下个别残余误差；Tr'分别表示非差修正后的流动站接收机钟差及接收机硬件延迟误差和非差修正后的LI非差伪距观测噪声误差。Tr' u = Tru-B1 · TrA~a2 · TrB--------(8)S^u = ε^υ — ax ■ ε^Α —a2 ■ sfB--------( 9 )对表达式(J)进行整理和总结，并在用户坐标初值(XUCI，Yuo, Zuo)处采用泰勒级数线性化展开，忽略高次项，有最终的用户非差伪距观测方程HS · SK + C .TYu = P; +Cor% _ P二 _ ε'ηω(10)其中H为流动站上卫星的方向余弦矩阵；δ X为用户坐标初值的改正数向量'P: 表示用户到相应卫星的距离初值；其余符号含义同前。步骤106、解算由四颗或四颗以上卫星的误差改正后的流动站非差伪距观测方程
(7)，可得到流动站的坐标改正数和修正后的用户接收机钟差。用户的坐标初值加上坐标改正数得到用户的准确坐标值。若精度不够，可将修正后的坐标值作为初值，重复步骤105和106，直至收敛。从表达式(10)可以看出方程左边有四个未知数，分别是三个坐标改正数和一个修正后的接收机钟差，右边是常数项。因此， 只要观测到四颗或四颗以上的卫星，建立至少4个类似表达式(10)的方程，解算方程组，即可完成定位。步骤107、除了采用步骤105中的直接解算方法外，还可以在两颗不同的卫星间求差，消除修正后的接收机钟差项，然后再联立方程组，进行解算，得到流动站的坐标改正数。用户的坐标初值加上坐标改正数得到用户的准确坐标值。若精度不够，可将修正后的坐标值作为初值，重复步骤105和107，直至收敛。这样的解算仍需要至少观测四颗卫星，因为单差消除了修正后的接收机钟差项，所以最终得到的只有用户的坐标改正数。仍以步骤105中的卫星p、q的非差伪距观测方程为例进行说明。根据表达式(10)， 可以得到Ηζ-δΚ + C- Tr'u = PZ+ CorZ - -s'fv( 11 )H^-SK + C-Tr', = ^+ CoC - -εην( 12 )将表达式(11)、(12)相减，可消除流动站残余钟差IV ，得到流动站的单差伪距观测方程表达式(13)。-SX = PZq+ CorZq - P^0 - ε'^( 14 )其中上标pq表示单差操作符，(*)M = (*)Ρ_(*Γ ;其余符号含义不变。与传统的伪距单点定位方法相比，本发明使用基准站网向用户提供非差伪距观测值的误差改正数，使用户定位不受卫星钟差及硬件延迟、接收机钟差及硬件延迟、对流层延迟，电离层延迟和卫星轨道误差的影响，使得伪距定位更加精确。而与目前的双差模式的网络差分方法相比，本发明的作业方式更加灵活，不需要选择主参考站，基准站的改正信息播发更方便，适用于不同的用户定位模式。为了验证本发明中方法的实用性，采用某一个省级基准站网的实测数据进行本发明方法的检验，如图3所示。此测试观测时间为24小时，采样间隔为5秒，选择其中一个作为检测站，另外在周边选择三个基准站，作为基准站网，为监测站提供非差伪距改正。用本发明的方法对此试验数据进行处理，最终的定位误差分别如图4、图5、图6所示。其中N表示南北方向，E表示东西方向，U表示垂直方向。由于监测站的坐标精确已知，所以图4-6中给出的是每一历元的定位真误差。对图4-6中的结果进行概率统计，可得N、E和U三个方向上定位误差的RMS分别为0. 31779米、0. 37126米和0. 77026米。通过24小时的实测数据的结果表明本发明中的方法能够实现分米级精度的实时伪距差分定位。 以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
权利要求
1.一种卫星定位伪距差分方法，其特征在于，包括利用基准站网的观测数据获取各基准站非差伪距观测值的误差改正数；对基准站处各卫星非差伪距观测值的误差改正数进行处理，计算得到流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数，其中流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数包含了伪距观测值的各种误差影响；采用流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数，发起流动站的伪距定位的流程。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，基准站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数CoC的表达式如下Cor:= p:-P:其中，下标i表示信号频率，用于区分不同的频率；下标m表示基准站的编号，用于区分不同的基准站；上标n表示卫星编号，用于区分不同的卫星；P表示非差卫星伪距观测值，单位为米；P表示测站与卫星之间的几何距离，单位为米。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数是所选用基准站相对应该卫星的非差伪距观测值的改正数与各自的拟合系数相乘后得到的数值的总和，其中全部拟合系数的总和为I。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，发起流动站的伪距定位的流程，包括 采用流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数对流动站处各卫星的非差伪距观测方程进行非差误差修正，得到修正后的非差伪距观测方程，其中所述修正后的非差伪距观测方程的表达式如下H^-SK + C-Tr'^PZ+ Cor^￡'v其中，H为流动站上卫星的方向余弦矩阵；S X为用户坐标初值的改正数向量；Tr' 表示非差修正后的流动站接收机钟差及接收机硬件延迟误差；表示用户到相应卫星的距离初值表示非差修正后的在第i个信号频率上的非差伪距观测噪声误差；在得到修正后的非差伪距观测方程的表达式后，通过观测至少四个卫星，得到四个修正后的非差伪距观测方程，对得到的非差伪距观测方程进行计算，得到流动站的坐标改正数和修正后的用户接收机钟差。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，发起流动站的伪距定位的流程，还包括 采用流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数对流动站处各卫星的非差伪距观测方程进行非差误差修正，得到修正后的非差伪距观测方程，其中所述修正后的非差伪距观测方程的表达式如下H^-SK + C-Tr'^PZ+ Cor^￡'v其中，H为流动站上卫星的方向余弦矩阵；S X为用户坐标初值的改正数向量；Tr' 表示非差修正后的流动站接收机钟差及接收机硬件延迟误差；表示用户到相应卫星的距离初值表示非差修正后的在第i个信号频率上的非差伪距观测噪声误差；采用流动站处第一卫星P和第二卫星q的非差伪距观测方程的表达式，得到流动站的单差伪距观测方程，其中所述流动站的单差伪距观测方程表达式如下-SK = P1^+Cori^其中，(*)m= (*)p-(*) ;在得到流动站的单差伪距观测方程表达式后，通过观测至少四个卫星，建立每个卫星的单差伪距观测方程，对得到的单差伪距观测方程进行计算，得到流动站的坐标改正数。
全文摘要
本发明提供一种卫星定位伪距差分方法。所述方法，包括利用基准站网的观测数据获取各基准站非差伪距观测值的误差改正数；对基准站处各卫星非差伪距观测值的误差改正数进行处理，计算得到流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数，其中流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数包含了伪距观测值的各种误差影响；采用流动站处各卫星的非差伪距观测值的误差改正数，发起流动站的伪距定位的流程。
文档编号G01S19/41GK102608633SQ20121006551
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者徐彦田, 祝会忠, 秘金钟, 程鹏飞, 高星伟 申请人:中国测绘科学研究院