[发明专利]一种高低频误差分流预测的无延时亚米级差分定位方法

权利要求书

1.一种高低频误差分流预测的无延时亚米级差分定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，使用标准单点定位模型，分离出参考站接收机钟差，并根据参考站精确的坐标反演低频误差，所述低频误差包括对流层延迟、电离层延迟、卫星的轨道误差及卫星钟差误差；

然后，由于低频误差在短时间内变化不明显，将所述低频误差作为未来几分钟内的预测误差，将分离出来的低频误差作为预报信息发送给终端用户；

最后，终端用户进行单点定位模型的解算时，从参考站接收的预报信息用来消除终端用户定位模型中的低频误差。

2.根据权利要求1所述的一种高低频误差分流预测的无延时亚米级差分定位方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤(1)，单个参考站连续采集卫星观测数据，并进行实时数据预处理；其中所述卫星观测数据包括卫星L1、L2载波相位观测值和C1、P2伪距观测值；

步骤(2)，使用标准单点定位模型，计算参考站接收机钟差：

(21)，若当前时刻为t，令t₁＝t-t₀，t₀取10～100秒之间的任意值，则t₁时刻参考站对i卫星的伪距观测方程为：

$P_B^i\left(t_1\right)={\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)+c\·{\mathrm{\δt}}_B\left(t_1\right)-c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)-c\·{\mathrm{dt}}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{trop}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{ion}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{orbit}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{others}^i\left(t_1\right)---\left(1\right)$

其中：为t₁时刻参考站对i卫星的伪距观测值；为t₁时刻参考站对i卫星的几何距离；δt_B(t₁)为t₁时刻参考站接收机钟差；δtⁱ(t₁)为t₁时刻i卫星的卫星钟差；dtⁱ(t₁)为t₁时刻i卫星的卫星钟差误差；为t₁时刻i卫星的对流层延迟；为t₁时刻i卫星的电离层延迟；为t₁时刻i卫星的轨道误差；为t₁时刻的其他误差；c为光速；

(22)，假设参考站接收到n颗卫星，则得到所述参考站对n颗卫星的伪距观测方程，然后构造t₁时刻参考站单点定位模型的误差方程：

V_B(t₁)＝B_B(t₁)X_B(t₁)-L_B(t₁) (2)

其中：

$\begin{array}{cc}{V}_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{c}{V}_B^1\left(t_1\right)\\ V_B^2\left(t_1\right)\\ .\\ .\\ .\\ V_B^n\left(t_1\right)\end{array}\right]& B_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{cccc}{l}_B^1\left(t_1\right)& m_B^1\left(t_1\right)& n_B^1\left(t_1\right)& -1\\ l_B^2\left(t_1\right)& m_B^2\left(t_1\right)& n_B^2\left(t_1\right)& -1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ l_B^n\left(t_1\right)& m_B^n\left(t_1\right)& n_B^n\left(t_1\right)& -1\end{array}\right]\end{array}$

$\begin{array}{cc}{X}_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{x}_B\left(t_1\right)\\ \mathrm{\δ}{y}_B\left(t_1\right)\\ \mathrm{\δ}{z}_B\left(t_1\right)\\ \mathrm{\δ}{t}_B\left(t_1\right)\end{array}\right]& L_B\left(t_1\right)=\left[\begin{array}{c}{L}_B^1\left(t_1\right)\\ L_B^2\left(t_1\right)\\ .\\ .\\ .\\ L_B^n\left(t_1\right)\end{array}\right]\end{array}$

若参考站坐标为(X_B,Y_B,Z_B)，对于t₁时刻坐标为(Xⁱ(t₁),Yⁱ(t₁),Zⁱ(t₁))的第i颗卫星：

$\begin{array}{ccc}{l}_B^i\left(t_1\right)=\frac{X_B-X^i\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)}& m_B^i\left(t_1\right)=\frac{Y_B-Y^i\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)}& n_B^i\left(t_1\right)=\frac{Z_B-Z^i\left(t_i\right)}{{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)}\end{array}$

$L_B^i\left(t_1\right)=P_B^i\left(t_1\right)-{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)$

其中，为t₁时刻参考站对i卫星的几何距离；使用最小二乘估计准则对所述t₁时刻参考站单点定位模型的误差方程求解，可得：

${\hat{X}}_B\left(t_1\right)={\left(B_B^T\right(t_1\left)P_B\right(t_1\left)B_B\right(t_1\left)\right)}^{-1}{B}_B^T\left(t_1\right)P_B\left(t_1\right)L_B\left(t_1\right)---\left(3\right)$

其中，权阵P_B(t₁)为：

其中，(δx_B(t₁),δy_B(t₁),δz_B(t₁))为参考站单点定位坐标改正数，其估值为δt_B(t₁)为t₁时刻终端接收机钟差，其估值为为t₁时刻卫星i相对于参考站B的高度角；

(3)根据t₁时刻的参考站观测数据，反演得到t₁时刻的参考站低频误差dLⁱ_B(t₁)，所述低频误差包括卫星的对流层延迟电离层延迟卫星的轨道误差卫星钟差误差dtⁱ(t₁)以及其他误差其中：

