一種消除導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)介質(zhì)延時的方法
【專利說明】一種消除導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)介質(zhì)延時的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種消除導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)介質(zhì)延時的 方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 自從蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射，美國人觀測到衛(wèi)星信號的多普勒頻移，并且利用 多普勒頻移進行衛(wèi)星軌道的測量。不久美國人就提出利用衛(wèi)星進行導(dǎo)航定位，這樣就在美 國和蘇聯(lián)發(fā)展了第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。第一代導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)量少，衛(wèi)星軌道低，定位精度 差，而且每次只能觀測到一顆衛(wèi)星。當時衛(wèi)星信號的頻段相對較低，電離層延時誤差不能忽 略，為消除電離層延時帶來的誤差開發(fā)了雙頻消除電離層誤差的方法。此后美國開發(fā)GPS 第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。完全建成且正常運行的有美國 的GPS俄羅斯的GLONASS;中國的北斗二代已經(jīng)具備區(qū)域?qū)Ш侥芰Γ壳罢谘a發(fā)衛(wèi)星向 全球?qū)Ш较到y(tǒng)邁進；歐洲的伽利略系統(tǒng)正在組建中；印度和日本計劃建立區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)。各衛(wèi)星定位系統(tǒng)存在競爭關(guān)系，都在努力提高衛(wèi)星定位精度。目前單GPS系統(tǒng)廣播星 歷精度幾乎全部降到2m以內(nèi)，鐘差對測距的影響也在2m之內(nèi)。這時利用單頻C/A碼定位 的接收機大氣層和電離層延時是導(dǎo)致定位誤差的重要因素。同時衛(wèi)星的數(shù)量也不是剛建成 時的24顆目前有32顆衛(wèi)星，在地面上可見衛(wèi)星的數(shù)已經(jīng)遠遠超過4顆，這為利用更多衛(wèi)星 定位解算成為可能。
[0003] 消除電離層和大氣層延時誤差常見的做法有以下幾種：利用電離層模型 (Klobuchar模型）消除電離層誤差；利用雙頻接收機消除電離層誤差；對流層延時利用氣 象數(shù)據(jù)消除。其中電離層模型法消除效果不是很理想，雙頻接收機和采集氣象數(shù)據(jù)都需要 增加成本。目前導(dǎo)航型接收機極少進行電離層和對流層延時誤差修正，而這兩項已經(jīng)是影 響定位精度的重要因素。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種消除導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)介質(zhì)延時的 方法，該方法可以明顯提高定位解算精度。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0006] -種消除導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)介質(zhì)延時的方法，包括以下步驟：
[0007] 1)利用導(dǎo)航電文解算信號發(fā)送時刻衛(wèi)星位置；
[0008] 2)利用衛(wèi)星位置和經(jīng)衛(wèi)星鐘差修正的偽距解算出測站位置和接收機鐘差；進行 衛(wèi)星導(dǎo)航定位解算，通過同時觀測到4顆衛(wèi)星建立四個方程，進行求解：
[0009]
[0010] 其中，i = 1 ~4, P 為偽距，XSat、YSat、Zsat為衛(wèi)星位置，XUser、Y User、Zuser為測站位 置，C為真空中光速，A t。為接收機鐘差；
[0011] 3)利用上述方程解算的結(jié)果計算衛(wèi)星仰角A ;
[0012] 4)設(shè)天頂延時為L，衛(wèi)星仰角為A的衛(wèi)星信號延時為L/sin (A)，利用i顆衛(wèi)星的觀 測數(shù)據(jù)建立i個方程，i = l~n，n彡5:
[0013]
[0014] 解該方程得到測站位置。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0016] -種導(dǎo)航型接收機提高定位精度的計算方法，可應(yīng)用在導(dǎo)航型接收機最后位置解 算處理中，該方法對產(chǎn)生信號延時的介質(zhì)進行了水平均勻性假設(shè)，在水平均勻性假設(shè)下建 立了相關(guān)方程，同過解該方程可以明顯提高定位解算精度。與沒有采用介質(zhì)延時的算法相 比，本發(fā)明算法嵌入到導(dǎo)航型接收機可以明顯提高導(dǎo)航精度，如果該算法首先嵌入到北斗 導(dǎo)航型接收機，可以趕超GPS。 【【附圖說明】】
