智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法及系统，包括：GPS卫星SSR数据获取、解析单元(111)、北斗卫星SSR数据获取、解析单元(112)、原始观测量生成单元(113)、卫星时钟、轨道校正量计算单元(114)和定位解算、输出显示单元(115)。本发明专利技术使用GPS和北斗双模系统的SSR数据进行增强，卫星数更多，载波相位模糊度解算的收敛速度更快，定位精度更高更稳定。

【技术实现步骤摘要】
智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法及系统
本专利技术涉及卫星导航领域，具体地，涉及智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法及系统。尤其地，涉及一种基于星基增强技术的便携式智能设备双模GNS精密单点定位方法。
技术介绍
为了满足移动定位需求，现在的便携式智能设备(如智能手机、平板电脑等)普遍集成了全球导航卫星系统(GNSS)模块，从而实现户外基于卫星信号的定位与导航功能。目前大多数基于便携式智能设备的卫星定位方式都是基于伪距观测量，通过差分、卫星广播或经验模型公式等方式消除或削弱伪距中存在的各种时延及误差影响，诸如电离层时延、对流层时延、卫星轨道误差、卫星钟差等等。上述一些定位方法如今已经有了较为广泛性的应用，一般定位误差在5～10m，能够满足一般日常出行的需要，但对于更加高需求的场景就需要提高定位精度以及定位的稳定性。一般而言，由于手机设备中的低成本射频前端和线极化天线，导致了设备内部观测的热噪声、多路径误差较大，伪距观测量中的噪声往往在10m左右的数量级，这对于提升定位精度造成了很大的障碍。另一方面载波相位观测量具有厘米级的噪声量级，虽然具有整周模糊度等诸多限制，仍然是高精度定位的理想观测量。目前在智能便携设备上基于载波相位的定位方式往往有两个困难点，一是如何快速解算载波相位的整周模糊度，二是如何解决手机dutycycle对于载波相位整周数跳变的影响。对于整周模糊度，存在一种快速的模糊度解算方法LAMBDA，可以用于整周数解算。对于dutycycle的影响，Android9以后的系统支持将观测方式设置为载波相位连续跟踪，即不会产生周数跳变的现象。综上，基于载波的智能便携设备定位已经成为可能。另一方面，一般的差分定位可以很大程度地消除用户设备的观测量和参考站站观测之间的共模误差，如在短基线情况下的电离层延时、对流层延时、卫星钟差等等。但差分定位仍然存在一定限制，比如长基线情况下(例如非城市地区参考站密度不够，无法保证短基线)，电离层、对流层时延不再为共模误差，除此以外一些其他的非共模误差例如卫星轨道误差等等也无法完全消除。现在有一种基于星基增强的精密单点定位技术，可以实时获取各类误差的模型参量，从而不再需要受限于与参考站距离以及误差种类，对于观测量进行进一步的误差校正。一般将上述误差表示方式称为误差的StateSpaceRepresentation(SSR)，SSR数据可以通过网络RTCM协议获取，也可以通过星基增强的方式从卫星广播获取，而星基的进一步优势就在于其覆盖区域更广。最后，由于目前的星基增强技术大都针对GPS卫星系统，本专利技术拟针对GPS和北斗双模系统设计便携式智能设备端的增强定位方法。综上所述，专利技术一种基于星基增强技术的便携式智能设备双模GNSS载波精密单点定位方法具有实用价值。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法及系统。根据本专利技术提供的一种智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，包括：步骤S1：在每一个历元时刻，GPS卫星SSR数据获取、解析单元(111)负责接收GPS卫星实时的SSR数据，通过解析卫星广播的导航电文中的数据信息，将二进制比特流以预设格式转换为对应误差模型的参量，包括GPS卫星钟差校正参数和GPS卫星轨道校正参数；步骤S2：在每一个历元时刻，北斗卫星SSR数据获取、解析单元(112)负责接收GPS卫星实时的SSR数据，通过解析卫星广播的导航电文中的数据信息，将二进制比特流以预设格式转换为对应误差模型的参量，包括北斗卫星钟差校正参数和北斗卫星轨道校正参数；步骤S3：在每一个历元时刻，原始观测量生成单元(113)通过调用移动终端操作系统API获得手机原始GNSS观测量，通过计算组合得到所有可见卫星的伪距、ADR等观测量，同时获取卫星导航电文数据，进而解析出电文信息，将解析出的电文信息和伪距、ADR观测量一起进行载波相位模糊度的解算，使用LAMBDA算法，得到完整的载波相位观测量以及模糊度解算状态的标志位，另外输出原始观测量中的卫星信号发射时间ReceivedSvTimeNanos；步骤S4：将步骤S1、步骤S2及步骤S3输出的数据被传入卫星时钟、轨道校正量计算单元(114)中，用于计算SSR轨道校正量和时钟校正量；步骤S5：在定位解算、输出显示单元，用SSR轨道校正量校正广播星历算出的卫星坐标，输出SSR轨道校正后的卫星坐标；用广播钟差和SSR时钟校正量校正载波相位中的钟差部分，输出钟差校正后的伪距和载波相位，之后再经过电离层时延和对流层时延校正，得到校正后的伪距和载波相位，使用校正后的载波相位和卫星坐标进行精密单点定位，输出最终定位结果以及模糊度解算的标志位。