CN107329147A - 卫星导航***的定位方法和***及地面接收*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种卫星导航***的定位方法和***及地面接收***，其中，定位方法包括以下步骤：获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值和伪距双差观测值，根据所述载波双差观测值和伪距双差观测值建立双差观测值模型，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵；对所述浮点解和协因数阵进行整数变换，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解；对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，得到双差整周模糊度的整数解；根据所述双差整周模糊度的整数解对所述地面接收***的移动站进行定位。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种卫星导航***的定位方法和***及地面接收***。
背景技术
卫星导航***可以向广大用户提供高精度、全天候的导航、定位和授时服务，是一种不可或缺的重要空间基础设施。在实时、高精度的要求下，卫星导航定位技术不断推出新技术，出现了实时PPP(Point to Point Protocol，点对点通信协议)和RTK(Real TimeKinematic，实时差分定位)两种技术。实时PPP是利用实时精密轨道和钟差产品，实现精密单点定位，但影响实时精密单点定位精度的因素有很多，主要包括卫星轨道误差、电离层延迟、对流层延迟、多路径效应和卫星钟钟差等，定位精度会受到限制。差分定位的基本思想是利用相距不远(一般指15km以内)两个观测站之间的空间相关性，通过对两个测站进行差分数据处理可以消除或减弱相关误差，从而得到比单点定位更高的定位精度。
动态差分定位是一种实时差分定位的具体方式，对于动态差分定位，获得高精度定位结果的关键技术是载波相位整周模糊度的解算。传统的载波差分定位装置如图1所示。然而，传统的载波相位整周模糊度解算方式在观测条件较差时，会出现整周模糊度固定失败或错误；对于常规RTK技术，定位精度会受距离的限制，一般适用于20km的短基线，由于无电离层组合会放大观测噪声，而采样上述传统的解算方式很难得到单频双差整周模糊度的正确解，导致卫星导航***的定位准确率较低。
发明内容
基于此，有必要针对定位准确率较低的问题，提供一种卫星导航***的定位方法和***及地面接收***。
一种卫星导航***的定位方法，包括以下步骤：
获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值和伪距双差观测值，根据所述载波双差观测值和伪距双差观测值建立双差观测值模型，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵；
对所述浮点解和协因数阵进行整数变换，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解；
对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，得到双差整周模糊度的整数解；
根据所述双差整周模糊度的整数解对所述地面接收***的移动站进行定位。
一种卫星导航***的定位***，包括：
建模模块，用于获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值和伪距双差观测值，根据所述载波双差观测值和伪距双差观测值建立双差观测值模型，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵；
第一解算模块，用于对所述浮点解和协因数阵进行整数变换，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解；
第二解算模块，用于对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，得到双差整周模糊度的整数解；
定位模块，用于根据所述双差整周模糊度的整数解对所述地面接收***的移动站进行定位。
一种卫星导航***的地面接收***，包括：
基准站接收机和移动站接收机；
