[发明专利]一种北斗+GPS双模单点定位方法

摘要

本发明公开了一种北斗+GPS双模单点定位方法其特征是，包括如下步骤：1)获取各历元的观测数据和导航数据；2)提取伪距测量值、时间信息和星历参数；3)确定各卫星在WGS‑84地心地固坐标系中的位置(Xs,Ys,Zs)；4)获取星地距离；5)获取伪距测量值的测量误差方差σ2、并对伪距测量值进行加权；6)获取观测方程y＝HΔx+v的伪距残差y和系数矩阵H；7)获取第k次迭代的接收机位置、卫星高度角；8)判断是否满足迭代终止条件并决定是否继续迭代过程。这种方法可操作性好、使用方便、定位准确，使用这种方法定位精度可达到：水平精度2米，高程精度3米。

主权项

1.一种北斗+GPS双模单点定位方法，其特征是，包括如下步骤：1)获取各历元的观测数据和导航数据：采用可同时接收北斗B1频点和GPS P1频点的接收机及天线接收北斗和GPS卫星信号，接收到的卫星信号是以16进制编码的数据流，针对接收机内部编码方式对接收到的卫星信号进行解码，得到符合国际标准的rinex格式的观测数据和导航数据；2)提取伪距测量值、时间信息和星历参数：从步骤1)得到的rinex格式的观测数据中，提取其中可见卫星的伪距测量值和GPS时间值；从步骤1)得到的导航数据中，提取的星历参数包括9个基本星历参数即卫星轨道半长轴a_s、卫星轨道偏心率e_s、卫星轨道倾角i₀、卫星轨道升交点赤经Ω₀、卫星轨道近地角距ω、卫星轨道平近点角M₀、卫星平均运动角速率校正值Δn、卫星轨道倾角对时间的变化率卫星轨道升交点赤经对时间的变化率星历参考时间t_oe；6个星历校正参数即卫星轨道升交点角距正、余弦调和校正振幅C_uc、C_us，卫星、轨道半径正、余弦调和校正振幅C_rc、C_rs，卫星轨道倾角正、余弦调和校正振幅C_ic、C_is；3)确定各卫星在WGS‑84地心地固坐标系中的位置(Xs,Ys,Zs)；4)获取星地距离：首先对接收机位置赋初值，如果是定位的第一个历元，则初值为(0,0,0)，否则为上一历元的定位结果(Xk‑1,Yk‑1,Zk‑1)，结合此接收机位置的初值与步骤3)中的卫星位置(Xs,Ys,Zs)，得到星地距离R：5)获取伪距测量值的测量误差方差σ2、并对伪距测量值进行加权：获取每颗卫星的伪距测量值的测量误差方差σ2，依据此误差方差σ2对伪距测量值进行加权，伪距测量值的误差方差σ2由下式得到：σ2＝veph+vare+vion+vtrpveph、vare、vion和vtrp分别是星历误差方差、卫星位置误差方差、电离层误差方差和对流层误差方差，设观测卫星数为n，i从1到n取值，n颗卫星组成一个加权矩阵，权阵W是以为对角线元素的对角矩阵：6)获取观测方程y＝HΔx+v的伪距残差y和系数矩阵H：设迭代门限值为e、本次迭代的接收机坐标初值为(Xk‑1,Yk‑1,Zk‑1)，结合步骤4)中得到星地距离R与伪距测量值P作差得到伪距残差y，并获得观测方程的系数矩阵H，伪距测量值P为：P＝r+(δtu‑δts)+I+T+εp其中，P是接收机伪距测量值，r是星地距离，δtu和δts分别是接收机钟差和卫星钟差，I是电离层误差，T是对流层误差，εp是伪距测量噪声，利用伪距测量值与伪距计算值(r+(δtu‑δts)+I+T)之间的残差迭代求解接收机位置差值，伪距残差值表示为：y＝P‑(r+(δtu‑δts)+I+T)由于接收机伪距残差测量值y已知，其与未知的位置差值Δx和随机测量误差v的关系式为测量方程：y＝HΔx+v迭代求解过程，先对接收机位置赋一个初值，然后在每次迭代过程中根据伪距测量值残差矩阵求接收机位置的差值，将初值与本次迭代的差值相加得到下一次迭代的初值，即迭代求解过程是一个将初值与差值累加的过程，当差值小于阈值e时，表明接收机位置的求解达到了较高的精度，结束迭代，对步骤3)中获得的所有卫星位置进行标号，设第i颗卫星的坐标为本次迭代的接收机坐标初值为(X_k‑1,Y_k‑1,Z_k‑1)，且有Δx＝(dX,dY,dZ,δt_u)，设第i颗卫星的伪距测量值为Pⁱ，则根据公式P＝r+(δt_u‑δt^s)+I+T+ε_p有：令：有：对n颗可用卫星，则可组成观测矩阵：于是对于公式y＝HΔx+v，伪距残差和系数矩阵分别为：7)获取第k次迭代的接收机位置、卫星高度角：伪距残差y、未知的位置差值Δx和随机测量误差v的关系式为y＝HΔx+v，对此方程用最小二乘求解Δx，将Δx与接收机坐标(Xk‑1,Yk‑1,Zk‑1)相加，得到第k次迭代的接收机位置(Xk,Yk,Zk)，若k＝1，则根据(X1,Y1,Z1)与步骤3)求得的卫星坐标求卫星高度角，设置卫星截止高度角θthres为15度，剔除大于截止高度角的卫星，方程y＝HΔx+v用最小二乘(LS)估计得到：令：则：(Xk,Yk,Zk)＝(ΔX,ΔY,ΔZ)+(Xk‑1,Yk‑1,Zk‑1)截止高度角是在站心坐标系下求解得到的，站心坐标系下，接收机到卫星的观测向量为：(δX,δY,δZ)＝(Xsi,Ysi,Zsi)‑(X1,Y1,Z1)观测向量(δX,δY,δZ)可等效地表达在以接收机为远点的站心坐标系中的向量(Δe,Δn,Δu)，变换关系为：(Δe,Δn,Δu)＝S×(δX,δY,δZ)其中坐标变换矩阵S为：λ为大地坐标系中的大地经度，φ为大地纬度，卫星高度角为：8)判断是否满足迭代终止条件并决定是否继续迭代过程：若Δx小于e，停止迭代，否则返回步骤4)，继续迭代过程，直到Δx小于e，得到的(Xk,Yk,Zk)即为最终WGS‑84地心地固坐标系下的接收机位置，当迭代结果使得Δx中位置参数的欧式范数小于阈值e时，即当时，结束迭代，将每次迭代得到的Δx与初始值累加，得到较为最终的单点定位结果，通常e的取值为0.0001，首次定位时，初值为(0,0,0)，否则，初值为上一个历元的接收机位置。