优选地，所述步骤S3中解析出的电文信息包括：星历、电离层参数以及钟差参数；所述步骤S4中计算SSR轨道校正量和时钟校正量：首先计算卫星信号接收时刻的地球坐标系下，信号发送时刻的GPS及北斗卫星位置坐标和速度矢量，然后与校正数据结合算得SSR和时钟的校正量。优选地，所述步骤S1：所述GPS卫星钟差校正参数和GPS卫星轨道校正参数包括：(1)轨道校正参考时间trO；(2)卫星位置误差在法向、切向以及垂直于速度和位置矢量所在平面方向的分量δOradial、δOalong和δOcross；(3)卫星位置误差在法向、切向以及垂直于轨道平面方向的分量随时间的变化率和(4)时钟校正参考时间trC；(5)卫星时钟校正量的多项式系数C0、C1、C2。优选地，所述通过计算组合得到所有可见卫星的伪距、ADR等观测量的方法如下：伪距：(tRxSeconds-tTxSeconds)·SpeedOfLight；ADR：调取AccumulatedDeltaRangeMeters直接获得；其中，tRxSeconds表示定位终端接收信号的时刻，单位为s，可通过调用手机终端的API接口获取；tTxSeconds表示卫星发射信号的时刻，单位为s，可通过调用手机终端的API接口获取；SpeedOfLight表示光在真空中传播的速度，为299792458m/s。优选地，所述计算SSR轨道校正量和时钟校正量的计算方法如下：δC＝C0+C1(t-trC)+C2(t-trC)2其中，δO为轨道校正量在三个方向上的分量所组成的向量；δC为时钟校正量；t为卫星信号发送时刻的时间。优选地，所述步骤S5中用SSR轨道校正量校正广播星历算出的卫星坐标，校正方法如下：XOrbit＝Xbroadcast-[eradialealongecross]δO其中，eradial，ealong和ecross对应三个误差方向的ECEF坐标向量，Xbroadcast是通过星历计算得到的卫星ECEF坐标，XOrbit是SSR校正后得到的卫星位置坐标。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：在每一个历元时刻，GPS卫星SSR数据获取、解析单元(111)负责接收GPS卫星实时的SSR数据，通过解析卫星广播的导航电文中的数据信息，将二进制比特流以预设格式转换为对应误差模型的参量，包括GPS卫星钟差校正参数和GPS卫星轨道校正参数；/n步骤S2：在每一个历元时刻，北斗卫星SSR数据获取、解析单元(112)负责接收GPS卫星实时的SSR数据，通过解析卫星广播的导航电文中的数据信息，将二进制比特流以预设格式转换为对应误差模型的参量，包括北斗卫星钟差校正参数和北斗卫星轨道校正参数；/n步骤S3：在每一个历元时刻，原始观测量生成单元(113)通过调用移动终端操作系统API获得手机原始GNSS观测量，通过计算组合得到所有可见卫星的伪距、ADR等观测量，同时获取卫星导航电文数据，进而解析出电文信息，将解析出的电文信息和伪距、ADR观测量一起进行载波相位模糊度的解算，使用LAMBDA算法，得到完整的载波相位观测量以及模糊度解算状态的标志位，另外输出原始观测量中的卫星信号发射时间ReceivedSvTimeNanos；/n步骤S4：将步骤S1、步骤S2及步骤S3输出的数据被传入卫星时钟、轨道校正量计算单元(114)中，用于计算SSR轨道校正量和时钟校正量；/n步骤S5：在定位解算、输出显示单元，用SSR轨道校正量校正广播星历算出的卫星坐标，输出SSR轨道校正后的卫星坐标；用广播钟差和SSR时钟校正量校正载波相位中的钟差部分，输出钟差校正后的伪距和载波相位，之后再经过电离层时延和对流层时延校正，得到校正后的伪距和载波相位，使用校正后的载波相位和卫星坐标进行精密单点定位，输出最终定位结果以及模糊度解算的标志位。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，包括：
步骤S1：在每一个历元时刻，GPS卫星SSR数据获取、解析单元(111)负责接收GPS卫星实时的SSR数据，通过解析卫星广播的导航电文中的数据信息，将二进制比特流以预设格式转换为对应误差模型的参量，包括GPS卫星钟差校正参数和GPS卫星轨道校正参数；
步骤S2：在每一个历元时刻，北斗卫星SSR数据获取、解析单元(112)负责接收GPS卫星实时的SSR数据，通过解析卫星广播的导航电文中的数据信息，将二进制比特流以预设格式转换为对应误差模型的参量，包括北斗卫星钟差校正参数和北斗卫星轨道校正参数；
步骤S3：在每一个历元时刻，原始观测量生成单元(113)通过调用移动终端操作系统API获得手机原始GNSS观测量，通过计算组合得到所有可见卫星的伪距、ADR等观测量，同时获取卫星导航电文数据，进而解析出电文信息，将解析出的电文信息和伪距、ADR观测量一起进行载波相位模糊度的解算，使用LAMBDA算法，得到完整的载波相位观测量以及模糊度解算状态的标志位，另外输出原始观测量中的卫星信号发射时间ReceivedSvTimeNanos；
步骤S4：将步骤S1、步骤S2及步骤S3输出的数据被传入卫星时钟、轨道校正量计算单元(114)中，用于计算SSR轨道校正量和时钟校正量；
步骤S5：在定位解算、输出显示单元，用SSR轨道校正量校正广播星历算出的卫星坐标，输出SSR轨道校正后的卫星坐标；用广播钟差和SSR时钟校正量校正载波相位中的钟差部分，输出钟差校正后的伪距和载波相位，之后再经过电离层时延和对流层时延校正，得到校正后的伪距和载波相位，使用校正后的载波相位和卫星坐标进行精密单点定位，输出最终定位结果以及模糊度解算的标志位。