所述基准站接收机包括第一天线、第一导航定位模块和第一数据链模块，所述移动站接收机包括第二天线、第二导航定位模块和第二数据链模块；
所述第一天线接收卫星载波信号，并发送至第一导航定位模块，所述第一导航定位模块对所述卫星载波信号进行解调，获取第一载波观测值，并通过第一数据链模块发送至所述第二数据链模块；
所述第二天线接收卫星载波信号，并发送至第二导航定位模块，所述第二导航定位模块对所述卫星载波信号进行解调，获取第二载波观测值，并发送至所述第二数据链模块；
所述第二数据链模块执行卫星导航***的定位方法。
上述卫星导航***的定位方法、***和装置，利用伪距双差观测值减小了双差观测值模型的运算强度，通过整数变换及最小二乘搜索降低了双差整周模糊度各参数间相关性，降低了双差整周模糊度的求解难度，从而提高了卫星导航***的定位准确率。上述卫星导航***的定位方法、***和装置适用于不同的线性组合，在静态定位和动态定位中均可用，适用范围广。
附图说明
图1为一个实施例的传统的载波差分定位装置的结构示意图；
图2为一个实施例的卫星导航***的定位方法流程图；
图3为一个实施例的卫星导航***的定位***的结构示意图；
图4为一个实施例的卫星导航***的地面接收***的结构示意图；
图5为一个实施例的接收机效果图；
图6为一个实施例的接收机***图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行说明。
如图2所示，本发明提供一种卫星导航***的定位方法，可包括以下步骤：
S1，获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值和伪距双差观测值，根据所述载波双差观测值和伪距双差观测值建立双差观测值模型，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵；
本实施例的卫星导航***可包括地面接收***以及多个卫星，地面接收***可包括基准站与移动站。基准站和移动站均可对各个卫星进行观测。在一个实施例中，基准站可设置在运动载体上。假设t1时刻在基准站(测站1)和移动站(测站2)同时对卫星k和j进行载波相位测量，得到载波相位观测值方程，将载波相位观测值方程代入双差观测值方程，整理后可以得到双差观测值模型：
式中，是载波双差观测值；是以周为单位的载波观测值，表示测站2对卫星j的载波观测值，表示测站1对卫星j的载波观测值，表示测站2对卫星k的载波观测值，表示测站1对卫星k的载波观测值；fj和fk分别是对卫星j和卫星k的载波观测值对应的频率，与f一致；c表示光速；ρ是地面接收***到卫星的距离，为测站1到卫星k的距离，为测站2到卫星k的距离，为测站1到卫星j的距离，为测站2到卫星j的距离；Φ是以米为单位的载波观测值，表示测站2对卫星j的载波观测值，表示测站1对卫星j的载波观测值，表示测站2对卫星k的载波观测值，表示测站1对卫星k的载波观测值；为双差整周模糊度。
上式可写为向量形式：
其中，分别为的单位向量，分别为的单位向量；b即是(Δx12,Δy12,Δz12)，为两测站之间的基线向量，是测站1到卫星k的基线矢量，是测站1到卫星j的基线矢量，是测站2到卫星k的基线矢量，是测站2到卫星j的基线矢量。
这是两颗卫星和两测站之间的双差公式，若有多颗星则可组成多维矩阵形式：
DD＝AX+N+ξ (3)
其中，DD为载波双差观测值矩阵，ξ是测量误差；
n+1为卫星的总数。
为了便于描述，下面以两个卫星的情况为例进行说明，本领域技术人员可以了解，卫星数量大于2的实施例中各个步骤与卫星数量等于2时类似，此处不再赘述。
以上模型若在单频条件下直接使用，往往单历元是解算不出模糊度整数解，主要原因是单频载波的波长过短，搜索范围过大，难以找到正确的整数解。为解决这一问题，引入双频载波观测值。具体地，可以获取基准站对第i颗卫星的卫星载波信号的第一组双频载波观测值、基准站对第j颗卫星的卫星载波信号的第二组双频载波观测值、移动站对第i颗卫星的卫星载波信号的第三组双频载波观测值，以及移动站对第j颗卫星的卫星载波信号的第四组双频载波观测值；i和j为正整数；对所述第一组双频载波观测值、第二组双频载波观测值、第三组双频载波观测值和第四组双频载波观测值分别进行线性组合，得到第一组双频载波相位组合观测值、第二组双频载波相位组合观测值、第三组双频载波相位组合观测值和第四组双频载波相位组合观测值；对所述第一组双频载波观测值和第二组双频载波观测值进行接收机间一次差分，得到基准站差分观测值，对所述第三组双频载波观测值和第四组双频载波观测值进行接收机间一次差分，得到移动站差分观测值，对所述基准站差分观测值和移动站差分观测值进行卫星间二次差分，得到载波双差观测值。
