一種基于gnss觀測量的定位方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及GNSS (全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)）技術領域，更具體地說，涉及一種基于GNSS 觀測量的定位方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] GNSS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)）的載波相位信號測量精度可達毫米量級，其中大氣折 射為主要誤差來源之一，尤其是由于水汽引起的延遲，難以用模型來進行描述。目前，高精 度GNSS定位方法中，主要將大氣延遲量作為未知數(shù)，利用GNSS載波相位觀測量來直接估計 大氣延遲。但是這種方法的主要缺點在于，估計大氣延遲的時間需要較長。這樣使得GNSS 實時定位方法（RTK)受到制約，基線長度不能太長。
[0003] 因此，亟待提供一種定位方法能夠快速對大氣延遲進行估值，并保證最終定位的 準確性。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有基于GNSS的定位方法耗時長的缺陷，提 供了一種簡單易行的基于GNSS觀測量的定位方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于GNSS觀測量的定位 方法，包括以下步驟：
[0006] S1、基于GNSS觀測量方程采用最小二乘法求解位置矢量及殘差矢量；
[0007] S2、確定所述步驟S1得到的殘差矢量中大氣折射誤差之外的誤差矢量的殘差平 方和，并令該殘差平方和取極小求解垂直方向的大氣延遲；
[0008] S3、將步驟S2求得的垂直方向的大氣延遲代入GNSS觀測量方程求得修正的GNSS 觀測量，并基于該修正的GNSS觀測量使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。
[0009] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位方法中，所述步驟S1中通過以下公 式求解位置矢量：
[0010]
[0011] 其中，A為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣，由衛(wèi)星位置坐標和接收機初始坐標決定；L為GNSS觀 測量；
[0012] 所述步驟S1中通過以下公式求解殘差矢量：
[0013]
[0014] 其中，Μ(α )為與衛(wèi)星天頂角α有關的大氣映射函數(shù)矢量；Vt為垂直方向的大氣 延遲；e是GNSS觀測量的所有其他誤差矢量；H = A (ATA) V。
[0015] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位方法中，所述步驟S2中通過以下公 式求解垂直方向的大氣延遲V t:
[0016]
[0017] 其中，t為殘差矢量；Μ(α)為與衛(wèi)星天頂角α有關的大氣映射函數(shù)矢量；Η = A(ATA) V。
[0018] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位方法中，所述步驟S3中通過以下公 式求得修正的GNSS觀測量 ：
[0019] Lc = AX = L-M ( a ) Vt= L 〇+e ；
[0020] 其中，A為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣，L為GNSS觀測量，M(d)為與衛(wèi)星天頂角α有關的大 氣映射函數(shù)矢量；V t為垂直方向的大氣延遲。
[0021] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位方法中，所述步驟S3中通過以下公 式求解修正的位置矢量：
[0022] . ?
[0023] 其中，Α為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣；Lc為修正的GNSS觀測量。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種基于GNSS觀測量的定位系統(tǒng)，包括：
[0025] 模型建立單元，用于基于GNSS觀測量方程采用最小二乘法求解位置矢量及殘差 矢量；
[0026] 大氣延遲計算單元，確定模型建立單元得到的殘差矢量中大氣折射誤差之外的誤 差矢量的殘差平方和，并令該殘差平方和取極小求解垂直方向的大氣延遲；
[0027] 位置修正單元，用于將所述垂直方向的大氣延遲代入GNSS觀測量方程求得修正 的GNSS觀測量，并基于該修正的GNSS觀測量使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。
[0028] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位系統(tǒng)中，所述模型建立單元通過以 下公式求解位置矢量：
[0029]
[0030] 其中，A為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣，由衛(wèi)星位置坐標和接收機初始坐標決定；L為GNSS觀 測量；
[0031] 所述步驟S1中通過以下公式求解殘差矢量：
[0032]
[0033] 其中，M( a )為與衛(wèi)星天頂角a有關的大氣映射函數(shù)矢量；Vt為垂直方向的大氣 延遲；e是GNSS觀測量的所有其他誤差矢量；H = A (ATA) V。
