一種北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法。利用北斗超寬巷載波相位組合整周模糊度確定準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)，先確定出兩組超寬巷載波相位組合的整周模糊度，并通過(guò)超寬巷載波相位組合的整周模糊度修正偽距初值。同時(shí)結(jié)合窄巷載波相位組合構(gòu)成“幾何無(wú)關(guān)消電離層”的載波相位觀測(cè)量，消除原始觀測(cè)量中軌道誤差、時(shí)鐘誤差、電離層誤差影響，使窄巷載波相位組合的整周模糊度解算僅受隨機(jī)測(cè)量噪聲影響。通過(guò)對(duì)多歷元的組合觀測(cè)量取平均值，消除隨機(jī)噪聲誤差，確定窄巷載波相位組合的整周模糊度。最后，通過(guò)解兩個(gè)超寬巷和一個(gè)窄巷載波相位組合整周模糊度構(gòu)成的線性方程組，最終確定B1、B2、B3三個(gè)頻率的載波相位整周模糊度。
【專利說(shuō)明】一種北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的迅速建設(shè)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)即將為全球范圍內(nèi)的用戶提供導(dǎo)航定位服務(wù)。北斗導(dǎo)航信號(hào)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是同時(shí)提供B1、B2、B3三個(gè)頻率的載波信號(hào)，目前，通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行高精度導(dǎo)航定位，主要采用接收機(jī)的Bl、B2、B3三個(gè)頻率載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)作為導(dǎo)航定位觀測(cè)量。然而，這三個(gè)頻率的載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)中均存在整周模糊度未知數(shù)需要解算，因此對(duì)Bl、B2、B3三個(gè)頻率上載波相位整周模糊度進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地確定，是實(shí)現(xiàn)北斗載波相位高精度導(dǎo)航定位的關(guān)鍵。
[0003]北斗導(dǎo)航信號(hào)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是同時(shí)提供Bl、B2、B3三個(gè)頻率的載波信號(hào)，通過(guò)對(duì)三個(gè)頻率的載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性組合，可以得到不同波長(zhǎng)特性的載波相位線性組合。這些載波相位線性組合根據(jù)波長(zhǎng)從大到小，可以分為超寬巷、寬巷、窄巷等線性組合。目前國(guó)內(nèi)外常用的三頻載波相位整周模糊度確定方法主要是無(wú)幾何模式解算，如針對(duì)Galileo系統(tǒng)的TCAR方法和針對(duì)GPS系統(tǒng)的CIR方法等，這些方法在實(shí)質(zhì)上是等價(jià)的，都是以bootstrapping算法為基礎(chǔ)，在消除幾何誤差影響的前提下，采用簡(jiǎn)單的四舍五入逐級(jí)取整方法，由超寬巷組合確定寬巷組合整周模糊度，再由寬巷組合確定窄巷組合整周模糊度，最終由超寬巷組合模糊度、寬巷組合模糊度、窄巷組合模糊度對(duì)Bl、B2、B3三個(gè)基本頻率上的整周模糊度進(jìn)行確定。
[0004]這種單純的無(wú)幾何模式逐級(jí)取整法具有一定的缺陷，即在以載波相位寬巷組合為初始值確定載波相位窄巷組合整周模糊度的這一步過(guò)程中，由于估算誤差接近1/2窄巷波長(zhǎng)，因此，在原始載波相位測(cè)量噪聲較大的情況下，極易導(dǎo)致窄巷組合模糊度的計(jì)算結(jié)果偏離真實(shí)值，進(jìn)而造成Bl、B2、B3頻率上載波相位整周模糊度的確定結(jié)果發(fā)生錯(cuò)誤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法。
[0006]本發(fā)明利用超寬巷組合測(cè)量精度較高的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)本發(fā)明提出的選取準(zhǔn)則，選取出特定的最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷、窄巷載波相位組合觀測(cè)值。在對(duì)窄巷載波相位組合的整周模糊度進(jìn)行估算的步驟中，本發(fā)明提出通過(guò)選取特定的系數(shù)將最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷、窄巷載波相位組合觀測(cè)值構(gòu)成“幾何無(wú)關(guān)且消電離層組合”。通過(guò)“幾何無(wú)關(guān)且消電離層組合”，消除原始觀測(cè)量中的軌道誤差、時(shí)鐘誤差、電離層誤差影響，使窄巷載波相位組合的整周模糊度估算僅受隨機(jī)測(cè)量噪聲影響。然后，通過(guò)對(duì)多歷元的窄巷載波相位整周模糊度的估算結(jié)果取平均值的方法，消除隨機(jī)噪聲誤差，得到準(zhǔn)確的窄巷載波相位整周模糊度。進(jìn)而提高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)B1、B2、B3三個(gè)頻率的載波相位整周模糊度確定的正確率。[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案包括:
[0008]一種北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，包括以下步驟:
[0009](1)根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)B1、B2、B3三個(gè)載波頻率的特點(diǎn)，對(duì)三個(gè)載波頻率的載波測(cè)量數(shù)據(jù)分別乘以不同的系數(shù)進(jìn)行線性組合，構(gòu)成載波相位組合觀測(cè)值，其中，所述不同的系數(shù)為滿足各系數(shù)之和為0的整數(shù)組合；然后在不同的載波線性組合中，按照組合波長(zhǎng)盡可能大且電離層系數(shù)盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)，選出最優(yōu)、次優(yōu)的兩組組合作為最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值，同時(shí)，按照組合波長(zhǎng)盡可能小且電離層系數(shù)也盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)，選出一組窄巷載波相位組合觀測(cè)值；
[0010](2)將步驟(1)中選出的最優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值與三個(gè)載波頻率的雙差偽距線性組合觀測(cè)值相減，然后對(duì)差值就近取整，確定出最優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度；
[0011](3)根據(jù)步驟(2)中確定的最優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度和最優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值計(jì)算出最優(yōu)超寬巷載波相位偽距，并據(jù)以更新接收機(jī)與導(dǎo)航衛(wèi)星間的偽距信息；
[0012](4)將步驟(1)中選出的次優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值與步驟(3)中更新后的偽距相減，然后對(duì)差值就近取整，確定出次優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度，并根據(jù)次優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值和次優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度計(jì)算出次優(yōu)超寬巷載波相位偽距；
[0013](5)根據(jù)步驟(2)和步驟(4)中解算出的最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷載波相位偽距，以及步驟(1)中選出的窄巷載波相位組合觀測(cè)值，對(duì)這三組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性組合，根據(jù)線性組合需具有幾何無(wú)關(guān)、消電離層誤差特點(diǎn)的原則，選取線性組合系數(shù)，構(gòu)成一組幾何無(wú)關(guān)且消電離層誤差的觀測(cè)組合；然后，通過(guò)該幾何無(wú)關(guān)且消電離層誤差觀測(cè)組合估算窄巷載波相位組合的整周模糊度；
[0014](6)重復(fù)執(zhí)行步驟(1)- (5)，對(duì)估算出的窄巷載波相位組合的整周模糊度求平均值，然后對(duì)平均值四舍五入取整，由此確定窄巷載波相位組合的整周模糊度；以及
[0015](7)根據(jù)步驟(2)、步驟(4)、以及步驟(6)確定的最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷、窄巷載波相位組合的整周模糊度，建立關(guān)于Bl、B2、B3三個(gè)頻率載波相位整周模糊度的三元一次方程組，通過(guò)解方程組最終確定出Bl、B2、B3三個(gè)頻率的載波相位整周模糊度。
[0016]優(yōu)選地，在步驟(1)中，
[0017]根據(jù)下面的公式確定組合波長(zhǎng)λ (i；J.k):
【權(quán)利要求】
1.一種北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)B1、B2、B3三個(gè)載波頻率的特點(diǎn)，對(duì)三個(gè)載波頻率的載波測(cè)量數(shù)據(jù)分別乘以不同的系數(shù)進(jìn)行線性組合，構(gòu)成載波相位組合觀測(cè)值，其中，所述不同的系數(shù)為滿足各系數(shù)之和為0的整數(shù)組合；然后在不同的載波線性組合中，按照組合波長(zhǎng)盡可能大且電離層系數(shù)盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)，選出最優(yōu)、次優(yōu)的兩組組合作為最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值，同時(shí)，按照組合波長(zhǎng)盡可能小且電離層系數(shù)也盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)，選出一組窄巷載波相位組合觀測(cè)值；(2)將步驟(1)中選出的最優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值與三個(gè)載波頻率的雙差偽距線性組合觀測(cè)值相減，然后對(duì)差值就近取整，確定出最優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度；(3)根據(jù)步驟(2)中確定的最優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度和最優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值計(jì)算出最優(yōu)超寬巷載波相位偽距，并據(jù)以更