专利名称：基于星间组合差分的精密单点定位方法
技术领域：
本发明涉及GPS精密单点定位中函数模型的选取，尤其涉及精密单点定位(PPP) 差分模型解算定位方法，属于GPS精密单点定位领域。
背景技术：
GPS精密单点定位技术是目前卫星定位领域的热门技术，是继GPS网络差分定位 技术之后又一项研究热门，具有广阔的应用前景。精密单点定位技术只需要一台接收机就可以在全球范围内进行静态或动态的独 立作业，达到精密定位的目的，低成本、高效率等特点使其在区域高精度坐标框架维持、高 精度导航与定位等方面都具有不可限量的应用前景。相对于网络差分定位技术需要建立覆 盖全球的大规模连续运行基准站才能实现全球定位，精密单点定位技术一旦取得技术突破 即可进行大规模应用，是中国定位服务赶超国际水平的契机。GPS精密单点定位技术中，由于定位解算的方程和未知数较多、运算量大，选择一 个合适的数学解算模型可以大大简化计算，提高定位速度和精度。因此，精密单点定位技术 的一个关键性的难点即函数模型的选取问题。国内外许多专家学者对精密单点定位的函数 模型的选取问题开展了许多研究工作，主要有以下几种方法UZumberge采用码和相位的消电离层组合作为观测量，每颗卫星列出两个观测方 程。这是精密单点定位最常用的函数模型，优点是容易实现，收敛后比较稳定，消除了电离 层改正的一阶项的影响，但是该模型不能消除高阶电离层影响；此外该模型中的模糊度是 由Li、L2载波相位模糊度组成的非线性未知值，这种组合不能保留载波相位模糊度的整周 特性，只能得到一个浮点解且测量噪声是原始噪声的3倍，因此，其最大缺点就是计算收敛 较慢，一般需要30分钟以上才能达到厘米级的定位精度；2、在传统模型的基础上，加拿大Calgary大学的feio Yang于2002年提出了 Uofc 模型。UofC模型是采用Ll和L2波段的码和相位观测值的平均值作为对无电离层折射延迟 的载波相位组合值的补充。UofC模型的优点是降低了噪声误差和残留误差，模型中的消电 离层组合保留了两个频率模糊度的整数特性，减少了未知参数的个数；缺点是模型复杂，且 在定位解算的过程中有波动存在，其收敛速度也需30分钟左右。

发明内容
技术问题本发明针对现有技术之不足，提出了一种快速且易于工程实现的精密 单点定位函数模型，即基于星间组合差分的精密单点定位方法。技术方案本发明首先利用同一历元不同卫星之间的观测方程求差，组成星间一 次差观测方程；然后在星间一次差的基础上，在相邻历元间的观测方程再求差，组成星间历 元间二次差观测方程；最后以二次差方程求解的测站坐标与权阵作为卡尔曼滤波器的初始 值，以星间一次差为函数解算模型，用自适应卡尔曼滤波的方法求解测站坐标和模糊度等 参数，实现基于星间组合差分精密单点定位。
具体按以下步骤1)根据GPS接收机得到的观测文件，列出消电离层组合的GPS精密单点定位的观 测方程①对于双频GPS接收机的观测值主要有C1、L1、L2、P2四类；其中L1、L2分别表示 GPS卫星信号调制波Li、L2载波上的相位观测值，Cl表示Ll载波上的粗捕获码伪距观测 值，P2分别表示L2载波上的精密测距码伪距观测值，GPS精密单点定位的观测方程为LD = Ps (0 - Cdr (ι) + X1W1 (0 + Cn (0 + dstrop ii) + dllati_ (i) + d (0 + Ss ii)上式中，#(Φ》表示第i历元卫星s在Lj载波上的载波相位观测值，j = 1,2；ρ s(i)表示第i历元测站与卫星s间的几何距离，即为信号发射时刻卫星在惯性 系中的坐标与信号接收时刻测站在惯性系中的坐标间的距离；dTs(i)表示第i历元卫星s的卫星钟差与接收机钟差之差；c表示光速，为常数；λ ^表示Lj载波的波长；#丨(0表示第i历元，卫星s的在Lj载波上的载波相位观测值的整周模糊度；d;rop(i)表示第i历元卫星S的对流层延迟改正，可以按有关公式进行改正或者作为 未知参数；表示第i历元卫星s的电离层延迟改正，可用无电离层模型改正；表示第i历元卫星s的相对论效应改正，可按有关公式进行改正；《(0表示第i历元卫星s的地球自转影响改正，可按有关公式进行改正；ε s(i)表示第i历元卫星s的多路径效应及观测噪声等未模型化的误差影响；②利用双频组合方法消除电离层误差影响，组合后的消电离层观测方程
权利要求
