一种bds参考站三频载波相位整周模糊度确定方法
【专利摘要】本发明一种BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法，属于卫星定位系统和定位测量【技术领域】，该方法利用BDS三频载波相位整周模糊度间的整数线性关系，实现BDS参考站三频载波相位观测值的整周模糊度的准确确定；本发明的方法能够单历元确定BDS参考站网三频载波相位整周模糊度，克服BDS观测卫星的几何构型变化缓慢，而不利于参考站网的BDS载波相位整周模糊度实时快速确定的问题；同时不考虑BDS参考站载波相位观测数据是否存在周跳的问题，避免观测数据周跳探测和处理的工作，以单个双差卫星为对象进行整周模糊度确定，不需要解算BDS参考站网载波相位观测方程组，使得BDS参考站网载波相位整周模糊度确定的计算量较小。
【专利说明】一种BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星定位系统和定位测量【技术领域】，具体涉及一种BDS参考站三频载 波相位整周模糊度确定方法。

【背景技术】
[0002] 目前，具有我国独立知识产权的北斗卫星导航系统（BeiDouNavigation SatelliteSystem，BDS)，简称BDS，已经正式向亚太地区提供导航定位服务；由于各种观测 误差的影响，BDS系统提供的标准定位服务的精度约为10m，BDS系统标准定位服务只能满 足低精度导航定位的要求；利用BDS参考站网提供BDS区域误差改正模型或改正数，可实现 参考站网覆盖范围内BDS用户的误差改正，以消除或大大削弱BDS用户的观测误差影响，实 现BDS用户的高精度实时动态定位；而实现BDS用户的误差改正的前提是必须有BDS参考 站网提供的高精度误差改正数，其核心问题是BDS参考站网载波相位观测数据整周模糊度 的准确固定。
[0003] 由于，BDS系统刚刚建立，基于BDS参考站网的高精度实时动态定位服务技术和手 段还未成熟；目前，比较成熟的服务手段和技术主要是基于GPS参考站网的GPS用户定位方 法；我国的BDS系统定位原理和信号结构与GPS相似，而GPS系统目前是最为成熟稳定的卫 星导航定位系统；因此，BDS高精度定位方法多借鉴或采用GPS系统的高精度定位方法，但 BDS的广播星历卫星轨道精度等方面要逊于GPS系统，尤其BDS系统大部分在轨工作卫星 是GEO卫星和IGSO卫星，使得采用GPS载波相位观测值整周模糊度的处理方法，不能很好 地解决BDS参考站网的载波相位整周模糊度的实时快速解算问题，特别是无法实现BDS参 考站载波相位整周模糊度的单历元准确确定。
[0004] BDS系统中IGSO卫星的运动周期约为24小时，GEO卫星相对于地球静止，在BDS 参考站网载波相位整周模糊度的实时快速模糊度解算（即参考站网实时快速启动）较短的 时间内，参考站观测到的BDS在轨工作卫星的几何构型变化较小；因此，BDS卫星星座构成 (GEO、IGSO卫星较多）造成的观测卫星几何构型不佳，不利于BDS参考站载波相位整周模 糊度的确定；同时，还需要考虑BDS载波相位观测数据中是否存在周跳；如果能够实现BDS 参考站网载波相位观测值整周模糊度的单历元解算，则BDS卫星几何构型变化缓慢的问题 不会影响载波相位整周模糊度的单历元解算，且不需要考虑BDS载波相位观测数据是否存 在周跳的问题。
[0005] BDS系统是全星座实现三频观测数据的播发，而GPS系统不具备全星座三频观测 数据的播发功能；现有的GPS参考站网载波相位整周模糊度解算方法都是基于GPS双频观 测数据，这些方法不能实现BDS参考站三频载波相位整周模糊度的解算；如果充分利用BDS 系统三频载波相位观测数据，实现BDS参考站载波相位整周模糊度的单历元准确解算，体 现出BDS相对GPS系统的优势，具有重要的意义；但目前，缺乏BDS参考站三频载波相位观 测数据整周模糊度单历元确定的方法。


【发明内容】

[0006] 针对现有技术的缺点，本发明提出一种BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定 方法，利用BDS独有的全星座三频载波相位观测数据，以达到实现BDS参考站网载波相位整 周模糊度的准确确定，克服BDS观测卫星的几何构型变化缓慢，而不利于BDS参考站网的载 波相位整周模糊度实时快速确定的问题，并避免观测数据周跳探测和处理的工作，减小BDS 参考站网整周模糊度解算时的工作量的目的。