$\begin{array}{c}{\mathrm{dL}}_B^i\left(t\right)=-c\·{\mathrm{dt}}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{trop}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{ion}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{orbit}^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ}}_{others}^i\left(t_1\right)\\ =P_B^i\left(t_1\right)-{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)-c\·\mathrm{\δ}{\hat{t}}_B\left(t_1\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)\end{array}---\left(4\right)$

将t₁时刻的参考站低频误差作为预报信息发送至终端用户，所述作为终端用户在t时刻对i卫星观测值的低频误差计算值

(4)终端用户的单点定位：

假设用户接收到m颗卫星，且n≥m，即终端用户接收到的卫星，参考站也能保证接收到；

(41)，构造终端用户单点定位模型：t时刻终端用户对i卫星的伪距观测方程为：

$P_r^i\left(t\right)={\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)+c\·{\mathrm{\δt}}_r\left(t\right)-c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t\right)-c\·{\mathrm{dt}}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{trop}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{ion}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{orbit}^i\left(t\right)+{\mathrm{\δ}}_{others}^i\left(t\right)$

其中：为t时刻终端用户对i卫星的伪距观测值；为t时刻终端用户对i卫星的几何距离；δt_r(t)为t时刻终端用户接收机钟差；δtⁱ(t)为t时刻i卫星的卫星钟差；dtⁱ(t)为t时刻i卫星的卫星钟差误差；为t时刻i卫星的对流层延迟；为t时刻i卫星的电离层延迟；为t时刻i卫星的轨道误差；为t时刻的其他误差；c为光速；

(42)，根据所述步骤(41)得到t时刻终端用户对所述m颗卫星的伪距观测方程，构造t时刻终端用户单点定位模型的误差方程为：

V_r(t)＝B_r(t)X_r(t)-L_r(t) (5)

其中：

$\begin{array}{cc}{V}_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{V}_r^1\left(t\right)\\ V_r^2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ V_r^m\left(t\right)\end{array}\right]& B_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{cccc}{l}_r^1\left(t\right)& m_r^1\left(t\right)& n_r^1\left(t\right)& -1\\ l_r^2\left(t\right)& m_r^2\left(t\right)& n_r^2\left(t\right)& -1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ l_r^m\left(t\right)& m_r^m\left(t\right)& n_r^m\left(t\right)& -1\end{array}\right]\end{array}$

$\begin{array}{cc}{X}_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{x}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{y}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{z}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{t}_r\left(t\right)\end{array}\right]& L_r\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{L}_r^1\left(t\right)\\ L_r^2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ L_r^m\left(t\right)\end{array}\right]\end{array}$

若终端用户的初始坐标为(X_r0(t),Y_r0(t),Z_r0(t))，对于t时刻坐标为(Xⁱ(t),Yⁱ(t),Zⁱ(t))的第i颗卫星：

$l_r^i\left(t\right)=\frac{X_{r0}\left(t\right)-X^i\left(t\right)}{{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)},m_r^i\left(t\right)=\frac{Y_{r0}\left(t\right)-Y^i\left(t\right)}{{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)},n_r^i\left(t\right)=\frac{Z_{r0}\left(t\right)-Z^i\left(t\right)}{{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)}$

根据从参考站接收到的预报信息可得：

$\begin{array}{c}{L}_r^i\left(t\right)=P_r^i\left(t\right)-{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t\right)-{\mathrm{dL}}_B^i\left(t\right)\\ =P_r^i\left(t\right)-{\mathrm{\ρ}}_r^i\left(t\right)+c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t\right)-P_B^i\left(t_1\right)+{\mathrm{\ρ}}_B^i\left(t_1\right)+c\·\mathrm{\δ}{\hat{t}}_B\left(t_1\right)-c\·{\mathrm{\δt}}^i\left(t_1\right)\end{array}---\left(6\right)$

其中，为t时刻i卫星到终端用户的几何距离；

(43)，使用最小二乘估计准则对所述t时刻终端用户单点定位模型的误差方程求解，可得：

${\hat{X}}_r\left(t\right)={\left(B_r^T\right(t\left)P_r\right(t\left)B_r\right(t\left)\right)}^{-1}{B}_r^T\left(t\right)P_r\left(t\right)L_r\left(t\right)---\left(7\right)$

其中权阵P_r(t)为：

其中，(δx_r(t),δy_r(t),δz_r(t))为t时刻终端用户单点定位坐标改正数，其估值为δt_r(t)为t时刻终端接收机钟差，其估值为为t₁时刻卫星i相对于终端用户r的高度角；

(5)根据所述计算终端用户坐标(X_r(t),Y_r(t),Z_r(t))：

$\left[\begin{array}{c}{X}_r\left(t\right)\\ Y_r\left(t\right)\\ Z_r\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_{r0}\left(t\right)\\ Y_{r0}\left(t\right)\\ Z_{r0}\left(t\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{\hat{x}}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{\hat{y}}_r\left(t\right)\\ \mathrm{\δ}{\hat{z}}_r\left(t\right)\end{array}\right]---\left(8\right).$