一种分布式伪卫星/GNSS优化定位方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式伪卫星/GNSS优化定位方法，涉及导航定位技术领域。本发明专利技术采用基准站坐标约束的差分信息修正法来解决伪卫星高精度时间同步问题，采用优选的伪卫星联合GNSS的模糊固定方法，解决了伪卫星伪距多径时时需要已知点初始化问题或GNSS卫星观测不足导致定位失败问题，采用延迟模糊度固定方法解决了频繁升降的GNSS/伪卫星对定位精度造成的不利影响。本发明专利技术具有重要的工程实际应用价值，提高了复杂环境下高精度定位的可用性和可靠性。

A Distributed Pseudo-Satellite/GNSS Optimal Location Method

【技术实现步骤摘要】
一种分布式伪卫星/GNSS优化定位方法
本专利技术涉及导航定位
，特别是指一种分布式伪卫星/GNSS优化定位方法。
技术介绍
目前，基于精密单点定位和实时动态定位的GNSS高精度定位方法在测绘、精细农业、海洋勘探、飞机精密渐近等领域发挥着重要的作用，极大的提升了行业的作业模式。然而，在城市峡谷、林木遮挡及横立广告牌等复杂环境下，GNSS信号被遮挡，导致用户可视范围内的GNSS卫星频繁升降甚至出现可视GNSS卫星不足情况。此时，基于GNSS的高精度定位在可用性和稳健性等方面面临致命性问题。作为GNSS定位系统的有效辅助系统，分布式伪卫星能增加用户可视范围内的卫星数量，从而改善用户的几何结构。但是，当前的分布式伪卫星高精度时间同步处理手段复杂且不易操作，同时伪卫星自身存在严重的伪距多径问题，影响其本身使用性能。另外，在处理GNSS在复杂环境条件下频繁升降问题时，先前模糊度固定方法会将该频繁升降卫星引入模糊度固定中，导致整体的模糊度固定失败而定位效果变差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种分布式伪卫星/GNSS优化定位方法，能够有效提升复杂环境的分布式伪卫星/GNSS高精度定位性能。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种分布式伪卫星/GNSS高精度优化定位方法，其包括以下步骤：(1)基准站实时跟踪GNSS和伪卫星信号，产生GNSS和伪卫星的伪距、载波相位和多普勒观测量；(2)依据基准站精确位置进行站星几何距离、电离层和对流层的系统误差修正，获得基准站的GNSS和伪卫星的伪距、载波相位和多普勒的差分改正数，并发送给用户站；(3)用户站基于基准站的差分改正数修正自身伪距、载波相位和多普勒观测量，实现用户站的GNSS和伪卫星的星间时间同步；(4)用户站基于自身初始位置进行站星几何距离、电离层和对流层的系统误差修正，获得修正后的用户站GNSS和伪卫星的伪距、载波和多普勒观测量；(5)基于修正后的用户站GNSS和伪卫星的载波和多普勒观测量，采用多普勒法进行载波相位的周跳探测；(6)基于修正后的伪卫星的载波和多普勒观测量，以及修正后的GNSS的伪距、载波和多普勒观测量，构建第一观测方程；(7)对模糊度参数设置约束条件，根据第一观测方程和约束条件构建第二观测方程，基于第二观测方程进行参数估计，获得模糊度的浮点解及其方差阵信息；(8)依据模糊度的浮点解及其方差阵信息，基于LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得模糊度的整数值；(9)将步骤(8)得到的模糊度整数值作为已知量代入到第一观测方程中，基于第一观测方程进行参数估计，获得高精度的坐标。进一步地，所述步骤(2)的具体方式为：(201)设置基准站对GNSS的伪距、载波相位和多普勒测量方程如下：其中，和分别代表基准站b观测的GNSS卫星i的伪距、载波和多普勒观测量，和分别代表基准站b观测的GNSS卫星i的伪距噪声、载波相位测量噪声和多普勒测量噪声，表示基准站b和GNSS卫星i之间的几何距离，表示电离层延迟，表示对流层延迟，和δtb,s分别代表GNSS卫星i的钟差和基准站b的接收机钟差，γs和分别代表GNSS卫星载波相位的波长和模糊度参数，C代表光速，上标点号表示导数；(202)根据卫星广播星历获得卫星坐标，联合已知的基准站坐标，获得基准站和卫星间的几何距离及其变化率同时基于广播电离层模型和对流层模型获得电离层延迟对流层延迟电离层变化率和对流层变化率由此，根据下式求解GNSS的伪距差分改正数载波相位差分改正数和多普勒差分改正数(203)设置基准站对伪卫星的伪距、载波相位和多普勒测量方程如下：其中，和分别代表基准站b观测的伪卫星i的伪距、