[发明专利]一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法

说明书

技术领域

本发明涉及地球观测与导航技术领域，尤其涉及一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法。

背景技术

我国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，简称“BDS”)，由空间端、地面端和用户端组成。目前，已经发射22颗卫星，在轨正常运行、稳定传输数据及提供服务的有14颗星，其采用地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)、倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,IGSO)及(Medium Earth Orbit,MEO)混合星座设计，满足亚太地区定位导航服务的同时，已向全球组网开始迈进。

目前，全球兼容BDS的跟踪站分布现状为：①中国及欧洲区域分布较为密集，其他区域分布较为稀疏，陆地上BDS跟踪站分布不均匀；②跟踪站大多布设在地形稳定的地面，各海洋区域分布甚少，地球仅29％为陆地，其他为海洋，也就是说，全球理论能跟踪到BDS的71％的区域中没有跟踪站存在。因此，由于地球实际环境及其他因素影响，全球兼容BDS的跟踪站分布极其不均匀，定轨构型较差，影响了BDS精密定轨精度。欧吉坤等人提出镜面投影法，将轨道面作为对称面(镜面)，将原始观测站投影生成虚拟观测站，采用原始观测值和虚拟观测值联合定轨；其他学者也先后提出了定轨中跟踪站的选取方法，提高定轨的精度等。

但这些方法仅是针对数据处理过程，本质都是基于地面上现有的BDS跟踪站数据，没有充分利用地球71％的海域，由于跟踪站定轨构型较差，势必引起BDS轨道的系统误差，严重影响了BDS用户的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法，包括如下步骤：

S1，获取船载和陆地GNSS原始数据；

所述船载和陆地GNSS原始数据至少兼容BDS和GPS双系统，包括GNSS卫星导航星历和原始观测数据；所述原始观测数据包括两个频率的伪距观测值和载波相位观测值；

S2，利用S1中获取到的船载GPS原始数据，基于卡尔曼滤波进行船载GNSS事后逐历元动态定位，得到船载GNSS跟踪站的动态定位结果及精度；

S3，通过地面站坐标的强约束和船载GNSS坐标适当约束，解算BDS卫星端UPD及船载接收机UPD，并确定船载北斗模糊度；

S4，基于S3中确定的所述北斗模糊度，利用S1船载GNSS原始数据中载波相位信息，对船载BDS伪距原始数据进行精化，获取精化后的船载BDS伪距值；

S5，利用S2中获取的所述船载GNSS跟踪站的动态定位结果和S4中获取的所述精化的船载BDS伪距值，辅助BDS地面跟踪站，确定BDS精密轨道。

优选地，S2中，所述基于卡尔曼滤波进行船载GNSS事后逐历元动态定位，采用如下公式进行实施：

X(k)＝φ(k,k-1)X(k-1)+Γ(k/k-1)w(k-1)，

Z(k)＝H(k)X(k)+v(k)，

其中：X(k)为所要进行估计的状态值(即船载坐标GNSS站坐标)，为状态转移矩阵，Γ(k/k-1)为系统噪声驱动矩阵，w(k)为状态噪声，H(k)为GPS测量系数阵，Z(k)为GPS实际测量值，v(k)为测量噪声。

优选地，S3，包括如下步骤：

S301，采用如下方法解算BDS卫星端宽巷UPD：

通过以下公式形成非差M-W组合观测方程：

B_w＝B_mw＝N_L1-N_L2 (3.2)

实数宽巷模糊度可以表示为：B_w＝N_w+b_w-b^w (3.3)