以基准站对卫星j的双频载波相位组合观测值为例，以周为单位的双频载波相位组合观测值可写成如下形式：
式中，m，n为组合系数；和是以周为单位的双频载波观测值，分别表示基准站对卫星j第一频段的卫星载波信号的第一载波相位观测值和基准站对卫星j第二频段的卫星载波信号的第二载波相位观测值；表示以周为单位的基准站对卫星j的第一双频载波相位组合观测值，为了保持线性组合观测值模糊度的整数特性，m，n一般为整数。类似地可以获得基准站对卫星k的第一双频载波相位组合观测值以及移动站对卫星j和卫星k的第二双频载波相位组合观测值和此处不再赘述。
以米为单位的双频载波相位组合观测值可写成如下形式：
式中，m，n为组合系数；和是以米为单位的双频载波观测值，分别表示基准站对卫星j第一频段的卫星载波信号的第一载波相位观测值和基准站对卫星j第二频段的卫星载波信号的第二载波相位观测值；为了保持线性组合观测值模糊度的整数特性，m，n一般为整数，f1和f2分别是双频载波观测值对应的频率，表示以米为单位的基准站对卫星j的第一双频载波相位组合观测值。类似地可以获得基准站对其他卫星的第一双频载波相位组合观测值以及移动站对各个卫星的第二双频载波相位组合观测值，此处不再赘述。
组合观测值的模糊度、频率、波长和电离层组合系数分别为：
式中，m，n为组合系数；和分别表示基准站对卫星j第一频段的卫星载波信号的第一载波相位观测值的整周模糊度和基准站对卫星j第二频段的卫星载波信号的第二载波相位观测值的整周模糊度，表示基准站对第一载波相位观测值和第二载波相位观测值的组合整周模糊度。
可将获取的双频载波相位组合观测值和以及组合观测值的模糊度和频率代入公式(1)，其中，公式(1)中的频率和模糊度参数分别为：
S2，对所述浮点解和协因数阵进行整数变换，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解；
以上是载波相位双差观测模型，很显然在上述模型中，单历元无法解出双差整周模糊度，为了解决该问题，可通过接收机获得伪距双差观测值，由于伪距双差观测值不存在模糊度问题，这样，就可以利用伪距双差观测值修正原始双差观测值模型。同时考虑伪距和载波观测值的双差观测值模型为：
式中，为载波双差观测值对应的系数矩阵，AR是伪距双差观测值对应的系数矩阵，b为基线向量，N为双差整周模糊度，为载波双差观测值，即公式(1)中的在这里既有载波观测值，又有伪距双差观测值，所以用和LR来区分。LR为伪距双差观测值，E为单位矩阵。
双差观测值模型的法方程为：
式中，Pφ和PR分别是载波双差观测值和伪距双差观测值的权阵。
解算此法方程，则得到浮点解：
其中，
PR＝βPφ；0＜β＜1；
则浮点解的协因数阵为：
Q＝(PφD)-1 (10)
式中，为所述浮点解，Pφ和PR分别是载波双差观测值和伪距双差观测值的权阵，T表示转置操作，β为常数，Q为所述协因数矩阵。
S3，对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，得到双差整周模糊度的整数解；
若采用双频(例如，B1，B3双频)载波观测值组成宽巷组合，公式(4)-(6)中的m，n可分别取1和-1，则构成的新的载波波长大大提高，并结合B3单频伪距观测值，求得的模糊度浮点解和浮点解的协因数阵Q，可使用最小二乘模糊度降相关平差法(Least-squareAMBiguity Decorrelation Adjustment，LAMBDA)，从而可以缩小模糊度的搜索范围，提高模糊度的搜索效率，使单历元解算成为可能。
LAMBDA方法主要包括整数变换降相关处理和整数最小二乘搜索两个步骤。首先，由平差得到了模糊度参数的浮点解和协方差矩阵Q，由于模糊度各参数间相关性很强，协方差很大，要先对其进行整数变换：
其中，Z是整数变换矩阵，满足两点要求：Z矩阵的元素是整数、其行列式的值等于1；z是转换后的模糊度浮点解；Qz是整数变换后的协方差阵。经过整数变换，模糊度参数间的相关性显著降低，协方差也大幅度减小。下面进行整数最小二乘搜索，要求满足下式：
式中，min1表示的最小值，浮点解的最小二乘整数解为取最小值时的值，z为变换后的浮点解，Qz为变换后的协因数阵，-1表示求逆操作。按照求得的进行逆变换：
变换后的参数满足：
式中，min2表示的最小值，双差整周模糊度的整数解为取最小值时的值，为所述浮点解，Q为所述协因数阵。