1.一种基于星间组合差分的精密单点定位方法，其特征在于首先利用同一历元不同 卫星之间的观测方程求差，组成星间一次差观测方程；然后在星间一次差的基础上，在相邻 历元间的观测方程再求差，组成星间历元间二次差观测方程；最后以二次差方程求解的测 站坐标与权阵作为卡尔曼滤波器的初始值，以星间一次差为函数解算模型，用自适应卡尔 曼滤波的方法求解测站坐标和模糊度等参数，实现基于星间组合差分精密单点定位。
2.根据权利要求1所述的基于星间组合差分的精密单点定位方法，其特征在于该方法 具体如下1)根据GPS接收机得到的观测文件，列出消电离层组合的GPS精密单点定位的观测方程①对于双频GPS接收机的观测值主要有Cl、Li、L2、P2四类；其中Li、L2分别表示GPS 卫星信号调制波L1、L2载波上的相位观测值，Cl表示Ll载波上的粗捕获码伪距观测值，P2 分别表示L2载波上的精密测距码伪距观测值，GPS精密单点定位的观测方程为Lsl(^1) = Ps (0 - cdr (ι) + X1W1 (/)+c (0+dstrop )+礼一 a)+d (O + ？ (/)上式中，表示第i历元卫星S在Lj载波上的载波相位观测值，j = 1,2； P s(i)表示第i历元测站与卫星s间的几何距离，即为信号发射时刻卫星在惯性系中 的坐标与信号接收时刻测站在惯性系中的坐标间的距离；dTs(i)表示第i历元卫星s的卫星钟差与接收机钟差之差； c表示光速，为常数；λ ^表示Lj载波的波长；#冗0表示第i历元，卫星S的在Lj载波上的载波相位观测值的整周模糊度； 《-(0表示第i历元卫星s的对流层延迟改正，可以按有关公式进行改正或者作为未知 参数；表示第i历元卫星s的电离层延迟改正，可用无电离层模型改正； 表示第i历元卫星s的相对论效应改正，可按有关公式进行改正； 《⑴表示第i历元卫星s的地球自转影响改正，可按有关公式进行改正； ε s(i)表示第i历元卫星s的多路径效应及观测噪声等未模型化的误差影响；②利用双频组合方法消除电离层误差影响，组合后的消电离层观测方程 "他,Z2-^(Q1)-Z1 -J1 -^(Q2)IF) -,2 r2Jl ~ Jl=Ps (ι) - cdr (i) + AifNs (/) + dstrop (i) + Ci^lativity (i) + d (O + Ss(I)其中，^2分别表示GPS卫星信号调制波Li、L2载波的频率，Xif禾PNs(i)分别表示 双频组合后的波长与整周模糊度，公式中消除了电离层误差改正项； (2)组成星间一次差观测方程选取历元中高度角最大的卫星作为参考卫星，通过卫星与参考卫星之间求差得到星间 一次差分的观测方程，其形式如下 L^(Pif) = Ui(PIF)-UI(PIF) = Ls^if)-L^if)LJs(Pif)表示第i历元卫星s相对于参考卫星的无电离层伪距星间差分观测值； LD:表示第i历元中高度角最大的卫星r的无电离层伪距星间差分观测值；(Ojf)表示第i历元卫星s相对于参考卫星的无电离层载波相位星间差分观测值； Lr1(^ip)表示第i历元中高度角最大的卫星r的无电离层载波相位星间差分观测值；(3)组成星间历元间二次差观测方程在基于星间一次差分的基础上再进行历元间求差。其观测方程如下其中，砧表示第i历元卫星s的无电离层载波相位历元间差分观测值； 利用星间历元间二次差观测方程，不必考虑接收机钟差和模糊度的影响，运算量小，线 性化后即可快速求解各个未知参数，包括测站坐标和观测量之间的权阵，由于二次差存在 较强的相关性，不能作为最终解算结果，但可以作为一次差观测方程中的初始值，这样即可 达到提高精度与快速收敛的目的；(4)以二次解算得到的测站坐标与权阵作为卡尔曼滤波器的初始值，以星间一次差为 模型求解测站坐标和模糊度等参数；基于星间一次差分的PPP模型的具体形式如下
全文摘要
本发明公开了一种基于星间组合差分的精密单点定位(PPP)的方法，首先利用同一历元不同卫星之间的观测方程求差，组成星间一次差观测方程；然后在星间一次差的基础上，在相邻历元间的观测方程再求差，组成星间历元间二次差观测方程；最后以二次差方程求解的测站坐标与权阵作为卡尔曼滤波器的初始值，以星间一次差为函数求解模型，用自适应卡尔曼滤波的方法求解测站坐标和模糊度等参数，实现基于星间组合差分精密单点定位。本发明提出的方法可在短时间实现精密单点定位的解算，快速、稳定而且易于工程实现，试验表明，使用新模型进行定位能达到厘米级精度，且收敛时间比常规模型提高30%。
文档编号G01S19/44GK102096084SQ20101057933
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者沈雪峰, 陈伟荣, 高成发 申请人:东南大学