一种快速收敛的精密单点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种快速收敛的精密单点定位方法，首先对全球导航卫星的观测数据进行预处理，再联合原始载波相位观测值的观测方程、码相位半合组合观测值的观测方程和几何无关组合观测值的观测方程构建改进的精密单点定位的观测方程，采用卡尔曼滤波对改进的精密单点定位的观测方程中的参数进行估计，得到接收机位置信息和对流层延迟、电离层延迟信息，实现GNSS快速单点精密定位。与现有技术相比：本发明专利技术一种快速收敛的精密单点定位方法能更好地降低观测噪声、轨道误差对滤波收敛速度与定位精度影响，并利用对流层延迟、电离层延迟历元间缓慢变化的特性作为约束条件，提高了精密单点定位解算的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种快速收敛的精密单点定位方法
本专利技术涉及全球导航卫星定位
，尤其涉及一种快速收敛的精密单点定位方法。
技术介绍
精密单点定位(PrecisePointPositioning，简称PPP)是基于状态空间域改正信息的高精度定位方法，基本实现方法为：用户采用一台GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)接收机的双频码伪距和载波相位观测值，通过国际GNSS服务组织(InternationalGNSSService，简称IGS)提供的GNSS精密轨道和精密钟差产品内插出相应观测时刻的卫星轨道和钟差信息，同时应用误差模型修正天线相位中心、地球自转、固体潮汐等误差源的影响，进行单站绝对定位。目前，位置解收敛到静态厘米级、动态分米级的精度通常需要较长的时间，如静态模式下一般需要20～30分钟才能收敛到厘米级。收敛速度慢是限制PPP技术更加广泛应用的主要原因。自从精密单点定位技术被提出以来，许多专家学者提出了多种定位方法，如Kouba在期刊“GPSSolutions”2001年第5卷第2期中提出了标准消电离层组合方法(Un-Differenceionosphere-freecombinedmethod，简称UD方法)，GaoY在期刊“Navigation”2002年第49卷第2期中提出了UofC方法(UniversityofCalgarymethod，简称UofC方法)。这两种方法均采用了消电离层组合，虽然降低了电离层延迟对定位的影响，但放大了观测噪声和多路径效应，不利于位置解的快速收敛；张宝成在“测绘学报”2010年第39卷第5期中提出了非差非组合方法(Un-Combinedmethod，简称UC方法)，该方法采用参数估计形式将电离层延迟模拟成随机游走，但采用了原始码伪距观测值，观测噪声仍然较大，且无法降低轨道误差对定位的影响。另外，GeM在期刊“JournalofGeodesy”2008年82卷第7期中、张小红在期刊“武汉大学学报·信息科学版”2010年第35卷第6期中、ShiJ在期刊“GPSSolutions”2014年第66卷第1期中均实现了基于相位偏差改正的精密单点定位固定解，虽在一定程度上提高了PPP收敛速度和定位精度，但参数的解算仍需基于上述三种基本方法来实现。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种快速收敛的精密单点定位方法，有效降低观测噪声、轨道误差对滤波收敛速度与定位精度影响，并利用对流层延迟、电离层延迟历元间缓慢变化的特性作为约束条件，提高了精密单点定位解算的性能。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种快速收敛的精密单点定位方法,包括如下步骤:(S1)、对全球导航卫星的观测数据进行预处理：采用M-W组合法和电离层残差法对原始载波相位观测值中存在的周跳进行探测，并修复；对天线相位中心偏差、地球自转、相对论效应、天线相位缠绕误差源的影响进行修正；对精密卫星轨道和卫星钟差数据进行拉格朗日多项式内插，获取观测时刻的卫星轨道和卫星钟差；(S2)、顾及电离层延迟对不同频率观测值的影响关系，建立卫星的原始载波相位观测值和的观测方程，如公式(5