[发明专利]卫星导航定位中三频码波伪距和载波相位的组合方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航定位技术领域，是导航定位中的载波测量方法，尤其是卫星导航中三频码波伪距和载波相位的组合方法。

背景技术

在全球导航卫星系统(GNSS)中，由于卫星时钟、接收机时钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值，将实际测定的距离称为伪距。用码波测量可以高动态测距，但精度不高，接收终端只能实现1-10米量级的伪距测量精度。由于载波的波长比测距码波长要短得多，因此，利用载波测量技术可以实现高精度的导航定位。载波相位观测无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，存在整周不确定性问题，通常求解整周模糊度的时间很长(几小时，几天甚至更长)。在实时处理两个测站的载波相位基础上，实时动态测量(RTK)技术应运而生。RTK定位技术的基本原理是基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GNSS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。该定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站在指定坐标系中的三维定位结果，并达到分米级精度。但该技术只能局限于在某个区域内使用，一般应用区域约为15-20公里左右。

载波测量中整周模糊度的快速求解一直是国内外GNSS专家研究的难点和热点，并出现了诸如双频伪距法、模糊度函数法、最小二乘搜索法、模糊度协方差阵法等求解整周模糊度的方法。双频伪距法是通过两个载波频率的物理组合实现模糊度求解，原理简易，易于应用。另几种求整周模糊度的方法是一种算法，多是从数学算法加以改进的方法，求解速度很慢。

采用载波相位与码波伪距组合来求解载波测量中的整周数，对双频系统而言，两个载波频率“加”“减”构成的“窄巷”和“宽巷”组合虽然可以实现电离层的完全消除，但是确定“窄巷”的载波测量整周模糊度时，消耗的时间长达几十分钟，造成载波相位测量的实时性较差，不能满足高动态定位的需要。在接收机跟踪导航卫星进行观测过程中，对于可能产生的整周跳变现象，恢复也很慢。这都将使数据处理复杂化，该方法难以适应高动态应用。

Hatch(1996)和Harris(1997)初步探讨了在三频卫星导航系统中利用码波伪距和载波相位结合求解整周模糊度的方法。1999年，美国宣布在GPS新型工作卫星上将增设第3个民用信号。近年来，三频码波伪距和载波相位组合的研究成为GNSS载波测量技术发展的新前沿。目前的三频组合只局限于无一阶电离层影响组合，可用的组合非常少。组合的最大弱点是噪声在组合中被放大，要抑制噪声，就只有依靠长时间积分才能实现，严重限制了系统的高动态应用。因此，广域内高动态、高精度的载波测量方法是当今卫星导航定位中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，公开一种卫星导航中三频码波伪距和载波相位的组合方法，在卫星导航中适用于三频卫星导航系统中三个载波频率的选取，按照电离层影响比较接近、能够快速求解整周模糊度、能够快速降低电离层的延迟误差等原则选择组合系数构造“正”组合、“负”组合和双“正”组合载波，以实现广域、高动态、高精度、无需差分支持的导航定位。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种卫星导航定位中三频码波伪距和载波相位的组合方法，适用于广域、高动态、高精度、无需差分支持的导航定位；其包括以下步骤：

a.终端设备接收导航卫星下行的三个码波伪距和载波相位；

b.在接收终端内部按电离层影响接近、求解整周模糊度时间短的原则选择组合系数，得到码波组合伪距和载波组合相位；根据电离层影响的“正”、“负”来定义“正”组合和“负”组合；

c.利用b)步中得到的“正”组合或“负”组合快速求解整周模糊度；

d.在接收终端内部，根据能快速降低电离层延迟误差的原则选用组合系数构建双“正”组合载波，采用该双“正”组合快速消除星地距离中的电离层影响；

e.利用c)步和d)步得到的已经消除电离层影响的四个(含)以上伪距观测方程，解算接收终端的真实位置。

所述的方法，其所述a)步中，用于三频卫星导航系统中三个载波频率的选取，该三个载波频率需较均匀分布，可以快速降低电离层的延迟误差。

所述的方法，其所述b)步中，“正”组合或“负”组合中组合码波和组合载波的电离层影响比较接近、求解整周模糊度的时间短，提高系统的高动态性能。

所述的方法，其所述d)步中，双“正”组合载波能够快速消除星地距离中的电离层影响。