[发明专利]基于星间组合差分的精密单点定位方法

权利要求书

1.一种基于星间组合差分的精密单点定位方法，其特征在于：首先利用同一历元不同卫星之间的观测方程求差，组成星间一次差观测方程；然后在星间一次差的基础上，在相邻历元间的观测方程再求差，组成星间历元间二次差观测方程；最后以二次差方程求解的测站坐标与权阵作为卡尔曼滤波器的初始值，以星间一次差为函数解算模型，用自适应卡尔曼滤波的方法求解测站坐标和模糊度等参数，实现基于星间组合差分精密单点定位。

2.根据权利要求1所述的基于星间组合差分的精密单点定位方法，其特征在于该方法具体如下：

1)根据GPS接收机得到的观测文件，列出消电离层组合的GPS精密单点定位的观测方程：

①对于双频GPS接收机的观测值主要有C1、L1、L2、P2四类；其中L1、L2分别表示GPS卫星信号调制波L1、L2载波上的相位观测值，C1表示L1载波上的粗捕获码伪距观测值，P2分别表示L2载波上的精密测距码伪距观测值，GPS精密单点定位的观测方程为：

Lis(Φj)=ρs(i)-cdTs(i)+λjNjs(i)+dions(i)+dtrops(i)+dRelativitys(i)+des(i)+ϵs(i)]]>

上式中，表示第i历元卫星s在Lj载波上的载波相位观测值，j＝1，2；

ρ^s(i)表示第i历元测站与卫星s间的几何距离，即为信号发射时刻卫星在惯性系中的坐标与信号接收时刻测站在惯性系中的坐标间的距离；

dT^s(i)表示第i历元卫星s的卫星钟差与接收机钟差之差；

c表示光速，为常数；λ_j表示Lj载波的波长；

表示第i历元，卫星s的在Lj载波上的载波相位观测值的整周模糊度；

表示第i历元卫星s的对流层延迟改正，可以按有关公式进行改正或者作为未知参数；

表示第i历元卫星s的电离层延迟改正，可用无电离层模型改正；

表示第i历元卫星s的相对论效应改正，可按有关公式进行改正；

表示第i历元卫星s的地球自转影响改正，可按有关公式进行改正；

ε^s(i)表示第i历元卫星s的多路径效应及观测噪声等未模型化的误差影响；

②利用双频组合方法消除电离层误差影响，组合后的消电离层观测方程：

Lis(ΦIF)=f12·Lis(Φ1)-f1·f2·Lis(Φ2)f12-f22]]>

=ρs(i)-cdTs(i)+λIFNs(i)+dtrops(i)+dRelativitys(i)+des(i)+ϵs(i)]]>

其中，f₁、f₂分别表示GPS卫星信号调制波L1、L2载波的频率，λ_IF和N^s(i)分别表示双频组合后的波长与整周模糊度，公式中消除了电离层误差改正项；

(2)组成星间一次差观测方程

选取历元中高度角最大的卫星作为参考卫星，通过卫星与参考卫星之间求差得到星间一次差分的观测方程，其形式如下：

Li▿s(PIF)=Lis(PIF)-Lir(PIF)]]>

Li▿s(ΦIF)=Lis(ΦIF)-Lir(ΦIF)]]>

表示第i历元卫星s相对于参考卫星的无电离层伪距星间差分观测值；

表示第i历元中高度角最大的卫星r的无电离层伪距星间差分观测值；

表示第i历元卫星s相对于参考卫星的无电离层载波相位星间差分观测值；

表示第i历元中高度角最大的卫星r的无电离层载波相位星间差分观测值；

(3)组成星间历元间二次差观测方程

在基于星间一次差分的基础上再进行历元间求差。其观测方程如下：

LΔi▿s(ΦIF)=Li▿s(ΦIF)-Li-1▿s(ΦIF)]]>

其中，表示第i历元卫星s的无电离层载波相位历元间差分观测值；

利用星间历元间二次差观测方程，不必考虑接收机钟差和模糊度的影响，运算量小，线性化后即可快速求解各个未知参数，包括测站坐标和观测量之间的权阵，由于二次差存在较强的相关性，不能作为最终解算结果，但可以作为一次差观测方程中的初始值，这样即可达到提高精度与快速收敛的目的；

(4)以二次解算得到的测站坐标与权阵作为卡尔曼滤波器的初始值，以星间一次差为模型求解测站坐标和模糊度等参数；

基于星间一次差分的PPP模型的具体形式如下：

Li▿s(PIF)=Lis(PIF)-Lir(PIF)]]>

=(ρs(i)-ρr(i))+(dtrops(i)-dtropr(i))+(dRelativitys(i)-dRelativityr(i))]]>

将层组合模糊度及对流层天顶延迟参数视为未知数，分别将上述两个方程在测站近似位置x_r0处线性化，保留一阶项，即可得到常规误差方程矩阵形式：V＝Ax-l；其中，V为观测值残差向量；A为设计矩阵；x为未知数向量；l为常数向量；

此时一次差的坐标待估参数初始值及其观测值权矩阵P的初始值均由二次差模型求得，最后，按最小二乘平差方法结合自适应卡尔曼滤波方法即可求解测站坐标未知参数数，实现基于星间组合差分的GPS精密单点定位。