)、公式(6)所示：其中，s表示卫星，和表示载波相位观测值，ρ表示卫星与接收机之间的几何距离，c表示真空中光的速度，表示接收机钟差，表示卫星钟差，分别表示对流层干、湿迟延映射函数；δzpd、δzpw分别表示对流层天顶方向干延迟和湿延迟，为载波相位观测值中站星视线方向的电离层延迟，分别为原始载波相位观测值和的模糊度，f1、f2为载波相位的频率，λ1、λ2表示载波相位的波长，表示载波相位观测值的观测噪声；(S3)、根据原始码伪距观测值和原始载波相位观测值构建码相位半合组合观测值的观测方程，如公式(7)所示：(S4)、根据原始载波相位观测值和构建几何无关组合观测值的观测方程，如公式(8)所示：(S5)、联合原始载波相位观测值和的观测方程、码相位半合组合观测值的观测方程和几何无关组合观测值的观测方程构建改进的精密单点定位的观测方程，如公式(9)所示，(S6)、采用卡尔曼滤波对改进的精密单点定位的观测方程中的参数进行估计，得到接收机位置信息和对流层延迟、电离层延迟信息。作为上述方案的进一步优化，对步骤(S5)的改进的精密单点定位的观测方程进行线性化处理，得到公式(10)：y(k)＝A·X(k)+εy，εy～N(0,Ωy)(10)其中，y(k)为观测向量，其维数为4j，j为历元k同步观测到的卫星数量；X(k)为待估参数向量，维数为(5+3j)，A为设计矩阵，εy为测量噪声向量，Ωy为测量噪声向量εy的协方差阵；y(k)、X(k)和A表达式分别为其中，X、Y、Z为接收机三维位置，表示克罗内克积，e4为各元素均为1的4维列向量，Ij为j维单位矩阵，B、C和D子矩阵的含义分别为:其中，l、m、n分别为接收机到卫星的方向余弦。作为上述方案的进一步优化，步骤(S5)得到的改进的精密单点定位的观测方程第k历元对应的协方差阵Ωy(k)，如公式(11)所示：其中，表示克罗内克积，Ij为j维单位矩阵，分别为卫星原始载波相位观测值Φ1、Φ2，原始码伪距观测值P2的测量噪声的方差。与已有技术相比，本专利技术的一种快速收敛的精密单点定位方法的有益效果体现在：1、本专利技术的一种快速收敛的精密单点定位方法有效地降低观测噪声、轨道误差对滤波收敛速度与定位精度影响，提高了精密单点定位解算的性能。2、本专利技术的一种快速收敛的精密单点定位方法，不仅降低了观测噪声和轨道误差对定位的影响，还可以利用大气延迟平稳变化的特性作为约束提高滤波收敛速度，其构建的改进的精密单点定位的观测方程，具有更好的模型结构，采用卡尔曼滤波对改进的精密单点定位的观测方程进行参数估计，能克服现有解算方法的技术缺陷。3、本专利技术的一种快速收敛的精密单点定位方法，能快速地实现精密单点定位厘米级位置解，可提高精密单点定位收敛速度以及定位精度。附图说明图1是本专利技术的一种快速收敛的精密单点定位方法的流程图。图2为本专利技术的应用实施例采用的IGS观测站的分布图。图3为使用本专利技术方法和UC方法对公共滤波收敛数据处理后的收敛时间统计结果图。图4为使用本专利技术方法和UC方法对公共滤波收敛数据处理后的平面位置偏差统计结果图。图5为使用本专利技术方法和UofC方法对公共滤波收敛数据处理后的收敛时间统计结果图。图6为使用本专利技术方法和UofC方法对公共滤波收敛数据处理后的平面位置偏差统计结果图。图7为使用本专利技术方法和UD方法对公共滤波收敛数据处理后的收敛时间统计结果图。图8为使用本专利技术方法和UD方法对公共滤波收敛数据处理后的平面位置偏差统计结果图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。一种快速收敛的精密单点定位方法,包括如下步骤:参见图1，图1是本专利技术的一种快速收敛的精密单点定位方法的流程图。