一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的高精度厘米級定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatellitesystem，GNSS)， 特別是涉及一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的高精度厘米級定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)是能自主提供全球范圍內(nèi)三維位置、速度的衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)的通用名稱，GNSS包括中國的北斗（BDS)，俄羅斯的格洛納斯（GL0NASS)，美國的全球 定位系統(tǒng)（GPS)，歐洲的伽利略（GALILEO)系統(tǒng)等。高精度厘米級定位中常使用載波相位 觀測量，高精度定位技術(shù)中的一個關(guān)鍵技術(shù)問題就是載波相位整周模糊度的求解和獲得， 在得到整周模糊度后，使用類似于差分偽距定位的方法進(jìn)行定位，就可以獲得高精度厘米 級定位了。載波相位整周模糊度求解的方法有很多，目前常使用的方法有：快速模糊度 求解方法（FARA)，快速模糊值尋優(yōu)濾波（FASF)，模糊度函數(shù)法，以及最小二乘去相關(guān)調(diào)整 (LAMBDA)算法等，GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)提供了多頻信號，使用多頻信號數(shù)據(jù)對于整周模糊度的求 解很有幫助，會取得比單頻整周模糊度的求解更好的結(jié)果，包括更短的首次定位時間，更高 的固定解求解成功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的高精度厘 米級定位方法，使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)多頻組合觀測數(shù)據(jù)，縮短定位初始化所需的時間；使 用故障檢測和隔離算法、模糊度修復(fù)和驗證的方法提高定位結(jié)果的精度和可靠性；從原始 數(shù)據(jù)入手，提供了高精度厘米級位置的定位解算方法，使RTK用戶和精密定位用戶得到更 為可靠的定位結(jié)果。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的高精度厘 米級定位方法，它包括以下步驟：
[0005]S1 :接收導(dǎo)航電文和觀測數(shù)據(jù)，作為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS定位的原始數(shù)據(jù)；
[0006]S2:對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星，并進(jìn)行載波相位周跳檢測與修 復(fù)；
[0007]S3 :對于數(shù)據(jù)正常的衛(wèi)星，根據(jù)導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星位置；
[0008]S4 :獲得衛(wèi)星偽距測量誤差方程的系數(shù)陣A陣和常數(shù)項L，根據(jù)最小二乘進(jìn)行單點 定位求解；
[0009]S5 :判斷GNSS是雙頻還是三頻：
[0010]若是三頻，使用三頻GNSS觀測數(shù)據(jù)（GNSS多頻組合觀測量，接收處理多頻GNSS信 號，提供雙頻或三頻點以上觀測數(shù)據(jù)，包括偽距、載波相位等）計算超寬巷整周模糊度，通 過超寬巷整周模糊度波長的由大到小過渡計算雙頻寬巷整周模糊度；
[0011] 根據(jù)載波相位觀測量的計算公式，進(jìn)行多頻載波相位整周模糊度的求解：
[0013]其中，Φη(η= 1，2,3)為GNSS1，2,3 頻點載波相位，Nn(n= 1，2,3)為 1，2,3 頻點 載波相位整周模糊度，Rn為星地距離，Tn為對流層誤差，In為電離層誤差，en為其他誤差。
[0014] 計算超寬巷模糊度\jik =iNjj^+kr^，然后過渡計算雙頻整周模糊度組合\。；
[0015]雙頻整周模糊度組合\」=iPt+jl，雙頻載波相位組合」=；
[0016] 若是雙頻，則直接計算雙頻寬巷整周模糊度；
[0017]S6:計算獲得雙頻寬巷整周模糊度；
[0018]S7:計算獲得單頻實數(shù)模糊度；
[0019]S8:通過取整計算獲得單頻整周模糊度；
[0020]S9:使用故障星檢測和隔離組合算法隔離出故障衛(wèi)星；
[0021] S10 :修復(fù)單頻整周模糊度；
