专利名称：一种利用载波相位中心值的多普勒差分补偿测速方法
技术领域：
本发明属于GPS高精度测速解算领域，具体涉及一种利用载波相位中心值的多普勒差分补偿测速方法。
背景技术：
基于GPS全球卫星导航定位系统的测速就是通过安装在运动载体上的接收机获取GPS导航卫星信号从而得到运动载体的运动速度。尽管运动载体的运行速度各不一样， 但不管是否是勻速运动，只要在运动载体上安装GPS导航卫星信号接收机，就可以在进行动态定位的同时，实时地测量它们的运行速度。基于GPS的测速系统的系统具有许多传统的速度测量系统(惯性导航系统)所没有的优点(1) GPS测速系统具有GPS本身特有的优点，不仅能提供载体的位置、航向等基本信息，而且能提供载体速度信息；(2) GPS测速精度高，因为测速系统利用的是GPS卫星信号的载波相位观测值；C3)没有累积误差，传统的惯性器件的测量误差会随着时间积累，而 GPS不会；(4)受环境影响小，如传统的惯性测速系统，受周围环境影响较大，惯性器件等受温度的影响较大；(5)不需要给定初始值，传统的惯性测量系统常常还需要初始对准；可以说GPS测速系统是多种设备功能集于一身，具有体积小、重量轻、稳定性高且成本低廉等优点οGPS测速主流有三种方法位置中心差分法、原始多普勒频移法、载波相位中心差分法。一般说来如果没有用载波相位确定了高精度位置，位置中心差分法的数据处理难度最大，因为用它来确定高精度的速度，需基于载波相位的高精度定位结果，而用载波相位定位的数据处理比较复杂；原始多普勒频移法的数据处理难度最小，它用原始多普勒频移和伪距观测值即可获得高精度的速度；载波相位中心差分法与原始多普勒频移法的数据处理难度很相近，仅仅多了载波相位中心差分计算多普勒频移这一步骤。位置中心差分法和载波相位中心差分法都要求载体作勻速运动，而载体一般只有在较短的时间内才会保持勻速运动，因此这两种方法都要求采样间隔不能过大。位置中心差分法和载波相位中心差分法要用到前后历元的观测值，在时间上都滞后一个历元，原始多普勒频移可以利用当前历元的观测值来实时确定速度，没有时间滞后。一般情况下，原始多普勒频移法是比较精确的方法，其速度精度主要取决于多普勒频移观测值的精度，基本不受载体运动状态的影响，载波相位观测值的精度在数值上优于多普勒频移观测值，如果载体作勻速运动，位置中心差分法和载波相位中心差分法所确定的速度精度将高于原始多普勒频移法。但是，如果载体速度变化比较大，原始多普勒频移法所确定的速度精度将优于位置中心差分法和载波相位中心差分法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于GPS测速系统利用载波相位中心值的多普勒差分补偿测速方法，建立静态接收基站和载体流动接收站，利用静态基站接
5收数据代入多普勒频移测速方程求取载波相位中心值的修正量，再将基站的载波相位中心修正值、载体的位置坐标参数和当前历元载波相位中心值代入多普勒频移测速方程差分补偿求取载体的速度。本发明提出一种利用载波相位中心值的多普勒差分补偿测速方法，具体包括以下几个步骤步骤一 C/A码粗解静态接收基站和载体流动接收站位置坐标(1)建立由静态接收基站和载体流动接收站组成的GPS测速系统，分别利用静态接收基站和载体流动接收站接收观测报文中的C/A码数据粗解静态接收基站和载体坐标参数；完成观测接收报文中载波相位观测值对C/A码伪距数据进行数据平滑处理，抑制C/A 码伪距数据信号的多径误差，平滑C/A码伪距数据。(2)进行静态接收基站和载体流动接收站的粗略定位
权利要求
