一种基于GNSS观测量的定位方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于GNSS观测量的定位方法和系统，该方法包括以下步骤：S1、基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢量；S2、确定残差矢量中大气折射误差之外的误差矢量的残差平方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟；S3、将求得的垂直方向的大气延迟代入GNSS观测量方程求得修正的GNSS观测量，并使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。本发明专利技术通过对大气折射误差之外的所有其他误差的残差平方和取极小求得大气延迟的估计值，再利用最小二乘法重新获得修正的位置矢量，其计算简单准确，解决了大气折射的实时估计问题，提高了GNSS定位的定位精度以及模糊度的收敛速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GNSS(全球导航卫星系统)
，更具体地说，涉及一种基于GNSS观测量的定位方法和系统。
技术介绍
GNSS(全球导航卫星系统)的载波相位信号测量精度可达毫米量级，其中大气折射为主要误差来源之一，尤其是由于水汽引起的延迟，难以用模型来进行描述。目前，高精度GNSS定位方法中，主要将大气延迟量作为未知数，利用GNSS载波相位观测量来直接估计大气延迟。但是这种方法的主要缺点在于，估计大气延迟的时间需要较长。这样使得GNSS实时定位方法(RTK)受到制约，基线长度不能太长。因此，亟待提供一种定位方法能够快速对大气延迟进行估值，并保证最终定位的准确性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有基于GNSS的定位方法耗时长的缺陷，提供了一种简单易行的基于GNSS观测量的定位方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于GNSS观测量的定位方法，包括以下步骤：S1、基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢量；S2、确定所述步骤S1得到的残差矢量中大气折射误差之外的误差矢量的残差平方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟；S3、将步骤S2求得的垂直方向的大气延迟代入GNSS观测量方程求得修正的GNSS观测量，并基于该修正的GNSS观测量使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S1中通过以下公式求解位置矢量：X^=(ATA)-1ATL;]]>其中，A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定；L为GNSS观测量；所述步骤S1中通过以下公式求解残差矢量：V^=(I-A(ATA)-1AT)(M(α)Vt+e)=(I-H)M(α)Vt+(I-H)e;]]>其中，M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气延迟；e是GNSS观测量的所有其他误差矢量；H＝A(ATA)-1AT。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S2中通过以下公式求解垂直方向的大气延迟Vt：Vt=V^T(I-H)M(α)MT(α)(I-H)M(α);]]>其中，为残差矢量；M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；H＝A(ATA)-1AT。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S3中通过以下公式求得修正的GNSS观测量：Lc＝AX＝L-M(α)Vt＝L0+e；其中，A为卫星的系数矩阵，L为GNSS观测量，M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气延迟。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S3中通过以下公式求解修正的位置矢量：X^=(ATA)-1ATLc;]]>其中，A为卫星的系数矩阵；Lc为修正的GNSS观测量。本专利技术还提供了一种基于GNSS观测量的定位系统，包括：模型建立单元，用于基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢量；大气延迟计算单元，确定模型建立单元得到的残差矢量中大气折射误差之外的误差矢量的残差平方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟；位置修正单元，用于将所述垂直方向的大气延迟代入GNSS观测量方程求得修正的GNSS观测量，并基于该修正的GNSS观测量使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述模型建立单元通过以下公式求解位置矢量：X^=(ATA)-1ATL;]]>其中，A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定；L为GNSS观测量；所述步骤S1中通过以下公式求解残差矢量：V^=(I-A(ATA)-1AT)(M(α)Vt+e)=(I-H)M(α)Vt+(I-H)e;]]>其中，M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气延迟；e是GNSS观测量的所有其他误差矢量；H＝A(ATA)-1AT。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述大气延迟计算单元通过以下公式求解垂直方向的大气延迟Vt：Vt=V^T(I-H)M(α)MT(α)(I-H)M(α);]]>其中，为残差矢量；M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；H＝A(ATA)-1AT。