[0007] 一种BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤I、BDS各颗卫星向BDS参考站接收机播发三频载波相位观测数据，对BDS参 考站接收机接收的三频载波相位观测数据进行双差组合处理，以消除BDS卫星的钟差和 BDS参考站接收机的钟差，并削弱BDS参考站观测数据中的对流层延迟误差、电离层延迟误 差和卫星轨道误差；
[0009] 步骤2、将经双差组合处理后的三频载波相位观测数据乘以一个实数，获得三个频 率载波相位观测值包含实数系数的双差载波相位观测方程，再将三个频率的双差载波相位 观测方程进行相加整合处理，得到整合之后的三个频率的整合双差载波相位观测方程；
[0010] 步骤3、根据整合之后的三个频率的整合双差载波相位观测方程，构建BDS参考站 三频载波相位整周模糊度之间的相互整数线性关系，具体步骤如下：
[0011] 步骤3-1、根据整合之后的三个频率的整合双差载波相位观测方程和Bl、B2、B3 双差载波相位观测值所受的双差电离层延迟误差残差关系，以消除双差电离层延迟误差残 差为目的，得到消除双差电离层延迟误差残差之后的三个频率的整合双差载波相位观测方 程，构建BI、B2、B3三频载波相位整周模糊度间的整数线性关系；
[0012] 步骤3-2、根据消除双差电离层延迟误差残差之后的三个频率的整合双差载波相 位观测方程，以消除B3频率载波相位观测值和整周模糊度为目的，构建Bl、B2双频载波相 位整周模糊度间的整数线性关系；
[0013] 步骤3-3、根据消除双差电离层延迟误差残差之后的三个频率的整合双差载波相 位观测方程，以消除B2频率载波相位观测值和整周模糊度为目的，构建Bl、B3双频载波相 位整周模糊度间的线性关系；
[0014] 步骤4、根据BDS参考站接收机接收的Bl频载波相位观测数据，获得Bl双差载波 相位整周模糊度的初值，并设置Bl双差载波相位整周模糊度的取值范围和采样间隔，进而 获得Bl双差载波相位整周模糊度备选值；
[0015] 步骤5、将Bl双差载波相位整周模糊度备选值代入步骤3-2得到的BI、B2双频载 波相位整周模糊度间的整数线性关系中，获得满足整数线性关系的BI、B2双差载波相位整 周模糊度备选值，即获得BI、B2双差载波相位整周模糊度备选值组合；
[0016] 步骤6、将Bl双差载波相位整周模糊度备选值代入步骤3-3得到的BI、B3双频载 波相位整周模糊度间的整数线性关系中，获得满足整数线性关系的BI、B3双差载波相位整 周模糊度备选值，即获得BI、B3双差载波相位整周模糊度备选值组合；
[0017] 步骤7、将BI、B2双差载波相位整周模糊度备选值组合和BI、B3双差载波相位整 周模糊度备选值组合代入至Bl、B2、B3三频载波相位整周模糊度间的整数线性关系中，获 得满足整数线性关系的B1、B2、B3双差载波相位整周模糊度，即为最终B1、B2、B3双差载波 相位整周模糊度；
[0018] 步骤8、根据获得的最终B1、B2、B3双差载波相位整周模糊度计算BDS参考站上的 三频双差电离层延迟误差残差，若三频双差电离层延迟误差残差满足相互之间的关系，则 以最终Bl、B2、B3双差载波相位整周模糊度作为固定设定值进行数据播发；并根据BDS参 考站第一个历元之后的载波相位观测数据，计算BDS参考站上的三频双差电离层延迟误差 残差，若BDS参考站上相邻历元的双差电离层延迟误差残差之差大于设定阈值，则返回执 行步骤1，否则，以最终Bl、B2、B3三频双差载波相位整周模糊度作为固定设定值进行数据 播发。
[0019] 步骤2所述的三个频率的双差载波相位观测方程如下：
[0020] 乘以一个实数的Bl频率双差载波相位观测方程如下：
[0021]

【权利要求】