由上式可知，逆变换后得到的就是要求得的最优双差整周模糊度的整数组合。
LAMBDA适用于不同的线性组合，在静态定位和动态定位中均可用，该方法在北斗精密动态相对定位中有重要的应用价值。
S4，根据所述双差整周模糊度的整数解对所述地面接收***的移动站进行定位。
上述卫星导航***的定位方法适用于包括BD2(北斗二号)定位***在内的卫星导航***。
本发明具有以下优点：
(1)本发明首先利用宽巷载波组合和B3伪距，采用最小二乘加权法固定宽巷模糊度，提高了模糊度固定的成功率，进而利用观测值间的线性关系，推算出窄巷模糊度，并解算基线，可达厘米级的定位精度。差分相对定位解算的速度也有较大的提高，成功率也有所增加。
(2)传统的载波差分设备都要求基准站固定不动，但是固定基准站发送的载波差分数据覆盖范围有限，又不能满足动态用户的应用需求；例如，远洋编队航行、舰载飞机着舰(或登陆海上作业平台)、编队飞行、空中加油等；在这些应用中，如果依旧采用固定基准站，移动站和基准站的距离将会变得很长，随着基线的增长，求解载波相位测量整周模糊度的时间将会增长，而且精度也会降低，另外，数据链将会变得很昂贵，不可靠，设置不可用。本发明不需要限制基准站的状态情况，仅需要基准站接收机获得的伪距和载波观测值，因此，能够解决两个运动目标之间的高精度相对定位问题。可将基准站也设置在运动载体上，而求解出动态用户相对于基准站的相对位置，相对于传统的载波差分定位技术，固定基准站的精密位置是预先知道的，这一先决条件在本发明中是没有的，因而传统的载波差分相对定位难以直接在动态对动态的场景下使用。
如图3所示，本发明还提供一种卫星导航***的定位***，可包括：
建模模块10，用于获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值和伪距双差观测值，根据所述载波双差观测值和伪距观双差测值建立双差观测值模型，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵；
本实施例的卫星导航***可包括地面接收***以及多个卫星，地面接收***可包括基准站与移动站。基准站和移动站均可对各个卫星进行观测。在一个实施例中，基准站可设置在运动载体上。假设t1时刻在基准站(测站1)和移动站(测站2)同时对卫星k和j进行载波相位测量，得到载波相位观测值方程，将载波相位观测值方程代入双差观测值方程，整理后可以得到双差观测值模型：
式中，是载波双差观测值；是以周为单位的载波观测值，表示测站2对卫星j的载波观测值，表示测站1对卫星j的载波观测值，表示测站2对卫星k的载波观测值，表示测站1对卫星k的载波观测值；fj和fk分别是对卫星j和卫星k的载波观测值对应的频率，与f一致；c表示光速；ρ是地面接收***到卫星的距离，为测站1到卫星k的距离，为测站2到卫星k的距离，为测站1到卫星j的距离，为测站2到卫星j的距离；Φ是以米为单位的载波观测值，表示测站2对卫星j的载波观测值，表示测站1对卫星j的载波观测值，表示测站2对卫星k的载波观测值，表示测站1对卫星k的载波观测值；为双差整周模糊度。
上式可写为向量形式：
其中，分别为的单位向量，分别为的单位向量；b即是(Δx12,Δy12,Δz12)，为两测站之间的基线向量，是测站1到卫星k的基线矢量，是测站1到卫星j的基线矢量，是测站2到卫星k的基线矢量，是测站2到卫星j的基线矢量。
这是两颗卫星和两测站之间的双差公式，若有多颗星则可组成多维矩阵形式：
DD＝AX+N+ξ (3)
其中，DD为载波双差观测值矩阵，ξ是测量误差；
n+1为卫星的总数。
为了便于描述，下面以两个卫星的情况为例进行说明，本领域技术人员可以了解，卫星数量大于2的实施例中各个步骤与卫星数量等于2时类似，此处不再赘述。
以上模型若在单频条件下直接使用，往往单历元是解算不出模糊度整数解，主要原因是单频载波的波长过短，搜索范围过大，难以找到正确的整数解。为解决这一问题，引入双频载波观测值。具体地，可以获取基准站对第i颗卫星的卫星载波信号的第一组双频载波观测值、基准站对第j颗卫星的卫星载波信号的第二组双频载波观测值、移动站对第i颗卫星的卫星载波信号的第三组双频载波观测值，以及移动站对第j颗卫星的卫星载波信号的第四组双频载波观测值；i和j为正整数；对所述第一组双频载波观测值、第二组双频载波观测值、第三组双频载波观测值和第四组双频载波观测值分别进行线性组合，得到第一组双频载波相位组合观测值、第二组双频载波相位组合观测值、第三组双频载波相位组合观测值和第四组双频载波相位组合观测值；对所述第一组双频载波观测值和第二组双频载波观测值进行接收机间一次差分，得到基准站差分观测值，对所述第三组双频载波观测值和第四组双频载波观测值进行接收机间一次差分，得到移动站差分观测值，对所述基准站差分观测值和移动站差分观测值进行卫星间二次差分，得到载波双差观测值。以基准站对卫星j的双频载波相位组合观测值为例，以周为单位的双频载波相位组合观测值可写成如下形式：
