[发明专利]一种PPP快速定位收敛的方法

摘要

本发明提供了一种PPP快速定位收敛的方法，采用EKF平滑滤波处理，减小收敛过程中的随机抖动；采用PPP定位前30历元的定位数据，用均值聚类分类，获得到各个聚类的聚类中心，对聚类中心求平均，得到PPP收敛的起算点，再用Hatch算法对PPP定位结果进行收敛计算，本发明的提出的PPP快速定位收敛的方法，相比于以往依靠伪距单点定位或差分定位的做法，满足了单台接收机即可达到cm级定位精度的要求；本发明提出的PPP快速定位收敛的方法，相比于常规精密单点定位解算的做法，节省了90％时间，大大加强了PPP方法在外场标定中实时性和实用性，快速获得cm级定位精度。

主权项

1.一种PPP快速定位收敛的方法，其特征在于包括下述步骤：(1)实时获得IGS网站发布的精密星历和精密钟差，获得广播星历和观测数据(2)采用GPS卫星星历和卫星钟差，以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行高精度单点定位，P(L_i)＝ρ+c(dt‑dT)+d_orb+d_trop+d_ion/Li+d_mpath/P(Li)+ε(P(L_i))其中，Φ(L_i)是波段Li上的载波相位观测值，i＝1,2；P(L_i)是L_i上的伪距观测值；ρ是卫星到接收机的几何距离，(X_s,Y_s,Z_s)是卫星发射时刻t的坐标，(x,y,z)是信号接收时刻T＝t+ρ/c的接收机坐标；c是光速；dt是卫星钟差；dT是接收机钟差；d_orb是卫星轨道误差；d_trop是对流层延迟；d_ion/Li为Li上的电离层延迟；λ_i是Li的波长；N_i是Li的整周模糊度；是接收机振荡器的初始相位；是卫星振荡器的初始相位；d_mpath/P(Li)是Li上的伪距测量值的多路径效应；d_mpath/φ(Li)是Li上的载波相位测量值的多路径效应(m)；ε(·)是测量噪声；(3)使用IGS的精密星历和精密钟差，将对流层延迟d_trop表示成对流层延迟zpd与映射函数M的积；采用双频无电离层观测值组合来消除电离层的一阶影响，单点定位的数学模型(4)采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行模糊度和坐标积累；构造系统方程x_k＝(X_k,Y_k,Z_k,zpd_k,N_k)，X_k,Y_k,Z_k代表k时刻接收机位置，zpd_k为k时刻的对流层延迟，N_k为k时刻的模糊度；构造测量方程y_k＝(P_IF,k,Φ_IF,k)＝H(x_k)x_k，P_IF,k代表k时刻无电离层伪距观测值，Φ_IF,k代表k时刻无电离层相位观测值，H(x_k)为测量方程的系数矩阵；构造系统估计方程代表k‑1时刻系统估计值，代表k时刻系统估计值，K_k为增益矩阵，y_k为测量观测值；构造系统估计方程协方差I为单位矩阵，P_k(‑)为k‑1时刻的协方差，P_k(+)是k时刻协方差；构造增益方程(5)设PPP定位数据为X＝{x₁,x₂,…,x_n}，对于每个样本点x_i，点密度z_i＝1/min({d_i,j})，其中，1≤i≤n，d_i,j表示样本x_i和样本x_j的欧氏距离；修正FCM的距离的调节因子其中α_j是样本x_j的类别归属标识，当样本x_j∈S_j，即x_j归属于子集S_j，则α_j＝1；否则α_j＝0；调节因子反映了样本所在类别中的整体点密度信息；得到修正因子，则样本与聚类中心的距离度量修正为则目标函数构造Lagrange函数，对目标函数求极小值，得到聚类中心和隶属度基于距离修正的有效性指标其中，在PPP定位收敛过程中，数据不断增加，设新增数据点为x_new，x_new到每一个类中心的距离D_i＝d(x_new,v_i)，阈值当D_i＞maxdist时，把x_new单独归为一类，把该数据点作为新的一类的聚类中心；当D_i＜maxdist时，把x_new归入第i类中；当D_i＜maxdist且D_j＜maxdist时，则把第i类和第j类合并，将x_new归入合并类中；重复以上操作，直到满足方差收敛条件为止；(6)采用Hatch算法对PPP定位进行快速收敛X(i)为PPP定位的某一次定位数据，为聚类中心的平均值；通过不断地收敛，当|δ(i)|‑|δ(i‑1)|≤10^‑6，得到PPP定位结果。