1. 一种BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、BDS各颗卫星向BDS参考站接收机播发三频载波相位观测数据，对BDS参考站 接收机接收的三频载波相位观测数据进行双差组合处理，以消除BDS卫星的钟差和BDS参 考站接收机的钟差，并削弱BDS参考站观测数据中的对流层延迟误差、电离层延迟误差和 卫星轨道误差； 步骤2、将经双差组合处理后的三频载波相位观测数据乘以一个实数，获得三个频率载 波相位观测值包含实数系数的双差载波相位观测方程，再将三个频率的双差载波相位观测 方程进行相加整合处理，得到整合之后的三个频率的整合双差载波相位观测方程； 步骤3、根据整合之后的三个频率的整合双差载波相位观测方程，构建BDS参考站三频 载波相位整周模糊度之间的相互整数线性关系，具体步骤如下： 步骤3-1、根据整合之后的三个频率的整合双差载波相位观测方程和B1、B2、B3双差载 波相位观测值所受的双差电离层延迟误差残差关系，以消除双差电离层延迟误差残差为目 的，得到消除双差电离层延迟误差残差之后的三个频率的整合双差载波相位观测方程，构 建Bl、B2、B3三频载波相位整周模糊度间的整数线性关系； 步骤3-2、根据消除双差电离层延迟误差残差之后的三个频率的整合双差载波相位观 测方程，以消除B3频率载波相位观测值和整周模糊度为目的，构建Bl、B2双频载波相位整 周模糊度间的整数线性关系； 步骤3-3、根据消除双差电离层延迟误差残差之后的三个频率的整合双差载波相位观 测方程，以消除B2频率载波相位观测值和整周模糊度为目的，构建Bl、B3双频载波相位整 周模糊度间的线性关系； 步骤4、根据BDS参考站接收机接收的B1频载波相位观测数据，获得B1双差载波相位 整周模糊度的初值，并设置B1双差载波相位整周模糊度的取值范围和采样间隔，进而获得 B1双差载波相位整周模糊度备选值； 步骤5、将B1双差载波相位整周模糊度备选值代入步骤3-2得到的B1、B2双频载波相 位整周模糊度间的整数线性关系中，获得满足整数线性关系的Bl、B2双差载波相位整周模 糊度备选值，即获得Bl、B2双差载波相位整周模糊度备选值组合； 步骤6、将B1双差载波相位整周模糊度备选值代入步骤3-3得到的B1、B3双频载波相 位整周模糊度间的整数线性关系中，获得满足整数线性关系的Bl、B3双差载波相位整周模 糊度备选值，即获得Bl、B3双差载波相位整周模糊度备选值组合； 步骤7、将Bl、B2双差载波相位整周模糊度备选值组合和Bl、B3双差载波相位整周模 糊度备选值组合代入至Bl、B2、B3三频载波相位整周模糊度间的整数线性关系中，获得满 足整数线性关系的B1、B2、B3双差载波相位整周模糊度，即为最终B1、B2、B3双差载波相位 整周模糊度； 步骤8、根据获得的最终B1、B2、B3双差载波相位整周模糊度计算BDS参考站上的三频 双差电离层延迟误差残差，若三频双差电离层延迟误差残差满足相互之间的关系，则以最 终B1、B2、B3双差载波相位整周模糊度作为固定设定值进行数据播发；并根据BDS参考站第 一个历元之后的载波相位观测数据，计算BDS参考站上的三频双差电离层延迟误差残差， 若BDS参考站上相邻历元的双差电离层延迟误差残差之差大于设定阈值，则返回执行步骤 1，否则，以最终Bl、B2、B3三频双差载波相位整周模糊度作为固定设定值进行数据播发。
2. 根据权利要求1所述的BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法，其特征在于， 步骤2所述的三个频率的双差载波相位观测方程如下： 乘以一个实数的B1频率双差载波相位观测方程如下：
其中，&表示一个实数，LMDi表示B1频率BDS载波相位的波长；VA表示双差操作符， 该符号表示在两个参考站和两颗BDS卫星的载波相位观测值间进行了双差组合，表示 参考站R接收BDS卫星S的B1频率载波相位观测值；A匕表示参考站R接收BDS卫星S的B1频率载波相位的模糊度；表示参考站R接收BDS卫星S的几何距离；VAOr衫表示双 差卫星轨道误差残差，VArrog表示双差对流层延迟误差残差；VA/on^表示B1频率载波 相位双差电离层延迟误差残差； 乘以一个实数的B2频率双差载波相位观测方程如下：
其中，1(2表示一个实数，LMD2表示B2频率BDS载波相位的波长；表示参考站R接 收BDS卫星S的B2频率载波相位观测值；表示参考站R接收BDS卫星S的B2频率载 波相位的模糊度；VA/o/7；；' 2表示B2频率载波相位双差电离层延迟误差残差； 乘以一个实数的B3频率双差载波相位观测方程如下：
其中，1(3表示一个实数，LMD3表示B3频率BDS载波相位的波长；表示参考站R接 收BDS卫星S的B3频率载波相位观测值；A^3表示参考站R接收BDS卫星S的B3频率载 波相位的模糊度；表示B3频率载波相位双差电离层延迟误差残差； 将三个频率的双差载波相位观测方程进行相加整合处理，获得如下公式：
