一种快速收敛的精密单点定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及全球导航卫星定位技术领域，尤其设及一种快速收敛的精密单点定位 方法。
【背景技术】
[0002] 精密单点定位（PrecisePoint化sitioning，简称PP巧是基于状态空间域改 正信息的高精度定位方法，基本实现方法为：用户采用一台GNSS(Global化vigation Sate11iteSystem)接收机的双频码伪距和载波相位观测值，通过国际GNSS服务组织 (InternationalGNSSService,简称IG巧提供的GNSS精密轨道和精密钟差产品内插出相 应观测时刻的卫星轨道和钟差信息，同时应用误差模型修正天线相位中屯、、地球自转、固体 潮软等误差源的影响，进行单站绝对定位。目前，位置解收敛到静态厘米级、动态分米级的 精度通常需要较长的时间，如静态模式下一般需要20~30分钟才能收敛到厘米级。收敛 速度慢是限制PPP技术更加广泛应用的主要原因。
[0003]自从精密单点定位技术被提出W来，许多专家学者提出了多种定位方法，如 Kouba在期刊"GPS Solutions"2001年第5卷第2期中提出了标准消电离层组合方 法扣n-Difference ionosphere-free combined method，简称UD方法），Gao Y在期干U "化vigation"2002年第49卷第2期中提出了UofC方法（University of化Igary method, 简称化fC方法）。运两种方法均采用了消电离层组合，虽然降低了电离层延迟对定位的影 响，但放大了观测噪声和多路径效应，不利于位置解的快速收敛；张宝成在"测绘学报"2010 年第39卷第5期中提出了非差非组合方法OJn-Combined method,简称UC方法），该方法采 用参数估计形式将电离层延迟模拟成随机游走，但采用了原始码伪距观测值，观测噪声仍 然较大，且无法降低轨道误差对定位的影响。另外，Ge M在期刊"化urnal of Geodesy"2008 年82卷第7期中、张小红在期刊"武汉大学学报?信息科学版"2010年第35卷第6期中、 Shi J在期刊"GPS Solutions" 2014年第66卷第1期中均实现了基于相位偏差改正的精 密单点定位固定解，虽在一定程度上提高了PPP收敛速度和定位精度，但参数的解算仍需 基于上述=种基本方法来实现。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种快速收敛的精密单点定位方法，有效降低 观测噪声、轨道误差对滤波收敛速度与定位精度影响，并利用对流层延迟、电离层延迟历元 间缓慢变化的特性作为约束条件，提高了精密单点定位解算的性能。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种快速收敛的精密单点定位方法，包括如下步骤：
[0007] (S1)、对全球导航卫星的观测数据进行预处理：
[0008] 采用M-W组合法和电离层残差法对原始载波相位观测值中存在的周跳进行探测， 并修复；
[0009] 对天线相位中屯、偏差、地球自转、相对论效应、天线相位缠绕误差源的影响进行修 正；
[0010] 对精密卫星轨道和卫星钟差数据进行拉格朗日多项式内插，获取观测时刻的卫星 轨道和卫星钟差；
[0011] (S2)、顾及电离层延迟对不同频率观测值的影响关系，建立卫星的原始载波相位 观测值^巧日心！的观测方程，如公式巧）、公式（6)所示：
[0014] 其中，S表示卫星，《巧日取;表示载波相位观测值，P表示卫星与接收机之间的几 何距离，C表示真空中光的速度，巧表示接收机钟差，诉、表示卫星钟差，雌、分别表 示对流层干、湿迟延映射函数；S,hd、5,?4分别表示对流层天顶方向干延迟和湿延迟，为 载波相位观测值&?中站星视线方向的电离层延迟，而'、i语分别为原始载波相位观测值 和也!的模糊度，fi、f2为载波相位的频率，^ 1、^康示载波相位的波长，S。;、表示载波 相位观测值的观测噪声；
[0015] (S3)、根据原始码伪距观测值時和原始载波相位观测值构建码相位半合组合 观测值的观测方程，如公式（7)所示：
[0016]
[0017] (S4)、根据原始载波相位观测值?巧日?^构建几何无关组合观测值?苗的观测方 程，如公式（8)所示：
[0018]
[001引 烦）、联合原始载波相位观测值(1>巧帷;的观测方程、码相位半合组合观测值峰 的观测方程和几何无关组合观测值?备的观测方程构建改进的精密单点定位的观测方程， 如公式（9)所示，
[0020]
[0021] (S6)、采用卡尔曼滤波对改进的精密单点定位的观测方程中的参数进行估计，得 到接收机位置信息和对流层延迟、电离层延迟信息。
[0022] 作为上述方案的进一步优化，对步骤（S5)的改进的精密单点定位的观测方程进 行线性化处理，得到公式（10):
[0023] y似=A?X似 +e^ey~N(0,Qy) (10)
[0024] 其中，y似为观测向量，其维数为4j，j为历元k同步观测到的卫星数量；X似为 待估参数向量，维数为巧+3j)，A为设计矩阵，为测量噪声向量，Qy为测量噪声向量ey 的协方差阵；y化)、X(k)和A表达式分别为
[002引其中，X、Y、Z为接收机S维位置，@表示克罗内克积，64为各元素均为1的4维列 向量，I，为j维单位矩阵，B、C和D子矩阵的含义分别为：
[0029]
[0030] 其中，l、m、n分别为接收机到卫星的方向余弦。
[0031] 作为上述方案的进一步优化，步骤（S5)得到的改进的精密单点定位的观测方程 第k历元对应的协方差阵Qy(k)，如公式（11)所示：
[0032] (11)
[0033] 其中
矮表示克罗内克积，I.，为j维单位 矩阵，鸣、<'< 分别为卫星原始载波相位观测值巫1、巫2,原始码伪距观测值P2的测 量噪声的方差。
[0034] 与已有技术相比，本发明的一种快速收敛的精密单点定位方法的有益效果体现 在：
[0035] 1、本发明的一种快速收敛的精密单点定位方法有效地降低观测噪声、轨道误差对 滤波收敛速度与定位精度影响，提高了精密单点定位解算的性能。
[0036] 2、本发明的一种快速收敛的精密单点定位方法，不仅降低了观测噪声和轨道误差 对定位的影响，还可W利用大气延迟平稳变化的特性作为约束提高滤波收敛速度，其构建 的改进的精密单点定位的观测方程，具有更好的模型结构，采用卡尔曼滤波对改进的精密 单点定位的观测方程进行参数估计，能克服现有解算方法的技术缺陷。
[0037] 3、本发明的一种快速收敛的精密单点定位方法，能快速地实现精密单点定位厘米 级位置解，可提高精密单点定位收敛速度W及定位精度。
【附图说明】
[0038] 图1是本发明的一种快速收敛的精密单点定位方法的流程图。
[0039] 图2为本发明的应用实施例采用的IGS观测站的分布图。
[0040] 图3为使用本发明方法和UC方法对公共滤波收敛数据处理后的收敛时间统计结 果图。
[0041] 图4为使用本发明方法和UC方法对公共滤波收敛数据处理后的平面位置偏差统 计结果图。
[0042] 图5为使用本发明方法和化fC方法对公共滤波收敛数据处理后的收敛时间统计 结果图。
[0043] 图6为使用本发明方法和化fC方法对公共滤波收敛数据处理后的平面位置偏差 统计结果图。<