1. 一种利用载波相位中心值的多普勒差分补偿测速方法，其特征在于具体包括以下几个步骤步骤一 C/A码粗解静态接收基站和载体流动接收站位置坐标(1)建立由静态接收基站和载体流动接收站组成的GPS测速系统，分别利用静态接收基站和载体流动接收站接收观测报文中的C/A码数据粗解静态接收基站和载体坐标参数； 完成观测接收报文中载波相位观测值对C/A码伪距数据进行数据平滑处理，抑制C/A码伪距数据信号的多径误差，平滑C/A码伪距数据；(2)进行静态接收基站和载体流动接收站的粗略定位Pi =^(X-Xs)2 +(Y-Ys)2+(Z-Zs)2 +C-At(1)其中P ^为第j颗卫星到载体流动接收站的伪距观测量；(X，Y，Z)为载体流动接收站的地心地固坐标系三维坐标位置；(Xs，r, Zs)为第S颗卫星在地心地固坐标系中的三维坐标位置；C为光速；At为载体流动接收站钟差；当载体流动接收站天线同时接收到四颗以上的卫星信号时，将每颗卫星到载体流动接收站伪距数据代入公式(1)，联立4个以上方程，解得载体流动接收站天线在地心地固坐标系中的位置坐标，利用从地心地固坐标系到当地水平坐标系的转换矩阵，计算得到当地水平坐标系载体流动接收站的位置坐标，完成 C/A码粗解静态接收基站和载体流动接收站位置坐标；步骤二 多普勒频移测速多普勒频移值fd等于信号接收频率f；与发射频率f之间的差异fd = fr"f (2)多普勒频移值fd为_(ν-ν-)·Γ _ (Vj-V)-Zj _-rfd= ~ ~ = ~ = T(3)其中Vs为卫星的运行速度；λ为卫星发射载波信号波长；V为载体流动接收站的速度； 卫星S到载体流动接收站处观测矢量的长度为Z = 4(x-XfHy-yfHzs-zf，卫星到载体流'K1xs-x动接收站处的单位观测矢量为〃=1 _ rsys-yKZs-Z；载体流动接收站相对于卫星的运行速度(v-vs)与单位观测矢量Γ的点积等于载体流动接收站向卫星靠近的距离变化率-,+_，，代表卫星与载体流动接收站之间的几何距离r对时间的导数； 伪距观测方程式为Pn =r" +Str +Stn +Γ +Τ" +ε"ρ(4)其中，P η是第η颗卫星到载体流动接收站的伪距观测值；rn是第η颗卫星到载体流动接收站的真实几何距离；δ tr是载体流动接收站钟差；δ tn是第η颗卫星的钟差；In是第η 颗卫星信号到载体流动接收站传播路径上的电离层延时量；Τη是第η颗卫星信号到载体流动接收站传播路径上的对流层延时量为误差总和； 将伪距观测方程式对时间求导，得到 jDl = r" + Sfr -δ/" + " + Τ" +ερ(5)其中，P"是第η颗卫星到载体流动接收站伪距观测值的变化率；δ f；是未知的接收机时钟频漂；S fn是第η颗卫星的时钟频漂；电离层延时变化率和对流层延时变化率”忽略不计；第η颗卫星与载体流动接收站之间的几何距离变化率广与载体流动接收站相对卫星的运行速度(V-Vn)之间的关系为
全文摘要
本发明公开了一种利用载波相位中心值的多普勒差分补偿测速方法，包括步骤一C/A码粗解静态接收基站和载体流动接收站位置坐标步骤二多普勒频移测速步骤三利用载波相位中心值进行差分补偿。速度的测量基于载波相位数据，且利用静态接收基站接收数据进行差分补偿载体流动接收站，有效地消除了静态接收基站和载体流动接收站共有的星历误差和大气传输误差所引起的速度偏差，因此测速精度很高。
文档编号G01S19/52GK102253399SQ20111011491
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者党超, 单志明, 吕东泽, 周宇, 徐定杰, 李志强, 沈锋, 王兆龙, 盖猛, 贺瑞, 陈阳 申请人:哈尔滨工程大学