【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机会信号导航定位领域，具体涉及一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法。
技术介绍
1、低轨机会信号定位能够有效补充/备份gnss(global navigation satellitesystem)，为gnss拒止环境下的用户提供有效的pnt(positioning,navigation,andtiming)服务。与此同时，低轨卫星星座系统的巨星化发展态势，也为低轨机会定位提供了十分丰富的轨道/频点资源，使之成为未来极具潜质的定位平台。
2、低轨机会定位依赖非合作卫星实现定位，导致系统本身存在时空基准粗放、信号测距能力弱等问题，导致机会定位需要依赖多普勒频移作为有效观测量，通过长时大量历元观测与信息收敛匹配，才能实现精度相对较低的定位效果。
3、为了有效改善机会信号定位精度，需要针对性对低轨机会信号定位系统进行时空信息精化。考虑低轨机会信号定位系统的公共系统误差源，包括：卫星星历误差、卫星时钟误差、电离层/对流层等传播误差，差分定位架构能够通过消除用户定位端的共性误差，有效提升系统定位精度与效能。另外，考虑多普勒定位观测量，不同于gnss伪距定位观测量，为矢量性观测量，不仅受到星地位置的影响，同时也与星地相对运动矢量紧密相关。这也使得多普勒差分定位架构不仅需要考虑系统共性误差消除，更需要关注共性误差在差分基线方向的矢量投影问题，这导致低轨机会信号的多普勒差分定位架构需要充分顾及差分基线方向、长度的优化配置，最大化改善差分效果，提升定位精度与时效性。
技术
1、本专利技术，为克服低轨机会信号定位系统时空基准粗放、测距信息缺失等因素，引入的定位精度、效能低等问题，提出一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，基于低轨机会信号多普勒差分观测模型特征优化差分基线方向、长度等因素，充分挖掘基准站、流动站间的时空相关性，将基站观测信息发播给流动站(用户)，从而获取机会信号定位系统的误差修正量，进行误差校正，以提高流动站的多普勒观测精度，从而整体提升低轨机会信号定位的精度与时效性。
2、本专利技术提出以下技术方案：一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，包括以下步骤：
3、步骤1).基于低轨机会信号多普勒观测模型，构建低轨机会信号多普勒差分观测模型；
4、步骤2).基于低轨机会信号多普勒差分观测模型特征，进行差分基线的优化设计与配置；
5、步骤3).基于优化配置后的差分基线，搭建顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分系统，进行共视卫星历元筛选；
6、步骤4).基于筛选的共视卫星历元，获得多普勒差分修正量，构建多普勒差分修正模型；
7、步骤5).流动站利用多普勒差分修正模型，进行用户本地位置解算，从而完成低轨机会信号多普勒差分定位。
8、进一步，所述步骤1)中，基于低轨机会信号多普勒观测模型，具体包括：
9、基准站与流动站分别接收低轨卫星发射的机会信号，令r、b分别表示流动站与基准站，流动站与基准站的多普勒观测模型表达式为：
10、
11、
12、其中，λ为信号载波波长，分别为流动站与基准站的机会信号多普勒频移观测量，vs为所观测低轨卫星速度矢量，rs与rr、rb分别为所观测低轨卫星与流动站、基准站的位置矢量；与分别为所观测低轨卫星与流动站、基准站的钟漂，与分别为流动站的电离层延迟与对流层延迟，与分别为基准站的电离层延迟与对流层延迟，为流动站的观测噪声以及其他误差因素，为基准站的观测噪声以及其他误差因素，c为光速，k为观测历元。
13、进一步，所述步骤1)中，构建低轨机会信号多普勒差分观测模型，具体包括：
14、流动站与基准站的多普勒差分观测模型由公式(1)减公式(2)得到，表示为：
15、
16、其中，为基准站与流动站的钟漂差分值，与为基准站与流动站的电离层延迟与对流层延迟差分值，为多普勒差分观测模型的观测噪声。
17、进一步，所述步骤2)具体包括，根据低轨机会信号多普勒差分观测模型特征，进行差分基线的长度优化设计与配置，具体方法如下：
18、
19、其中，基准站与流动站的钟漂差分值与本地接收机直接相关，而基准站与流动站的电离层延迟差分值与对流层延迟差分值涉及两站之间的时空相关性，即：两站点所对应的大气层穿刺点距离远近。可知，两站穿刺点距离越近对应时空相关性越强，差分修正效果越好。
20、站点对应大气层穿刺点的经度与纬度λipp计算公式为：
21、
22、其中，为站点的经纬度，az为站点所观测低轨卫星的方位角，α为低轨卫星与站点地心夹角，表示为：
23、
24、其中，el为基准站所观测低轨卫星的仰角，hatm为大气层高度，re为地球半径；由公式(5)和(6)可知，站点对应大气穿刺点位置与站点位置直接相关，h为站点海拔高度。那么，基准站与流动站穿刺点距离与两站间空间位置分布距离直接相关，同时二者之间的比值等于低轨卫星高度hleo与大气层高度hatm之差和低轨卫星轨道高度hleo的比值。