式中，m，n为组合系数；和是以周为单位的双频载波观测值，分别表示基准站对卫星j第一频段的卫星载波信号的第一载波相位观测值和基准站对卫星j第二频段的卫星载波信号的第二载波相位观测值；表示以周为单位的基准站对卫星j的第一双频载波相位组合观测值，为了保持线性组合观测值模糊度的整数特性，m，n一般为整数。类似地可以获得基准站对卫星k的第一双频载波相位组合观测值以及移动站对卫星j和卫星k的第二双频载波相位组合观测值和此处不再赘述。
以米为单位的双频载波相位组合观测值可写成如下形式：
式中，m，n为组合系数；和是以米为单位的双频载波观测值，分别表示基准站对卫星j第一频段的卫星载波信号的第一载波相位观测值和基准站对卫星j第二频段的卫星载波信号的第二载波相位观测值；为了保持线性组合观测值模糊度的整数特性，m，n一般为整数，f1和f2分别是双频载波观测值对应的频率，表示以米为单位的基准站对卫星j的第一双频载波相位组合观测值。类似地可以获得基准站对其他卫星的第一双频载波相位组合观测值以及移动站对各个卫星的第二双频载波相位组合观测值，此处不再赘述。
组合观测值的模糊度、频率、波长和电离层组合系数分别为：
式中，m，n为组合系数；和分别表示基准站对卫星j第一频段的卫星载波信号的第一载波相位观测值的整周模糊度和基准站对卫星j第二频段的卫星载波信号的第二载波相位观测值的整周模糊度，表示基准站对第一载波相位观测值和第二载波相位观测值的组合整周模糊度。
可将获取的双频载波相位组合观测值和以及组合观测值的模糊度和频率代入公式(1)，其中，公式(1)中的频率和模糊度参数分别为：
第一解算模块20，用于对所述浮点解和协因数阵进行整数变换，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解；
以上是载波相位双差观测模型，很显然在上述模型中，单历元无法解出双差整周模糊度，为了解决该问题，可通过接收机获得伪距双差观测值，由于伪距双差观测值不存在模糊度问题，这样，就可以利用伪距双差观测值修正原始双差观测值模型。同时考虑伪距和载波观测值的双差观测值模型为：
式中，为载波双差观测值对应的系数矩阵，AR是伪距双差观测值对应的系数矩阵，b为基线向量，N为双差整周模糊度，为载波双差观测值，即公式(1)中的在这里既有载波观测值，又有伪距双差观测值，所以用和LR来区分。LR为伪距双差观测值，E为单位矩阵。
双差观测值模型的法方程为：
式中，Pφ和PR分别是载波双差观测值和伪距双差观测值的权阵。
解算此法方程，则得到浮点解：
其中，
PR＝βPφ；0＜β＜1；
则浮点解的协因数阵为：
Q＝(PφD)-1 (10)
式中，为所述浮点解，Pφ和PR分别是载波双差观测值和伪距双差观测值的权阵，T表示转置操作，β为常数，Q为所述协因数矩阵。
第二解算模块30，用于对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，根据所述协因数阵对逆变换后的最小二乘整数解进行整数最小二乘搜索，得到双差整周模糊度的整数解；
若采用双频(例如，B1，B3双频)载波观测值组成宽巷组合，公式(4)-(6)中的m，n可分别取1和-1，则构成的新的载波波长大大提高，并结合B3单频伪距观测值，求得的模糊度浮点解和浮点解的协因数阵Q，可使用最小二乘模糊度降相关平差法(Least-squareAMBiguity Decorrelation Adjustment，LAMBDA)，从而可以缩小模糊度的搜索范围，提高模糊度的搜索效率，使单历元解算成为可能。
LAMBDA方法主要包括整数变换降相关处理和整数最小二乘搜索两个步骤。首先，由平差得到了模糊度参数的浮点解和协方差矩阵Q，由于模糊度各参数间相关性很强，协方差很大，要先对其进行整数变换：
其中，Z是整数变换矩阵，满足两点要求：Z矩阵的元素是整数、其行列式的值等于1；z是转换后的模糊度浮点解；Qz是整数变换后的协方差阵。经过整数变换，模糊度参数间的相关性显著降低，协方差也大幅度减小。下面进行整数最小二乘搜索，要求满足下式：