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述位置修正单元通过以下公式求得修正的GNSS观测量：Lc＝AX＝L-M(α)Vt＝L0+e；其中，A为卫星的系数矩阵，L为GNSS观测量，M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气延迟。在根据本专利技术所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述位置修正单元通过以下公式求解修正的位置矢量：X^=(ATA)-1ATLc;]]>其中，A为卫星的系数矩阵；Lc为修正的GNSS观测量。实施本专利技术的基于GNSS观测量的定位方法和系统，具有以下有益效果：本专利技术通过最小二乘法求解位置矢量和残差矢量，并将其中所有其他误差的残差平方和取极小求得大气延迟的估计值，再利用最小二乘法重新获得修正的位置矢量，其计算简单准确，解决了大气折射的实时估计问题，提高了GNSS定位的定位精度以及模糊度的收敛速度。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为根据本专利技术优选实施例的基于GNSS观测量的定位方法的流程图；图2为根据本专利技术优选实施例的基于GNSS观测量的定位系统的模块图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。请参阅图1，为根据本专利技术优选实施例的基于GNSS观测量的定位方法的流程图，如图1所示，该实施例提供的基于GNSS观测量的定位方法包括以下步骤：本专利技术以GNSS观测量方程为基础。该GNSS观测量方程为：AX+M(α)Vt＝L＝L0+e；(1)式中A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定。X为接收机的位置矢量，L为GNSS观测量(例如伪距或载波相位)，其中L0为无误差观测量。M(α)Vt为大气折射误差，式中M(α)是与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量：M(α)＝(m(α1),m(α2),…,m(αn))T，m(αi)为第i个卫星观测量的大气映射函数，与该卫星的天顶角αi有关。Vt是垂直方向的大气延迟值。e是GNSS观测量的所有其他误差矢量。其中，矩阵A的系数中的卫星位置坐标可以由GNSS卫星发布的卫星星历计算。GNSS观测量L为线性化的观测量，可以由GNSS接收机测量后根据GNSS接收机的初始位置计算得到。因此，在步骤S1中，基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GNSS观测量的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢量；S2、确定所述步骤S1得到的残差矢量中大气折射误差之外的误差矢量的残差平方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟；S3、将步骤S2求得的垂直方向的大气延迟代入GNSS观测量方程求得修正的GNSS观测量，并基于该修正的GNSS观测量使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS观测量的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢量；
S2、确定所述步骤S1得到的残差矢量中大气折射误差之外的误差矢量的
残差平方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟；
S3、将步骤S2求得的垂直方向的大气延迟代入GNSS观测量方程求得修
正的GNSS观测量，并基于该修正的GNSS观测量使用最小二乘法求解得到
修正的位置矢量。
2.根据权利要求1所述的基于GNSS观测量的定位方法，其特征在于，
所述步骤S1中通过以下公式求解位置矢量：
X^=(ATA)-1ATL;]]>其中，A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定；L
为GNSS观测量；
所述步骤S1中通过以下公式求解残差矢量：
V^=(I-A(ATA)-1AT)(M(α)Vt+e)=(I-H)M(α)Vt+(I-H)e;]]>其中，M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向
的大气延迟；e是GNSS观测量的所有其他误差矢量；H＝A(ATA)-1AT。
3.根据权利要求2所述的基于GNSS观测量的定位方法，其特征在于，
所述步骤S2中通过以下公式求解垂直方向的大气延迟Vt：
Vt=V^T(I-H)M(α)MT(α)(I-H)M(α);]]>其中，为残差矢量；M(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；
H＝A(ATA)-1AT。
4.根据权利要求3所述的基于GNSS观测量的定位方法，其特征在于，
所述步骤S3中通过以下公式求得修正的GNSS观测量：
Lc＝AX＝L-M(α)Vt＝L0+e；
其中，A为卫星的系数矩阵，L为GNSS观测量，M(α)为与卫星天顶角α

\t有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气延迟。
5.根据权利要求4所述的基于GNSS观测量的定位方法，其特征在于，
所述步骤S3中通过以下公式求解修正的位置矢量：
X^=(ATA)-1ATLc;]]>其中，A为卫星的系数矩阵；Lc为修正的GNSS观测量。
6.一种基于GNSS观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈武，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81