载波和多普勒观测量，和分别代表基准站b观测的伪卫星i的伪距噪声、载波相位测量噪声和多普勒测量噪声，表示基准站b和伪卫星i之间的几何距离，和δtb,l分别代表伪卫星i的钟差和基准站b的接收机钟差，γl和分别代表伪卫星载波相位的波长和模糊度参数；(204)根据伪卫星坐标和已知的基准站坐标，获得基准站和伪卫星间的几何距离及其变化率由此，根据下式求解伪卫星的伪距差分改正数载波相位差分改正数和多普勒差分改正数进一步地，所述步骤(3)的具体方式为：(301)设置用户站对GNSS的伪距、载波相位和多普勒测量方程如下：其中，和分别代表用户站r观测的GNSS卫星i的伪距、载波和多普勒观测量，和分别代表用户站r观测的GNSS卫星i的伪距噪声、载波相位测量噪声和多普勒测量噪声，表示用户站r和GNSS卫星i之间的几何距离，表示电离层延迟，表示对流层延迟，和δtr,s分别代表卫星i的钟差和用户站r的接收机钟差，γs和分别代表载波相位的波长和模糊度参数，C代表光速，上标点号表示导数；(302)根据基准站对GNSS的伪距差分改正数载波相位差分改正数和多普勒差分改正数按照下式实现用户站的高精度GNSS星间同步：其中，和分别代表基站和用户站的伪距噪声、载波噪声和多普勒噪声值，GNSS卫星钟差通过基准站差分改正数消除，从而实现GNSS卫星间的高精度时间同步；(303)设置用户站对伪卫星的伪距、载波相位和多普勒测量方程如下：其中，和分别代表用户站r观测的伪卫星i的伪距、载波和多普勒观测量，和分别代表用户站r观测的伪卫星i的伪距噪声、载波相位测量噪声和多普勒测量噪声，表示用户站r和伪卫星i之间的几何距离，和δtr,l分别代表伪卫星i的钟差和用户站r的接收机钟差，γl和分别代表伪卫星载波相位的波长和模糊度参数；(304)根据基准站对伪卫星的伪距差分改正数载波相位差分改正数和多普勒差分改正数按照下式实现用户站的高精度伪卫星的同步：其中，和分别代表基站和用户站相对的伪距噪声、载波噪声和多普勒噪声值，伪卫星钟差通过基准站差分改正数消除，从而实现伪卫星间的高精度时间同步。进一步地，所述步骤(4)中，获得修正后的用户站相对于GNSS和伪卫星的伪距、载波和多普勒观测量后，采用中位数法进行数据预处理，剔除异常的GNSS伪距观测数据。进一步地，所述步骤(5)的具体方式为：对于卫星i，若值ΔL超过预设门限，则认定该卫星存在载波相位跳变，并进行周跳的标记；其中，和ΔDi(t)分别为修正后的t时刻的卫星i的载波相位测量值和多普勒值。进一步地，所述第一观测方程为：其中，A、B、I分别代表矩阵中X、N和时间t的线性化系数，X为用户站坐标，和分别为伪卫星和GNSS卫星对应的载波相位模糊度度参数，L为用户站伪距和载波相位观测向量，PL为对应观测向量的协方差阵，PΔρ和分别为伪距和载波向量的权阵。进一步地，所述步骤(7)中设置约束条件的具体方式为：(701)若卫星的累计模糊度未固定时间超过预设值，则对模糊度进行重新初始化并设置先验权；(702)若卫星的模糊度参数已固定且没有发生周跳，则将该模糊度进行强约束处理；(703)对重新初始化的模糊度和已固定的模糊度设置约束观测方程：NX＝NX0PX＝PX0其中，NX为重新初始模糊度和先前已固定模糊度组成的向量，PX为对应向量的权阵，NX0和PX0分别为对应向量的初始值及先验权阵。所述第二观测方程为：T＝GK其中，PT为向量T的方差阵。浮点解K及其方差阵QT分别为：K＝(GTPTG)-1GTPTTQT＝(GTPTG)-1。上标T表示矩阵的转置，上标-1表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式伪卫星/GNSS高精度优化定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基准站实时跟踪GNSS和伪卫星信号，产生GNSS和伪卫星的伪距、载波相位和多普勒观测量；(2)依据基准站精确位置进行站星几何距离、电离层和对流层的系统误差修正，获得基准站的GNSS和伪卫星的伪距、载波相位和多普勒的差分改正数，并发送给用户站；(3)用户站基于基准站的差分改正数修正自身伪距、载波相位和多普勒观测量，实现用户站的GNSS和伪卫星的星间时间同步；(4)用户站基于自身初始位置进行站星几何距离、电离层和对流层的系统误差修正，获得修正后的用户站GNSS和伪卫星的伪距、载波和多普勒观测量；(5)基于修正后的用户站GNSS和伪卫星的载波和多普勒观测量，采用多普勒法进行载波相位的周跳探测；(6)基于修正后的伪卫星的载波和多普勒观测量，以及修正后的GNSS的伪距、载波和多普勒观测量，构建第一观测方程；(7)对模糊度参数设置约束