式中，min1表示的最小值，浮点解的最小二乘整数解为取最小值时的值，z为变换后的浮点解，Qz为变换后的协因数阵，-1表示求逆操作。按照求得的进行逆变换：
变换后的参数满足：
式中，min2表示的最小值，双差整周模糊度的整数解为取最小值时的值，为所述浮点解，Q为所述协因数阵。
由上式可知，逆变换后得到的就是要求得的最优双差整周模糊度的整数组合。
LAMBDA适用于不同的线性组合，在静态定位和动态定位中均可用，该方法在北斗精密动态相对定位中有重要的应用价值。
定位模块40，用于根据所述双差整周模糊度的整数解对所述地面接收***的移动站进行定位。
上述卫星导航***的定位***适用于包括BD2(北斗二号)定位***在内的卫星导航***。
本发明具有以下优点：
(1)本发明首先利用宽巷载波组合和B3伪距，采用最小二乘加权法固定宽巷模糊度，提高了模糊度固定的成功率，进而利用观测值间的线性关系，推算出窄巷模糊度，并解算基线，可达厘米级的定位精度。差分相对定位解算的速度也有较大的提高，成功率也有所增加。
(2)传统的载波差分设备都要求基准站固定不动，但是固定基准站发送的载波差分数据覆盖范围有限，又不能满足动态用户的应用需求；例如，远洋编队航行、舰载飞机着舰(或登陆海上作业平台)、编队飞行、空中加油等；在这些应用中，如果依旧采用固定基准站，移动站和基准站的距离将会变得很长，随着基线的增长，求解载波相位测量整周模糊度的时间将会增长，而且精度也会降低，另外，数据链将会变得很昂贵，不可靠，设置不可用。本发明不需要限制基准站的状态情况，仅需要基准站接收机获得的伪距和载波观测值，因此，能够解决两个运动目标之间的高精度相对定位问题。可将基准站也设置在运动载体上，而求解出动态用户相对于基准站的相对位置，相对于传统的载波差分定位技术，固定基准站的精密位置是预先知道的，这一先决条件在本发明中是没有的，因而传统的载波差分相对定位难以直接在动态对动态的场景下使用。
如图4所示，本发明还提供一种卫星导航***的地面接收***，可包括：
基准站接收机和移动站接收机；
所述基准站接收机包括第一天线、第一导航定位模块和第一数据链模块，所述移动站接收机包括第二天线、第二导航定位模块和第二数据链模块；
所述第一天线接收卫星载波信号，并发送至第一导航定位模块，所述第一导航定位模块对所述卫星载波信号进行解调，获取第一载波观测值，并通过第一数据链模块发送至所述第二数据链模块；
所述第二天线接收卫星载波信号，并发送至第二导航定位模块，所述第二导航定位模块对所述卫星载波信号进行解调，获取第二载波观测值，并发送至所述第二数据链模块；
所述第二数据链模块执行的功能与上述卫星导航***的定位方法的实施例相同，此处不再赘述。
基准站接收机和移动站接收机的效果图和***图可分别如图5和图6所示。传统载波差分设备包括基准站接收机、移动站接收机、以及差分数据接收和发送电台组成，数据传输和导航定位是两个设备分别完成，对外界设备要求较高。在一个实施例中，本发明的第一导航定位模块和第一数据链模块一体成型，第二导航定位模块和第二数据链模块一体成型。通过这种方式，降低了对外界设备的要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种卫星导航***的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值和伪距双差观测值，根据所述载波双差观测值和伪距双差观测值建立双差观测值模型，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵；
对所述浮点解和协因数阵进行整数变换，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解；
对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，得到双差整周模糊度的整数解；
根据所述双差整周模糊度的整数解对所述地面接收***的移动站进行定位。
2.根据权利要求1所述的卫星导航***的定位方法，其特征在于，获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值的步骤包括：
获取基准站对第i颗卫星的卫星载波信号的第一组双频载波观测值、基准站对第j颗卫星的卫星载波信号的第二组双频载波观测值、移动站对第i颗卫星的卫星载波信号的第三组双频载波观测值，以及移动站对第j颗卫星的卫星载波信号的第四组双频载波观测值；i和j为正整数；
