[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种对运动载体利用单个GNSS(Global Navigation Satellite System) 接收机进行自主相对导航方法，属于导航技术领域。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的卫星导航系统，如美国的全球定位系统(GPS，Global Positioning System)、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统以及相关的增强系统，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。

基于GNSS的导航技术已应用到各个领域中。一般来讲，单点定位方法所用的测量量是伪距，其精度相对载波测量而言较差，而用载波测量进行单点定位又会涉及模糊度解算的难题。目前相对导航的技术都是基于站际-星际双差模型，即同一颗星对不同接收机的测量结果先作差，不同星的差的结果再作差。而该模型也会存在模糊度解算的难题，而模糊度的解算对于动态飞行器依然具有很高的挑战性，且由于飞行环境会受到周跳因素的影响。相对导航必须同时采用两个接收机数据实现相对位置解算，这对于进一步的应用具有一定的限制。

相对于双差观测模型，单差观测模型的建立更加容易，所需数据量少。历元单差模型可实现基于单个接收机对不同时刻的实时相对定位解算，且该模型消去了模糊度项，因此其计算简单，使用了载波测量作为观测量，历元单差削弱了对流层和电离层延迟误差的影响，相对于伪距单点定位具有更高的精度，与惯性导航相比其精度漂移更慢，可实现单系统或者多系统信息融合GNSS的高精度单个接收机自主相对导航，在未来基于GNSS系统相对导航应用中具有很高的实用价值和应用前景。

发明内容

(一)发明目的：相对于传统的利用双接收机甚至多个接收机进行相对导航的方法，本发明提出了一种利用单个GNSS接收机而不依赖于其他接收机对自身进行自主相对导航的方法。该方法不需要两个甚至多个接收机，仅采用单个接收机，以载波作为测量量，建立了历元单差自主相对导航模型，利用该模型可以实现相对位置的高精度实时导航，而且能避免模糊度解算、周跳检测与修复等难题。

(二)技术方案

本发明提出了一种利用单个GNSS接收机进行自主相对导航方法，其步骤如下：

步骤一：准备工作

准备一种利用接收机伪距观测量进行单点定位的方法。

对于单个接收机，t₁，t₂两个相邻的历元，如果t₁时刻的位置和接收机钟差已经求得，那么这个历元的载波观测量就可表示为：

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。

而t₂时刻：

符合方差为的白噪声。

载波历元间差分观测方程如下

综上所述，准备工作分两步，第一步准备一种已知的利用伪距进行单点定位方法；

第二步，建立载波历元差分模型。

步骤二：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。

步骤三：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。

步骤四：构建载波历元单差模型

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

将(2)式对接收机位置在处线性化为：

其中，为从GPS卫星M到t₂时刻接收机的单位方向向量：

是用接收机估计的位置到卫星的距离：