3. 根据权利要求1所述的BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法，其特征在于， 步骤3-1所述的构建Bl、B2、B3三频载波相位整周模糊度间的线性关系，其体如下： 步骤3-1-1、根据B1、B2、B3双差载波相位观测值所受双差电离层延迟误差残差之间的 关系，代入至相加整理之后的三个频率的双差载波相位观测方程； B1、B2、B3双差载波相位观测值所受双差电离层延迟误差残差之间的关系具体如下：
其中，VA/on^表示B1频率载波相位双差电离层延迟误差残差；VA/o^2表示B2频率 载波相位双差电离层延迟误差残差；4为BDS载波相位的B1频率，f2为BDS载波相位的B2 频率；
其中，VA/o<表示B1频率载波相位双差电离层延迟误差残差；VA/o<3表示B3频率 载波相位双差电离层延迟误差残差；4为BDS载波相位的B1频率，f3为BDS载波相位的B3 频率； 使用B1双差载波相位观测值的双差电离层延迟误差残差表示B2、B3的双差载波相位 观测值的双差电离层延迟误差残差，代入至相加整理之后的三个频率的双差载波相位观测 方程中，获得如下公式；
其中，1^、1(2、1(3表示实数，公式（7)为整合之后的三个频率的整合双差载波相位观测方 程中的双差电离层延迟误差残差； 步骤3-1-2、消除双差电离层延迟误差残差，即设定
步骤3-1-3、整理消除双差电离层延迟误差残差后的三个频率的双差载波相位观测方 程，即获得Bl、B2、B3三频载波相位整周模糊度间的整数线性关系； B1、B2、B3三频载波相位整周模糊度间的整数线性关系公式如下：
其中，〗Vfi表示参考站R接收BDS卫星S的B1频率载波相位的模糊度；<2表示参考 站R接收BDS卫星S的B2频率载波相位的模糊度；iVf3表示参考站R接收BDS卫星S的B3 频率载波相位的模糊度
c为真空中的光速；
接收BDS卫星S的B1频率载波相位观测值；中〗2表示参考站R接收BDS卫星S的B2频率 载波相位观测值；表示参考站R接收BDS卫星S的B3频率载波相位观测值；
的几何距离；VAOg表示双差卫星轨道误差残差，表示双差对流层延迟误差残 差。
4. 根据权利要求1所述的BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法，其特征在于， 步骤3-2所述的构建Bl、B2双频载波相位整周模糊度间的整数线性关系，具体如下：
其中，表示参考站R接收BDS卫星S的B1频率载波相位的模糊度；况^表示参考 站R接收BDS卫星S的B2频率载波相位的模糊度；
c为真空中的光速； 表示参考站R接收BDS卫星S的B1频率载波相位观测值；表示参考站R接收BDS卫星S的B2频率载波相位观测值；表示参考站R接收BDS卫星S的几何距离；▽ACW)〗表示 双差卫星轨道误差残差，▽A7>o/<表示双差对流层延迟误差残差。
5. 根据权利要求1所述的BDS参考站三频载波相位整周模糊度确定方法，其特征在于， 步骤3-3所述的构建Bl、B3双频载波相位整周模糊度间的整数线性关系，具体如下：
其中，4为BDS载波相位的B1频率，f2为BDS载波相位的B2频率；f3为BDS载波相位 的B3频率；VK2、K3表示实数； 步骤3-3-2、根据步骤3-3-1的设定值，整理三个频率的双差载波相位观测方程，获得B1、B3双频载波相位整周模糊度间的整数线性关系； B1、B3双频载波相位整周模糊度间的整数线性关系公式如下：
其中，表示参考站R接收BDS卫星S的B1频率载波相位的模糊度；表示参考 站R接收BDS卫星S的B3频率载波相位的模糊度：
c为真空中的光速；^^表 示参考站R接收BDS卫星S的B1频率载波相位观测值；表示参考站R接收BDS卫星S的B3频率载波相位观测值；;^表示参考站R接收BDS卫星S的几何距离；▽AOg表示双 差卫星轨道误差残差，VA7>o/;；；表示双差对流层延迟误差残差。
【文档编号】G01S19/44GK104483689SQ201410854781
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】祝会忠, 徐爱功, 高猛, 齐浩然, 葛茂荣 申请人:辽宁工程技术大学