[0034] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位系統(tǒng)中，所述大氣延遲計算單元通 過以下公式求解垂直方向的大氣延遲V t:
[0035]
[0036] 其中，f為殘差矢量；M( a)為與衛(wèi)星天頂角a有關的大氣映射函數(shù)矢量；Η = Α(ΑΤΑ) V。
[0037] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位系統(tǒng)中，所述位置修正單元通過以 下公式求得修正的GNSS觀測量：
[0038] Lc = AX = L-M ( a ) Vt= L 〇+e ；
[0039] 其中，A為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣，L為GNSS觀測量，Μ(α)為與衛(wèi)星天頂角a有關的大 氣映射函數(shù)矢量；V t為垂直方向的大氣延遲。
[0040] 在根據(jù)本發(fā)明所述的基于GNSS觀測量的定位系統(tǒng)中，所述位置修正單元通過以 下公式求解修正的位置矢量：
[0041]
[0042] 其中，A為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣；Lc為修正的GNSS觀測量。
[0043] 實施本發(fā)明的基于GNSS觀測量的定位方法和系統(tǒng)，具有以下有益效果：本發(fā)明通 過最小二乘法求解位置矢量和殘差矢量，并將其中所有其他誤差的殘差平方和取極小求得 大氣延遲的估計值，再利用最小二乘法重新獲得修正的位置矢量，其計算簡單準確，解決了 大氣折射的實時估計問題，提高了 GNSS定位的定位精度以及模糊度的收斂速度。
【附圖說明】
[0044] 下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0045] 圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的基于GNSS觀測量的定位方法的流程圖；
[0046] 圖2為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的基于GNSS觀測量的定位系統(tǒng)的模塊圖。
【具體實施方式】
[0047] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0048] 請參閱圖1，為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的基于GNSS觀測量的定位方法的流程圖， 如圖1所示，該實施例提供的基于GNSS觀測量的定位方法包括以下步驟：
[0049] 本發(fā)明以GNSS觀測量方程為基礎。該GNSS觀測量方程為：
[0050] AX+M( a ) Vt= L = L 〇+e ； (1)
[0051] 式中A為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣，由衛(wèi)星位置坐標和接收機初始坐標決定。X為接收機 的位置矢量，L為GNSS觀測量（例如偽距或載波相位），其中L。為無誤差觀測量。M( a) 1為大氣折射誤差，式中M(a)是與衛(wèi)星天頂角a有關的大氣映射函數(shù)矢量:M(a)= (m( a J，m( a 2)，…，m( a n) )T，m( a J為第i個衛(wèi)星觀測量的大氣映射函數(shù)，與該衛(wèi)星的天 頂角a i有關。Vt是垂直方向的大氣延遲值。e是GNSS觀測量的所有其他誤差矢量。
[0052] 其中，矩陣A的系數(shù)中的衛(wèi)星位置坐標可以由GNSS衛(wèi)星發(fā)布的衛(wèi)星星歷計算。 GNSS觀測量L為線性化的觀測量，可以由GNSS接收機測量后根據(jù)GNSS接收機的初始位置 計算得到。
[0053] 因此，在步驟S1中，基于GNSS觀測量方程采用最小二乘法求解位置矢量及殘差矢 量。
[0054] 首先，利用衛(wèi)星坐標和初始接收機位置建立上述線性化的GNSS觀測量方程，即公 式⑴；
[0055] 隨后，采用最小二乘法，可以得到位置矢量X和殘差矢量
[0056]
(2)
[0057] 其中，A為衛(wèi)星的系數(shù)矩陣，由衛(wèi)星位置坐標和接收機初始坐標決定；L為GNSS觀 測量。
[0058]
(3)
[0059] 其中，Μ(α)為與衛(wèi)星天頂角α有關的大氣映射函數(shù)矢量；Vt為垂直方向的大氣 延遲；e是GNSS觀測量的所有其他誤差矢量；Η = A(ATA) Y。
[0060] 隨后，在步驟S2中，確定所述步驟S1得到的殘差矢量中大氣折射誤差之外的誤差 矢量的殘差平方和，并令該殘差平方和取極小求解垂直方向的大氣延遲。其中，所述大氣折 射誤差之外的誤差矢量是指GNSS觀測量的誤差中除了大氣折射誤差外的所有其它誤差矢 量。
[0061] 具體地，其中（3)式的殘差矢量中除了大氣折射誤差之外的所有其它誤差矢量的 殘差部分為：
[0062]
(4)
[0063] 由其引起的殘差平方和為： 「00641
， (5)
[0065] 讓f|%:取極小，即使：
[0067] 從而可以得出：[0068]
[0066] KO )
, (7)
[0069] 通過公式變換可以得出，步驟S2中可直接通過以下公式求解垂直方向的大氣延 遲Vt:
[0070]
(8) LUU/1」共ψ, V刀戲左大星；ivua )為與衛(wèi)星天頂