一种消除导航定位卫星系统介质延时的方法
【专利说明】一种消除导航定位卫星系统介质延时的方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星定位技术领域，特别涉及一种消除导航定位卫星系统介质延时的 方法。 【【背景技术】】
[0002] 自从苏联第一颗人造卫星发射，美国人观测到卫星信号的多普勒频移，并且利用 多普勒频移进行卫星轨道的测量。不久美国人就提出利用卫星进行导航定位，这样就在美 国和苏联发展了第一代卫星导航系统。第一代导航系统卫星数量少，卫星轨道低，定位精度 差，而且每次只能观测到一颗卫星。当时卫星信号的频段相对较低，电离层延时误差不能忽 略，为消除电离层延时带来的误差开发了双频消除电离层误差的方法。此后美国开发GPS 第二代卫星导航定位系统，第二代卫星导航系统蓬勃发展。完全建成且正常运行的有美国 的GPS俄罗斯的GLONASS;中国的北斗二代已经具备区域导航能力，目前正在补发卫星向 全球导航系统迈进；欧洲的伽利略系统正在组建中；印度和日本计划建立区域卫星导航系 统。各卫星定位系统存在竞争关系，都在努力提高卫星定位精度。目前单GPS系统广播星 历精度几乎全部降到2m以内，钟差对测距的影响也在2m之内。这时利用单频C/A码定位 的接收机大气层和电离层延时是导致定位误差的重要因素。同时卫星的数量也不是刚建成 时的24颗目前有32颗卫星，在地面上可见卫星的数已经远远超过4颗，这为利用更多卫星 定位解算成为可能。
[0003] 消除电离层和大气层延时误差常见的做法有以下几种：利用电离层模型 (Klobuchar模型）消除电离层误差；利用双频接收机消除电离层误差；对流层延时利用气 象数据消除。其中电离层模型法消除效果不是很理想，双频接收机和采集气象数据都需要 增加成本。目前导航型接收机极少进行电离层和对流层延时误差修正，而这两项已经是影 响定位精度的重要因素。 【
【发明内容】
】
[0004] 为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种消除导航定位卫星系统介质延时的 方法，该方法可以明显提高定位解算精度。
[0005] 为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
[0006] -种消除导航定位卫星系统介质延时的方法，包括以下步骤：
[0007] 1)利用导航电文解算信号发送时刻卫星位置；
[0008] 2)利用卫星位置和经卫星钟差修正的伪距解算出测站位置和接收机钟差；进行 卫星导航定位解算，通过同时观测到4颗卫星建立四个方程，进行求解：
[0009]
[0010] 其中，i = 1 ~4, P 为伪距，XSat、YSat、Zsat为卫星位置，XUser、Y User、Zuser为测站位 置，C为真空中光速，A t。为接收机钟差；
[0011] 3)利用上述方程解算的结果计算卫星仰角A ;
[0012] 4)设天顶延时为L，卫星仰角为A的卫星信号延时为L/sin (A)，利用i颗卫星的观 测数据建立i个方程，i = l~n，n彡5:
[0013]
[0014] 解该方程得到测站位置。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0016] -种导航型接收机提高定位精度的计算方法，可应用在导航型接收机最后位置解 算处理中，该方法对产生信号延时的介质进行了水平均匀性假设，在水平均匀性假设下建 立了相关方程，同过解该方程可以明显提高定位解算精度。与没有采用介质延时的算法相 比，本发明算法嵌入到导航型接收机可以明显提高导航精度，如果该算法首先嵌入到北斗 导航型接收机，可以赶超GPS。 【【附图说明】】
[0017] 图1是本发明实际处理的效果图。 【【具体实施方式】】
[0018] 以下结合附图对本发明做进一步详细说明：
[0019] 本发明通过引入第五参数法消除电离层和对流层延时。
[0020] 卫星定位一般包括以下几步：
[0021] -、利用导航电文解算信号发送时刻卫星位置；
[0022] 二、利用卫星位置和经卫星钟差修正的伪距解算观测站坐标。
[0023] 由于接收机存在钟差，卫星导航定位解算中，一般要求至少同时观测到4颗卫星 建立四个方程（i = 1~4):
[0024]
[0025] 式中，P为伪距，XSat、YSat、Zsat为卫星位置，X UsCT、YUsCT、Zuser为测站位置，c为真空 中光速，At。为接收机钟差。利用上述方程解算出测站位置和接收机钟差，当超过4颗卫星 时使用最小二乘法解算。该计算方法没有考虑对流层和电离层延时带来的误差，这种误差 目前必须考虑。
[0026] 为克服对流层和电离层延时误差，假设电离层和对流层是水平均匀的。这样延时 只与仰角有关，这里假设为简单的三角关系，设天顶延时为L，这时仰角为A的卫星信号延 时为L/sin(A)，卫星仰角可以利用前面的结果解算。利用5颗卫星的个观测数据建立5个 方程（i = 1~5):
[0027]
[0028] 目前实际同时观测到的卫星数已经远不止5颗，利用最小二乘法解该方程可以消 除大部分介质延时，明显提高定位精度。本算法需要同时观测到5颗卫星，卫星数要求高， 这一条件近些年才满足，卫星定位出现的早期，如果采用该方法成本就难以承受，在GPS建 设初期为减少成本曾经压缩卫星数量，当卫星定位系统的巨大效益展现后，才不断补充卫 星提高系统可靠性，也为利用该算法提供了可能性。
[0029] 图1是本发明处理效果图。数据来源为IGS站点北京房山站2015年1月20日数 据，实线是没有使用本算法前偏差情况，平均偏离约20米，虚线是利用该算法后的情况，平 均偏离约10米，可以看出该算法可以明显提高定位精度。
【主权项】
1. 一种消除导航定位卫星系统介质延时的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 利用导航电文解算信号发送时刻卫星位置； 2) 利用卫星位置和经卫星钟差修正的伪距解算出测站位置和接收机钟差；进行卫星 导航定位解算，通过同时观测到4颗卫星建立四个方程，进行求解：其中，i = 1~4, P为伪距，XSat、YSat、Zsat为卫星位置，X UsCT、YUsCT、Zusct为测站位置，c 为真空中光速，At。为接收机钟差； 3) 利用上述方程解算的结果计算卫星仰角A ; 4) 设天顶延时为L，卫星仰角为A的卫星信号延时为L/sin (A)，利用i颗卫星的观测数 据建立i个方程，i = l~n，n彡5:解该方程得到测站位置。
【专利摘要】本发明公开了一种消除导航定位卫星系统介质延时的方法，包括以下步骤：1)利用导航电文解算信号发送时刻卫星位置；2)利用卫星位置和经卫星钟差修正的伪距解算出测站位置和接收机钟差；3)利用上述方程解算的结果计算卫星仰角A；4)设天顶延时为L，卫星仰角为A的卫星信号延时为L/sin(A)，利用至少5颗卫星的观测数据建立至少5个方程，利用有关方法解该方程得到测站位置。本发明算法可以消除绝大多数对流层延时，同时消除电离层延时水平均匀的部分明显提高单频接收机精度。
【IPC分类】G01S19/40
【公开号】CN105137461
【申请号】CN201510555510
【发明人】赵乐至, 刘勇, 魏旭, 郝子龙, 王庆镇
【申请人】中国人民解放军63655部队
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月1日