[0017] 圖1是本發(fā)明實際處理的效果圖。 【【具體實施方式】】
[0018] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明：
[0019] 本發(fā)明通過引入第五參數(shù)法消除電離層和對流層延時。
[0020] 衛(wèi)星定位一般包括以下幾步：
[0021] -、利用導(dǎo)航電文解算信號發(fā)送時刻衛(wèi)星位置；
[0022] 二、利用衛(wèi)星位置和經(jīng)衛(wèi)星鐘差修正的偽距解算觀測站坐標。
[0023] 由于接收機存在鐘差，衛(wèi)星導(dǎo)航定位解算中，一般要求至少同時觀測到4顆衛(wèi)星 建立四個方程（i = 1~4):
[0024]
[0025] 式中，P為偽距，XSat、YSat、Zsat為衛(wèi)星位置，X UsCT、YUsCT、Zuser為測站位置，c為真空 中光速，At。為接收機鐘差。利用上述方程解算出測站位置和接收機鐘差，當超過4顆衛(wèi)星 時使用最小二乘法解算。該計算方法沒有考慮對流層和電離層延時帶來的誤差，這種誤差 目前必須考慮。
[0026] 為克服對流層和電離層延時誤差，假設(shè)電離層和對流層是水平均勻的。這樣延時 只與仰角有關(guān)，這里假設(shè)為簡單的三角關(guān)系，設(shè)天頂延時為L，這時仰角為A的衛(wèi)星信號延 時為L/sin(A)，衛(wèi)星仰角可以利用前面的結(jié)果解算。利用5顆衛(wèi)星的個觀測數(shù)據(jù)建立5個 方程（i = 1~5):
[0027]
[0028] 目前實際同時觀測到的衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)遠不止5顆，利用最小二乘法解該方程可以消 除大部分介質(zhì)延時，明顯提高定位精度。本算法需要同時觀測到5顆衛(wèi)星，衛(wèi)星數(shù)要求高， 這一條件近些年才滿足，衛(wèi)星定位出現(xiàn)的早期，如果采用該方法成本就難以承受，在GPS建 設(shè)初期為減少成本曾經(jīng)壓縮衛(wèi)星數(shù)量，當衛(wèi)星定位系統(tǒng)的巨大效益展現(xiàn)后，才不斷補充衛(wèi) 星提高系統(tǒng)可靠性，也為利用該算法提供了可能性。
[0029] 圖1是本發(fā)明處理效果圖。數(shù)據(jù)來源為IGS站點北京房山站2015年1月20日數(shù) 據(jù)，實線是沒有使用本算法前偏差情況，平均偏離約20米，虛線是利用該算法后的情況，平 均偏離約10米，可以看出該算法可以明顯提高定位精度。
【主權(quán)項】
1. 一種消除導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)介質(zhì)延時的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 利用導(dǎo)航電文解算信號發(fā)送時刻衛(wèi)星位置； 2) 利用衛(wèi)星位置和經(jīng)衛(wèi)星鐘差修正的偽距解算出測站位置和接收機鐘差；進行衛(wèi)星 導(dǎo)航定位解算，通過同時觀測到4顆衛(wèi)星建立四個方程，進行求解：其中，i = 1~4, P為偽距，XSat、YSat、Zsat為衛(wèi)星位置，X UsCT、YUsCT、Zusct為測站位置，c 為真空中光速，At。為接收機鐘差； 3) 利用上述方程解算的結(jié)果計算衛(wèi)星仰角A ; 4) 設(shè)天頂延時為L，衛(wèi)星仰角為A的衛(wèi)星信號延時為L/sin (A)，利用i顆衛(wèi)星的觀測數(shù) 據(jù)建立i個方程，i = l~n，n彡5:解該方程得到測站位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種消除導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)介質(zhì)延時的方法，包括以下步驟：1)利用導(dǎo)航電文解算信號發(fā)送時刻衛(wèi)星位置；2)利用衛(wèi)星位置和經(jīng)衛(wèi)星鐘差修正的偽距解算出測站位置和接收機鐘差；3)利用上述方程解算的結(jié)果計算衛(wèi)星仰角A；4)設(shè)天頂延時為L，衛(wèi)星仰角為A的衛(wèi)星信號延時為L/sin(A)，利用至少5顆衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)建立至少5個方程，利用有關(guān)方法解該方程得到測站位置。本發(fā)明算法可以消除絕大多數(shù)對流層延時，同時消除電離層延時水平均勻的部分明顯提高單頻接收機精度。
【IPC分類】G01S19/40
【公開號】CN105137461
【申請?zhí)枴緾N201510555510
【發(fā)明人】趙樂至, 劉勇, 魏旭, 郝子龍, 王慶鎮(zhèn)
【申請人】中國人民解放軍63655部隊
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月1日