CN114779301B - 一种基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法，包括S1、提取伪距观测值、载波相位观测值和广播星历；S2、计算各时刻卫星的广播轨道和广播钟差；S3、计算广播星历空间信号测距误差；S4、建立多***精密单点定位模型；S5、进行坐标参数解算，进行灵敏度分析，确定最优的坐标参数解；S6、获得每个历元的实时高精度的坐标参数解。本发明充分利用伪距观测值和载波相位观测值，基于卫星播发的广播星历实现高精度的卫星导航定位，提升卫星导航定位的精度；利用广播星历实时解算用户站位置参数从而实现实时的卫星导航定位，提升卫星导航定位的时效性。

Description

一种基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法。
背景技术
精密单点定位技术是近二十年来发展起来的一种GNSS定位测量技术，仅由单台GNSS接收机就可以实现动态全球参考框架下的高精度绝对定位，具有成本低、灵活机动、不受作业距离限制等优势，逐渐成为卫星导航定位领域的研究热点。一直以来，精密单点定位的实现都依赖于各机构发布的精密星历中所提供的高精度卫星轨道和钟差信息。相较于精密星历，广播星历具有更高的时效性和稳定性，但因提供的卫星轨道和钟差精度较差而一直未在精密单点定位中采用；随着GNSS的不断发展，GPS/Galileo/BDS-3***已经可以提供更高精度的广播星历；因此研究一种基于广播星历的实时精密单点定位技术，提升卫星导航定位的精度和时效性具有极强的现实意义。
发明内容
针对现有算法的不足，本发明充分利用GPS、Galileo和BDS-3卫星的伪距观测值和载波相位观测值，基于卫星播发的广播星历实现高精度的卫星导航定位，提升卫星导航定位的精度；利用广播星历实时解算用户站位置参数从而实现实时的卫星导航定位，提升卫星导航定位的时效性。
本发明所采用的技术方案是：一种基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法包括以下步骤：
S1、从GNSS接收机原始观测文件中提取导航***GPS、Galileo和BDS-3卫星的伪距观测值、载波相位观测值和广播星历，并GNSS数据进行预处理；
S2、通过广播星历拉格朗日多项式内插，计算各时刻卫星的广播轨道和广播钟差；
S3、根据广播轨道和广播钟差数据通过式(1)计算各GNSS卫星的广播星历空间信号测距误差(signal-in-space range error，SISRE)：
Figure BDA0003572256050000021
式中，R、A和C分别表示广播星历的径向、迹向和法向卫星轨道误差；Δcdt表示广播星历的卫星钟差；wR和wA,C表示SISRE的贡献因子；RMS表示误差的均方根(Root MeanSquare)；
S4、建立SISRE补偿的基于广播星历的多***精密单点定位模型，其中SISRE作为随机游走过程参数进行估计：
Figure BDA0003572256050000022
式中，p和l分别表示伪距和载波相位观测值；G表示GPS，Q表示Galileo和BDS-3；x表示三维坐标，u为对应的方向向量；
Figure BDA0003572256050000023
表示接收机钟差；
Figure BDA0003572256050000024
表示Galileo或BDS-3与GPS间的***时间偏差；Zw表示天顶方向对流层延迟，Mw为对应的投影函数；
Figure BDA0003572256050000025
表示电离层延迟，γi为电离层放大因子；
Figure BDA0003572256050000026
表示载波相位模糊度；S表示SISRE补偿参数；ε和ξ分别表示伪距和载波相位观测噪声；
S5、通过基于广播星历的多***精密单点定位模型进行坐标参数解算，其中SISRE参数采用不同过程噪声进行随机游走过程估计，对获得一系列坐标参数解进行灵敏度分析，确定最优的坐标参数解，从而确定各GNSS***SISRE参数最佳的随机游走过程噪声；
S6、将S3中获得SISRE值作为SISRE参数估计的初始值，S6获得的最佳过程噪声作为SISRE的随机游走过程噪声，通过卡尔曼滤波对SISRE补偿的基于广播星历的多***精密单点定位模型进行解算，获得每个历元的实时高精度的坐标参数解；
本发明的有益效果是：
1、广播星历相较于精密星历具有更高的时效性和稳定性，采用广播星历的实时精密单点定位方式可以在更短时间内提供用户所需的位置信息。
2、目前Galileo和BDS-3播发的广播星历精度较高；本发明中的精度单点定位方法可以保证高时效性的前提下，将定位精度由伪距单点定位的米级提升至分米级。
附图说明
图1是本发明的基于广播星历的GPS/Galileo/BDS-3精密单点定位方法流程图；
图2是GPS、Galileo和BDS-3***最佳SISRE参数的随机游走过程噪声图；
图3是测站静态坐标解算结果图；
图4是测站动态坐标解算结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本实施例选用MGEX连续运行观测站NKLG，能同时接收GPS、Galileo和BDS-3双频观测数据，数据观测时间为2021年11月1日的24小时连续观测数据。
如图1所示，一种基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法，包括以下步骤：
S1、从GNSS接收机原始观测文件中提取GPS、Galileo和BDS-3卫星的伪距观测值、载波相位观测值和广播星历；对GNSS数据进行预处理，联合MW组合和GF组合进行周跳探测，剔除存在周跳的观测数据；对观测值中的卫星和接收机天线相位中心、地球自转、相对论效应、天线相位缠绕等误差通过误差模型进行修正；
S2、通过广播星历拉格朗日多项式内插，计算各时刻卫星的广播轨道和广播钟差；