条件，根据第一观测方程和约束条件构建第二观测方程，基于第二观测方程进行参数估计，获得模糊度的浮点解及其方差阵信息；(8)依据模糊度的浮点解及其方差阵信息，基于LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得模糊度的整数值；(9)将步骤(8)得到的模糊度整数值作为已知量代入到第一观测方程中，基于第一观测方程进行参数估计，获得高精度的坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种分布式伪卫星/GNSS高精度优化定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基准站实时跟踪GNSS和伪卫星信号，产生GNSS和伪卫星的伪距、载波相位和多普勒观测量；(2)依据基准站精确位置进行站星几何距离、电离层和对流层的系统误差修正，获得基准站的GNSS和伪卫星的伪距、载波相位和多普勒的差分改正数，并发送给用户站；(3)用户站基于基准站的差分改正数修正自身伪距、载波相位和多普勒观测量，实现用户站的GNSS和伪卫星的星间时间同步；(4)用户站基于自身初始位置进行站星几何距离、电离层和对流层的系统误差修正，获得修正后的用户站GNSS和伪卫星的伪距、载波和多普勒观测量；(5)基于修正后的用户站GNSS和伪卫星的载波和多普勒观测量，采用多普勒法进行载波相位的周跳探测；(6)基于修正后的伪卫星的载波和多普勒观测量，以及修正后的GNSS的伪距、载波和多普勒观测量，构建第一观测方程；(7)对模糊度参数设置约束条件，根据第一观测方程和约束条件构建第二观测方程，基于第二观测方程进行参数估计，获得模糊度的浮点解及其方差阵信息；(8)依据模糊度的浮点解及其方差阵信息，基于LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得模糊度的整数值；(9)将步骤(8)得到的模糊度整数值作为已知量代入到第一观测方程中，基于第一观测方程进行参数估计，获得高精度的坐标。2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体方式为：(201)设置基准站对GNSS的伪距、载波相位和多普勒测量方程如下：其中，和分别代表基准站b观测的GNSS卫星i的伪距、载波和多普勒观测量，和分别代表基准站b观测的GNSS卫星i的伪距噪声、载波相位测量噪声和多普勒测量噪声，表示基准站b和GNSS卫星i之间的几何距离，表示电离层延迟，表示对流层延迟，和δtb,s分别代表GNSS卫星i的钟差和基准站b的接收机钟差，γs和分别代表GNSS卫星载波相位的波长和模糊度参数，C代表光速，上标点号表示导数；(202)根据卫星广播星历获得卫星坐标，联合已知的基准站坐标，获得基准站和卫星间的几何距离及其变化率同时基于广播电离层模型和对流层模型获得电离层延迟对流层延迟电离层变化率和对流层变化率由此，根据下式求解GNSS的伪距差分改正数载波相位差分改正数和多普勒差分改正数(203)设置基准站对伪卫星的伪距、载波相位和多普勒测量方程如下：其中，和分别代表基准站b观测的伪卫星i的伪距、载波和多普勒观测量，和分别代表基准站b观测的伪卫星i的伪距噪声、载波相位测量噪声和多普勒测量噪声，表示基准站b和伪卫星i之间的几何距离，和δtb,l分别代表伪卫星i的钟差和基准站b的接收机钟差，γl和分别代表伪卫星载波相位的波长和模糊度参数；(204)根据伪卫星坐标和已知的基准站坐标，获得基准站和伪卫星间的几何距离及其变化率由此，根据下式求解伪卫星的伪距差分改正数载波相位差分改正数和多普勒差分改正数3.根据权利要求2所述的分布式伪卫星/GNSS高精度优化定位方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体方式为：(301)设置用户站对GNSS的伪距、载波相位和多普勒测量方程如下：其中，和分别代表用户站r观测的GNSS卫星i的伪距、载波和多普勒观测量，和分别代表用户站r观测的GNSS卫星i的伪距噪声、载波相位测量噪声和多普勒测量噪声，表示用户站r和GNSS卫星i之间的几何距离，表示电离层延迟，表示对流层延迟，和δtr,s分别代表卫星i的钟差和用户站r的接收机钟差，γs和分别代表载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛传贞，蔚保国，甘兴利，张京奎，张衡，陈秀德，郑志全，郭晓松，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13