新接收機(jī)與導(dǎo)航衛(wèi)星間的偽距信息；(4)將步驟(1)中選出的次優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值與步驟(3)中更新后的偽距相減，然后對(duì)差值就近取整，確定出次優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度，并根據(jù)次優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值和次優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度計(jì)算出次優(yōu)超寬巷載波相位偽距；(5)根據(jù)步驟(2)和步驟(4)中解算出的最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷載波相位偽距，以及步驟(1)中選出的窄巷 載波相位組合觀測(cè)值，對(duì)這三組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性組合，根據(jù)線性組合需具有幾何無(wú)關(guān)、消電離層誤差特點(diǎn)的原則，選取線性組合系數(shù)，構(gòu)成一組幾何無(wú)關(guān)且消電離層誤差的觀測(cè)組合；然后，通過(guò)該幾何無(wú)關(guān)且消電離層誤差觀測(cè)組合估算窄巷載波相位組合的整周模糊度；(6)重復(fù)執(zhí)行步驟(1)-(5)，對(duì)估算出的窄巷載波相位組合的整周模糊度求平均值，然后對(duì)平均值四舍五入取整，由此確定窄巷載波相位組合的整周模糊度；以及(7 )根據(jù)步驟(2 )、步驟(4)、以及步驟(6 )確定的最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷、窄巷載波相位組合的整周模糊度，建立關(guān)于Bl、B2、B3三個(gè)頻率載波相位整周模糊度的三元一次方程組，通過(guò)解方程組最終確定出Bl、B2、B3三個(gè)頻率的載波相位整周模糊度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，所述步驟(1)中，根據(jù)下面的公式確定組合波長(zhǎng)λ aj.k):2 _ c __KKK_，{,'}'k)1.KK + J.+ k.根據(jù)下面的公式確定電離層系數(shù)β (uk):—7，J上式中，為組合頻率；i，j, k為任意選擇的滿足各系數(shù)之和為0的整數(shù)組合的三個(gè)系數(shù);λ λ 2，λ 3分別為Bl、B2、B3三個(gè)載波頻率的波長(zhǎng)；^, f2, f3分別為Bl、B2、B3三個(gè)載波頻率的頻率；C為光速；之后，任意選擇滿足各系數(shù)之和為0的整數(shù)組合的三個(gè)系數(shù)，根據(jù)上面的組合波長(zhǎng)和電離層系數(shù)公式，按照組合波長(zhǎng)盡可能大且電離層系數(shù)盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)，確定出的最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值分別為ΔΦ(0,-1,1)和ΔΦ(1，4，-5);同時(shí)，按照組合波長(zhǎng)盡可能小且電離層系數(shù)也盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)，確定出的窄巷載波相位組合觀測(cè)值為ΔΦ(5,-1,-3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，根據(jù)最優(yōu)超寬巷載波相位組合觀測(cè)值ΔΦ(0,-1,1)對(duì)應(yīng)地選出消除電離層誤差的雙差偽距線性組合系數(shù)為(0，1，1)，由此根據(jù)下面的公式確定出雙差偽距線性組合觀測(cè)值ΔΡ((0,1,1):
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，所述步驟(3)中，根據(jù)下面的公式計(jì)算最優(yōu)超寬巷載波相位偽距:ΔΦ (0,-1, 1)+ λ(0,-1,1).ΔN(0,-1, 1)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，所述步驟(4)中，通過(guò)下面的公式確定次優(yōu)超寬巷載波相位組合的整周模糊度:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，幾何無(wú)關(guān)且消電離層誤差的觀測(cè)組合公式如下:a.( Δ Φ(0,-1,1)+ Δ N(0,-1,1)) +b ( Δ Φ (1,4,-5)+ ΔN(1,4,-5))-ΔΦ(5，-1,-3)上式中，a，b為根據(jù)線性組合需具有幾何無(wú)關(guān)、消電離層誤差特點(diǎn)的原則、并結(jié)合下面的公式選取的線性組合系數(shù):
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，所述步驟(6)中，通過(guò)下面的求平均公式和取整公式確定窄巷載波相位組合的整周模糊度:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，所述步驟(7 )中，根據(jù)步驟(2 )、步驟(4 )和步驟(6 )確定的最優(yōu)超寬巷、次優(yōu)超寬巷、窄巷載波相位組合的整周模糊度ANm ΛΝ(1，4，_5)和八乂5，_1，_3)，建立關(guān)于則、82、83三個(gè)頻率的載波相位整周模糊度的三元一次方程組如下:
【文檔編號(hào)】G01S19/44GK103675874SQ201310713459
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】苗贏, 趙曉峰 申請(qǐng)人:北京遙測(cè)技術(shù)研究所, 航天長(zhǎng)征火箭技術(shù)有限公司