25、因此，对基准站、流动站穿刺点距离的约束，转换为对差分基线长度的约束：
26、
27、其中，与分别为基准站、流动站穿刺点经纬度对应的空间位置，与分别为基准站、流动站经纬度对应的空间位置；进而对基线进行权衡性的优化约束，具体为：
28、
29、其中，argminf(·)为满足差分服务范围、定位精度用户需求约束下的站间穿刺点距离最小值。
30、进一步，所述步骤2)还包括，跟据低轨机会信号多普勒差分观测模型特征，进行差分基线的矢量方向的优化设计与配置，具体方法如下：
31、低轨卫星运动矢量在基准站和流动站各自的星地视线上的投影具有一致性，从而优化差分效果：
32、
33、其中，lr、lb分别为流动站与基准站的星地视线矢量，lr,b为差分基线的方向矢量；由公式(9)可知，差分基线的矢量方向遵循以下约束，即：令最小，要求差分基线方向lr,b垂直于低轨卫星飞行轨迹方向vs。
34、进一步，所述步骤3)中基于优化配置后的差分基线，搭建顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分系统，进行共视卫星历元筛选，具体方法如下：
35、依据差分基线优化参数，筛选/布设合适的基准站、流动站空间地理位置，组合搭建顾及差分基线考虑的低轨机会信号多普勒差分系统；基准站观测到的多普勒观测量发送至流动站，流动站根据基准站与流动站各自的多普勒观测量，进行共视卫星历元的匹配与筛选；首先根据基准站与流动站的多普勒观测量的卫星索引信息与时间戳信息，匹配出共视卫星历元，即：在小于某一阈值的时间窗口内，基准站与流动站对同一颗低轨卫星的多普勒观测历元；对匹配成功的共视卫星历元进行优化筛选，位于流动站天顶方向的主轨道低轨卫星历元保留，位于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤1)中，所述低轨机会信号多普勒观测模型为：
3.根据权利要求2所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤1)中基于低轨机会信号多普勒观测模型，构建低轨机会信号多普勒差分观测模型，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤2)中根据低轨机会信号多普勒差分观测模型特征，进行差分基线长度的优化设计与配置，具体为：
5.根据权利要求3所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤2)根据低轨机会信号多普勒差分观测模型特征，进行差分基线矢量方向的优化设计与配置，具体方法如下：
6.根据权利要求5所述一种的顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤3)中基于优化配置后的差分基线，搭建顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分系统，进行共
7.根据权利要求6所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤4)基于筛选的共视卫星历元，获得多普勒差分修正量为：
8.根据权利要求7所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤4)构建多普勒差分修正模型具体包括：
9.根据权利要求1所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤5)流动站利用多普勒差分修正模型，进行本地位置解算，具体包括：
10.根据权利要求9所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，进一步地，
...【技术特征摘要】
1.一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤1)中，所述低轨机会信号多普勒观测模型为：
3.根据权利要求2所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤1)中基于低轨机会信号多普勒观测模型，构建低轨机会信号多普勒差分观测模型，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤2)中根据低轨机会信号多普勒差分观测模型特征，进行差分基线长度的优化设计与配置，具体为：
5.根据权利要求3所述的一种顾及基线优化的低轨机会信号多普勒差分定位方法，其特征在于，步骤2)根据低轨机会信号多普勒差分观测模型特征，进行差分基线矢量方向的优化设计与配置，具体...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞丹，纪明，陈潇，徐佳佳，毛鹏瑞，吴周，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。