对所述第一组双频载波观测值、第二组双频载波观测值、第三组双频载波观测值和第四组双频载波观测值分别进行线性组合，得到第一组双频载波相位组合观测值、第二组双频载波相位组合观测值、第三组双频载波相位组合观测值和第四组双频载波相位组合观测值；
对所述第一组双频载波观测值和第二组双频载波观测值进行接收机间一次差分，得到基准站差分观测值，对所述第三组双频载波观测值和第四组双频载波观测值进行接收机间一次差分，得到移动站差分观测值，对所述基准站差分观测值和移动站差分观测值进行卫星间二次差分，得到载波双差观测值。
3.根据权利要求2所述的卫星导航***的定位方法，其特征在于，所述双差观测值模型为：
式中，为载波双差观测值对应的系数矩阵；AR为伪距双差观测值对应的系数矩阵；b为基线向量；N为双差整周模糊度；为载波双差观测值，LR为伪距双差观测值，E为单位矩阵。
4.根据权利要求3所述的卫星导航***的定位方法，其特征在于，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵的步骤包括：
获取所述双差观测值模型的法方程；
对所述法方程进行求解，得到所述浮点解及其协因数阵。
5.根据权利要求4所述的卫星导航***的定位方法，其特征在于，所述浮点解为：
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</mrow>
1
PR＝βPφ；0＜β＜1；
所述协因数矩阵为：
Q＝(PφD)-1；
式中，为所述浮点解，Pφ和PR分别是载波双差观测值和伪距双差观测值的权阵，T表示转置操作，β为常数，Q为所述协因数矩阵。
6.根据权利要求5所述的卫星导航***的定位方法，其特征在于，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解的步骤包括：
根据如下公式进行最小二乘搜索：
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</mrow>
式中，min1表示的最小值，浮点解的最小二乘整数解为取最小值时的值，z为变换后的浮点解，Qz为变换后的协因数阵，-1表示求逆操作。
7.根据权利要求6所述的卫星导航***的定位方法，其特征在于，对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，得到双差整周模糊度的整数解，满足如下公式：
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<mo>;</mo>
</mrow>
式中，min2表示的最小值，双差整周模糊度的整数解为取最小值时的值，为所述浮点解，Q为所述协因数阵。
8.一种卫星导航***的定位***，其特征在于，包括：
建模模块，用于获取地面接收***对卫星载波信号的载波双差观测值和伪距双差观测值，根据所述载波双差观测值和伪距双差观测值建立双差观测值模型，根据所述双差观测值模型获取双差整周模糊度的浮点解及其协因数阵；
第一解算模块，用于对所述浮点解和协因数阵进行整数变换，根据变换后的协因数阵对变换后的浮点解进行整数最小二乘搜索，得到所述浮点解的最小二乘整数解；
第二解算模块，用于对所述最小二乘整数解进行整数逆变换，得到双差整周模糊度的整数解；
定位模块，用于根据所述双差整周模糊度的整数解对所述地面接收***的移动站进行定位。
9.一种卫星导航***的地面接收***，其特征在于，包括：
基准站接收机和移动站接收机；
所述基准站接收机包括第一天线、第一导航定位模块和第一数据链模块，所述移动站接收机包括第二天线、第二导航定位模块和第二数据链模块；
所述第一天线接收卫星载波信号，并发送至第一导航定位模块，所述第一导航定位模块对所述卫星载波信号进行解调，获取第一载波观测值，并通过第一数据链模块发送至所述第二数据链模块；
所述第二天线接收卫星载波信号，并发送至第二导航定位模块，所述第二导航定位模块对所述卫星载波信号进行解调，获取第二载波观测值，并发送至所述第二数据链模块；
所述第二数据链模块执行权利要求1至7任一项所述的卫星导航***的定位方法。
10.根据权利要求9所述的卫星导航***的地面接收***，其特征在于，所述第一导航定位模块和第一数据链模块一体成型，第二导航定位模块和第二数据链模块一体成型。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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