[0022] S11 :確認(rèn)單頻整周模糊度；
[0023]S12 :計算單頻、無電離層、組合載波相位，該載波相位已扣除整周模糊度；
[0024]S13 :載波相位定位計算；
[0025]S14 :輸出高精度厘米級定位結(jié)果。
[0026] 所述的三頻GNSS觀測數(shù)據(jù)為GNSS多頻組合觀測量，包括偽距和載波相位。
[0027] 對于雙頻GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，計算雙頻寬巷整周模糊度的方法包括：
[0028](1)通過LAMBDA算法計算雙頻寬巷整周模糊度；
[0029] (2)通過雙頻偽距和載波相位的組合，使用濾波的方法計算雙頻寬巷整周模糊度。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 1)本發(fā)明通過使用GNSS多頻組合觀測量（偽距、載波相位），縮短了定位初始化 所需的時間；
[0032] 2)載波相位差分相對定位中，隨著基線長度的增加，載波相位含的誤差隨之增大， 直接使用雙頻寬巷模糊度定位誤差過大，雙頻模糊度準(zhǔn)確轉(zhuǎn)化為單頻模糊度為定位計算中 關(guān)鍵步驟，本發(fā)明使用多種方法組合進(jìn)行故障檢測和隔離，使用故障檢測和隔離算法發(fā)現(xiàn) 錯誤模糊度衛(wèi)星，并通過模糊度修復(fù)的方法增加了可用衛(wèi)星數(shù)，使用多種方法進(jìn)行模糊度 驗證，確保模糊度的正確修復(fù)，提高了模糊度求解的可靠性；
[0033] 3)從原始數(shù)據(jù)入手，給出了一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的高精度厘米級定位方法，使 RTK用戶和精密定位用戶能得到更為可靠的定位結(jié)果；
[0034] 4)本發(fā)明可以應(yīng)用在GNSS單系統(tǒng)高精度定位上，也可以是多系統(tǒng)兼容高精度定 位上；可以是載波相位差分定位上，也可以是載波相位精密絕對定位上。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明定位方法流程圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于 以下所述。
[0037] 如圖1所示，一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的高精度厘米級定位方法，它包括以下步驟：
[0038]S1:接收導(dǎo)航電文和觀測數(shù)據(jù)，作為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS定位的原始數(shù)據(jù)；
[0039]S2:對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如果衛(wèi)星偽距、導(dǎo)航電文參數(shù)超過合理范圍或該衛(wèi)星 被識別為不健康，則剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星，該衛(wèi)星不參與定位計算；使用GNSS多頻觀測數(shù) 據(jù)，使用電離層殘差法、偽距載波相位組合法等方法進(jìn)行載波相位周跳檢測與修復(fù)；
[0040]S3:對于數(shù)據(jù)正常的衛(wèi)星，根據(jù)導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星位置；
[0041]S4:獲得衛(wèi)星偽距測量誤差方程的系數(shù)陣A陣和常數(shù)項L，通過現(xiàn)有的權(quán)矩陣P設(shè) 置方法或組合方法并給權(quán)矩陣P取一個初始值；
[0042] 權(quán)矩陣P取值方法包括：P為對角陣diag{P丄i= 1，2, · · ·，η，η為衛(wèi)星數(shù)；
[0043](1)等權(quán)法，Pi等于1;
[0044] (2)仰角加權(quán)法，Pi等于仰角Ei的函數(shù)fun沉）；
[0045] (3)偽距估計誤差的函數(shù)，Pi等于誤差σ ;的函數(shù)fun( σ J ;
[0046](4)信號強(qiáng)度加權(quán)，Pi等于信號強(qiáng)度Snri的函數(shù)fun(SnrJ;
[0047] 以GPS全球定位系統(tǒng)為例：
[0048]
其中，= (X^X。)/%，h = (YfY。)/%，Cl = (Ζ「Ζ。)/%，
:,XpYpZi為衛(wèi)星坐標(biāo)，XQ、YQ、Z。為用戶坐標(biāo)；常