[发明专利]一种利用单接收机自主进行基于GNSS的高精度相对导航方法

权利要求书

1.一种利用单接收机自主进行基于GNSS的高精度相对导航方法，其特征在于：其步骤如下：

步骤一：确定初始时刻接收机位置及钟差

对于初始时刻采用准备工作中所准备的单点定位方法来确定初始时刻位置和钟差。利用结果是得到初始时刻的接收机位置和钟差。

步骤二：寻找当前历元时刻与上一个历元时刻的公共可见卫星

在当前历元时刻所搜索到的可见卫星中寻找上一个时刻同样搜索到的卫星，将其卫星的识别号记下来备用，其公共卫星数量用n表示。

步骤三：构建载波历元单差模型

对于单个接收机t₁时刻载波观测量就可表示为：

λfφ1M=ρ1M+c(δt1-δtM)-λfNM+vφ1M...(1)]]>

其中λ_f是信号波长，是载波测量值，是t₁历元接收机到M的真实几何距离，N^M是模糊度，是载波测量误差，符合方差为的白噪声，c是真空中的光速。对t₂历元时刻，设卫星位置向量为r^M＝(x^M，y^M，z^M)^T，接收机位置向量为r₂＝(x₂，y₂，z₂)^T，则

ρ2M=(x2-xM)2+(y2-yM)2+(z2-zM)2...(2)]]>

将载波观测方程：

λfφ2M=ρ2M+c(δt2-δtM)-λfNM+vφ2M...(3)]]>

对接收机位置在处线性化为：

λfφ2M=ρ20M+∂ρ2M∂x2|xA=xA0(x2-x20)+∂ρ2M∂y2|y2=y20(y2-y20)+∂ρ2M∂z2|z2=z20(z2-z20)+c(δt20+∂t2)-cδtM+vφ2M+ρ20M+(x20-xM)δx2+(y20-yM)δy2+(z20-zM)δz2(x20-xM)2+(y20-yM)2+(z20-zM)2+c(δt20+∂t2)-cδtM+vφ2M=ρ20M+(ρ^20M)Tδr2+c(δt20+∂t2)-cδtM+vφ2M---(4)]]>

其中，为从GPS卫星M到t₂时刻接收机的单位方向向量：

ρ^20M=r20-rMρ20M...(5)]]>

是用接收机估计的位置到卫星的距离：

ρ20M=(x20-xM)2+(y20-yM)2+(z20-zM)2...(6)]]>

是接收机钟差的估计值，δr₂是接收机估计位置的修正向量：

δr₂＝(δx₂，δy₂，δz₂)^T…………………………………(7)

是接收机估计钟差的修正值。则，(4)式减去(1)式得：

λfφ2M-λfφ1M=ρ20M-ρ1M+(ρ^20M)Tδr2+c(δt20-δt1)+c∂t2-c(δt2M-δt1M)+vφ2M-vφ1M...(8)]]>

其中

D(vφ2M-vφ1M)=D(vφ2M)+D(vφ1M)=σφ12+σφ22...(9)]]>

其中D表示方差，符合方差为的白噪声。将(8)式已知量移到左边为

λfφ2M-λfφ1M+c(δt2M-δt1M)-(ρ20M-ρ1M)-c(δt20-δt1)=(ρ^20M)Tδr2+c∂t2+vφ2M-vφ1M---(10)]]>

令

ZM=λfφ2M-λfφ1M+c(δt2M-δt1M)-(ρ20M-ρ1M)-c(δt20-δt1)...(11)]]>

则(10)式为

ZM=(ρ^20M)Tcδr2∂t2+vφ2M-vφ1M...(12)]]>

对于n个卫星的数据测量，(12)式为

ZM1...ZMn=(ρ^20M1)Tc......(ρ^20Mn)Tcδr2∂t2+vφ2M1-vφ1M1...vφ2Mn-vφ1Mn...(13)]]>

观测噪声的方差阵为：

则建立的载波历元单差模型如(13)式所示。

以上给出了载波历元单差的模型，用于解算当前时刻相对于上一个时刻的相对位置，只要知道了第一个时刻的接收机位置，后面所有时刻的接收机位置都可以用本发明所提出的历元单差模型进行解算。

步骤四：设置当前时刻初始估计值及计算常数

已知上一个历元时刻的接收机位置和钟差，对于当前时刻，取当前时刻接收机位置的估计值为上个时刻接收机的位置向量：取接收机钟差的初始估计值噪声方差取经验值则观测量噪声的方差阵为：

步骤五：计算当前时刻的接收机位置和钟差

接收机估计位置到卫星的距离为：

ρ20Mj=(x1-xMj)2+(y1-yMj)2+(z1-zMj)2,(j=1,2...n)...(16)]]>

卫星到接收机的单位方向向量为：

ρ^20Mj=r20-rMρ20Mj,(j=1,2...n)...(17)]]>

观测量为：

ZMj=(ρ^20Mj)Tcδr2∂t2+vφ2Mj-vφ1Mj,(j=1,2...n)...(18)]]>

利用最小二乘方法求解当前时刻的接收机位置估计值的修正量和钟差估计值的修正量和为：

δr2∂t2={(ρ^20M1)Tc......(ρ^20Mn)TcTR-1(ρ^20M1)Tc......(ρ^20Mn)Tc}-1(ρ^20M1)Tc......(ρ^20Mn)TcTR-1ZM1...ZMn...(19)]]>

那么当前时刻接收机位置r₂和钟差δt₂为：

r2=r20+δr2...(20)]]>

δt2=δt20+∂t2...(21)]]>

步骤六：判断计算结果是否满足要求

这里设置精度δ＝0.001，如果||δr₂||≤δ，那么此时的r₂和δt₂就是算得的当前时刻接收机位置和钟差，进行步骤八，否则进行步骤七。

步骤七：更新位置估计值及钟差估计值

更新接收机位置的估计值和钟差的估计值

r20=r2...(22)]]>

δt20=δt2...(23)]]>

再进行步骤五。

步骤八：判断当前时刻是否是最后一个历元

如果当前时刻是最后一个历元，那么所有时刻的接收机位置都已算出，导航定位结束，否则，进入下一个时刻的数据进行定位，进行步骤四。