(S1)、对全球导航卫星的观测数据进行预处理：采用M-W组合法和电离层残差法对原始载波相位观测值中存在的周跳进行探测，并修复；对天线相位中心偏差、地球自转、相对论效应、天线相位缠绕误差源的影响进行修正；对精密卫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速收敛的精密单点定位方法,其特征在于,包括如下步骤:(S1)、对全球导航卫星的观测数据进行预处理：采用M‑W组合法和电离层残差法对原始载波相位观测值中存在的周跳进行探测，并修复；对天线相位中心偏差、地球自转、相对论效应、天线相位缠绕误差源的影响进行修正；对精密卫星轨道和卫星钟差数据进行拉格朗日多项式内插，获取观测时刻的卫星轨道和卫星钟差；(S2)、顾及电离层延迟对不同频率观测值的影响关系，建立卫星的原始载波相位观测值和的观测方程，如公式(5)、公式(6)所示：Φ1s=ρ+c·δtr‾-c·δt‾s+Mds·δzpd+Mws·δzpw-I1s+λ1·N‾1s+ϵΦ1s---(5)]]>Φ2s=ρ+c·δtr‾-c·δt‾s+Mds·δzpd+Mws·δzpw-f12/f22·I1s+λ2·N‾2s+ϵΦ2s---(6)]]>其中，s表示卫星，和表示载波相位观测值，ρ表示卫星与接收机之间的几何距离，c表示真空中光的速度，表示接收机钟差，表示卫星钟差，分别表示对流层干、湿迟延映射函数；δzhd、δzwd分别表示对流层天顶方向干延迟和湿延迟，为载波相位观测值中站星视线方向的电离层延迟，分别为原始载波相位观测值和的模糊度，f1、f2为载波相位的频率，λ1、λ2表示载波相位的波长，表示载波相位观测值的观测噪声；(S3)、根据原始码伪距观测值和原始载波相位观测值构建码相位半合组合观测值的观测方程，如公式(7)所示：LP2Φ2s=(P2s+Φ2s)/2=ρ+c·δtr‾-c·δt‾s+Mds·δzpd+Mws·δzpw+λ2·N‾2s/2+ϵLP2Φ2s---(7)]]>(S4)、根据原始载波相位观测值和构建几何无关组合观测值的观测方程，如公式(8)所示：ΦGFs=Φ1s-Φ2s=(f12/f22-1)·I1s+λ1·N‾1s-λ2·N‾2s+ϵΦGFs---(8)]]>(S5)、联合原始载波相位观测值和的观测方程、码相位半合组合观测值的观测方程和几何无关组合观测值的观测方程构建改进的精密单点定位的观测方程，如公式(9)所示，Φ1s=ρ+c·δt‾r-c·δt‾s+Mds·δzqd+Mws·δzqw-I1s+λ1·N‾1s+ϵΦ2sΦ2s=ρ+c·δt‾r-c·δt‾s+Mds·δzqd+Mws·δzqw-f12/f22·I1s+λ2·N‾2s+ϵΦ2sLP2Φ2s=(P2s+Φ2s)/2=ρ+c·δt‾r-c·δt‾s+Mds·δzqd+Mws·δzqw+λ2·N‾2s/2+ϵLP2Φ2sΦGFs=Φ1s-Φ2s=(f12/f22-1)·I1s+λ1·N‾1s-λ2...

【技术特征摘要】
1.一种快速收敛的精密单点定位方法,其特征在于,包括如下步骤:(S1)、对全球导航卫星的观测数据进行预处理：采用M-W组合法和电离层残差法对原始载波相位观测值中存在的周跳进行探测，并修复；对天线相位中心偏差、地球自转、相对论效应、天线相位缠绕误差源的影响进行修正；对精密卫星轨道和卫星钟差数据进行拉格朗日多项式内插，获取观测时刻的卫星轨道和卫星钟差；(S2)、顾及电离层延迟对不同频率观测值的影响关系，建立卫星的原始载波相位观测值和的观测方程，如公式(5)、公式(6)所示：其中，s表示卫星，和表示载波相位观测值，ρ表示卫星与接收机之间的几何距离，c表示真空中光的速度，表示接收机钟差，表示卫星钟差，分别表示对流层干、湿迟延映射函数；δzpd、δzpw分别表示对流层天顶方向干延迟和湿延迟，为载波相位观测值中站星视线方向的电离层延迟，分别为原始载波相位观测值和的模糊度，f1、f2为载波相位的频率，λ1、λ2表示载波相位的波长，表示载波相位观测值的观测噪声；(S3)、根据原始码伪距观测值和原始载波相位观测值构建码相位半合组合观测值的观测方程，如公式(7)所示：(S4)、根据原始载波相位观测值和构建几何无关组合观测值的观测方程，如公式(8)所示：(S5)、联合原始载波相位观测值和的观测方程、码相位半合组合观测值的观测方程和几何无关组合观测值的观测方程构建改进的精密单点定位的观测方程，如公式(9)所示，

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴旺，张翠英，刘超，余学祥，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34