2.根据权利要求1所述的智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，所述步骤S3中解析出的电文信息包括：星历、电离层参数以及钟差参数；
所述步骤S4中计算SSR轨道校正量和时钟校正量：
首先计算卫星信号接收时刻的地球坐标系下，信号发送时刻的GPS及北斗卫星位置坐标和速度矢量，然后与校正数据结合算得SSR和时钟的校正量。


3.根据权利要求1所述的智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，所述步骤S1：
所述GPS卫星钟差校正参数和GPS卫星轨道校正参数包括：
(1)轨道校正参考时间trO；
(2)卫星位置误差在法向、切向以及垂直于速度和位置矢量所在平面方向的分量δOradial、δOalong和6Ocross；
(3)卫星位置误差在法向、切向以及垂直于轨道平面方向的分量随时间的变化率和
(4)时钟校正参考时间trC；
(5)卫星时钟校正量的多项式系数C0、C1、C2。


4.根据权利要求1所述的智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，所述通过计算组合得到所有可见卫星的伪距、ADR等观测量的方法如下：
伪距：(tRxSeconds-tTxSeconds)·SpeedOfLight；
ADR：调取AccumulatedDeltaRangeMeters直接获得；
其中，
tRxSeconds表示定位终端接收信号的时刻，单位为s，可通过调用手机终端的API接口获取；
tTxSeconds表示卫星发射信号的时刻，单位为s，可通过调用手机终端的API接口获取；
SpeedOfLight表示光在真空中传播的速度，为299792458m/s。


5.根据权利要求3所述的智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，所述计算SSR轨道校正量和时钟校正量的计算方法如下：



δC＝C0+C1(t-trC)+C2(t-trC)2
其中，
δO为轨道校正量在三个方向上的分量所组成的向量；
δC为时钟校正量；
t为卫星信号发送时刻的时间。


6.根据权利要求1所述的智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，所述步骤S5中用SSR轨道校正量校正广播星历算出的卫星坐标，校正方法如下：
XOrbit＝Xbroadcast-[eradialealongecross]δO
其中，
eradial，ealong和ecross对应三个误差方向的ECEF坐标向量，Xbroadcast是通过星历计算得到的卫星ECEF坐标，XOrbit是SSR校正后得到的卫星位置坐标。


7.根据权利要求1所述的智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，所述步骤S5中用广播钟差和SSR时钟校正量校正载波相位中的钟差部分，输出钟差校正后的伪距和载波相位，校正方法如下：



其中，
tbroadcast是卫星广播信号中得到的卫星时钟，tsatellite是经过SSR校正后得到的卫星时钟。


8.根据权利要求1所述的智能终端的双模GNSS载波精密单点定位方法，其特征在于，所述使用校正后的载波相位和卫星坐标进行精密单点定位：
设初始迭代ECEF坐标为xr，第i颗卫星的ECEF坐标为ρi为第i颗卫星的载波相位观测量，列出观测方程：



其中，br为相...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴振东，文飞，武子达，刘强，应忍冬，刘佩林，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31