S3、根据广播轨道和广播钟差数据通过式(1)计算各GNSS卫星的广播星历空间信号测距误差(signal-in-space range error，SISRE)：
Figure BDA0003572256050000041
式中，R、A和C分别表示广播星历的径向、迹向和法向卫星轨道误差；Δcdt表示广播星历的卫星钟差；wR和wA,C表示SISRE的贡献因子；RMS表示误差的均方根(Root MeanSquare)；
S4、建立SISRE补偿的基于广播星历的多***精密单点定位模型，其中SISRE作为随机游走过程参数进行估计：
Figure BDA0003572256050000051
式中，p和l分别表示伪距和载波相位观测值；G表示GPS，Q表示Galileo和BDS-3；x表示三维坐标，u为对应的方向向量；
Figure BDA0003572256050000052
表示接收机钟差；
Figure BDA0003572256050000053
表示Galileo或BDS-3与GPS间的***时间偏差；Zw表示天顶方向对流层延迟，Mw为对应的投影函数；
Figure BDA0003572256050000054
表示电离层延迟，γi为电离层放大因子；
Figure BDA0003572256050000055
表示载波相位模糊度；S表示SISRE补偿参数；ε和ξ分别表示伪距和载波相位观测噪声；
S5、通过基于广播星历的多***精密单点定位模型进行坐标参数解算，其中SISRE参数采用不同过程噪声进行随机游走过程估计，对获得的一系列坐标参数解；进行灵敏度分析，确定最优的坐标参数解，从而确定各GNSS***SISRE的最佳过程噪声；采用1mm作为SISRE灵敏度分析的间隔，试验分析出各GNSS***的最佳SISRE参数的随机游走过程噪声；图2给出了GPS、Galileo和BDS-3各***SISRE灵敏度分析的结果；依据图的结果给出各GNSS***最佳SISRE参数的随机游走过程噪声，GPS和BDS-3***SISRE最优过程噪声在8mm附近，而Galileo的SISRE最优过程噪声在4mm左右。
S6、将S3步骤中获得SISRE值作为SISRE参数估计的初始值，S5步骤获得的最佳过程噪声作为SISRE的随机游走过程噪声，通过卡尔曼滤波对SISRE补偿的基于广播星历的多***精密单点定位模型进行解算，获得每个历元的实时高精度的坐标参数解；图3为测站静态坐标解算结果，可以得到基于广播星历的GPS/Galileo/BDS-3实时精密单点定位方法的定位精度明显优于传统SPP方法的定位精度；图4为动态坐标解算结果，同样可以得到基于广播星历的GPS/Galileo/BDS-3实时精密单点定位方法的定位精度优于SPP。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、从GNSS接收机原始观测文件中提取多导航***卫星的伪距观测值、载波相位观测值和广播星历，并对GNSS数据进行预处理；
S2、通过广播星历拉格朗日多项式内插，计算各时刻卫星的广播轨道和广播钟差；
S3、根据广播轨道和广播钟差数据计算各GNSS卫星的广播星历空间信号测距误差；
S4、建立SISRE补偿的基于广播星历的多***精密单点定位模型，SISRE作为随机游走过程参数进行估计；
S5、通过基于广播星历的多***精密单点定位模型进行坐标参数解算，SISRE参数采用不同过程噪声进行随机游走过程估计，对获得一系列坐标参数解进行灵敏度分析，确定最优的坐标参数解，从而确定各GNSS***SISRE参数最佳的随机游走过程噪声；
S6、将S3中获得SISRE值作为SISRE参数估计的初始值，S5获得的最佳过程噪声作为SISRE的随机游走过程噪声，通过卡尔曼滤波对SISRE补偿的基于广播星历的多***精密单点定位模型进行解算，获得每个历元的实时高精度的坐标参数解。
2.根据权利要求1所述的基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法，其特征在于，所述广播星历空间信号测距误差公式为：
Figure FDA0004163617940000011
式中，R、A和C分别表示广播星历的径向、迹向和法向卫星轨道误差；Δcdt表示广播星历的卫星钟差；wR和wA,C表示SISRE的贡献因子；RMS表示误差的均方根。
3.根据权利要求1所述的基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法，其特征在于，所述SISRE作为随机游走过程参数进行估计公式为：
Figure FDA0004163617940000021
式中，p和l分别表示伪距和载波相位观测值；G表示GPS，Q表示Galileo和BDS-3；x表示三维坐标，u为对应的方向向量；
Figure FDA0004163617940000022
表示接收机钟差；
Figure FDA0004163617940000025
表示Galileo或BDS-3与GPS间的***时间偏差；Zw表示天顶方向对流层延迟，Mw为对应的投影函数；
Figure FDA0004163617940000023
表示电离层延迟，γi为电离层放大因子；
Figure FDA0004163617940000024
表示载波相位模糊度；S表示SISRE补偿参数；ε和ξ分别表示伪距和载波相位观测噪声。
4.根据权利要求1所述的基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法，其特征在于：所述导航***包括GPS、Galileo和BDS-3。
5.根据权利要求1所述的基于广播星历的卫星导航实时精密单点定位方法，其特征在于，所述预处理包括：联合MW组合和GF组合进行周跳探测，剔除存在周跳的观测数据；对观测值中的卫星和接收机天线相位中心、地球自转、相对论效应、天线相位缠绕误差通过误差模型进行修正。
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