一种GPS/BDS差分系统间偏差特性分析方法与流程

本发明涉及一种多系统融合导航定位技术，特别涉及一种gps/bds差分系统间偏差特性分析方法，属于gnss(globalnavigationsatellitesystem)定位与导航技术领域。

背景技术

在相对定位中，不同的卫星系统进行观测值融合处理时，通常采用两种模型：一种是各系统选择各自参考星的松组合模型，即系统内差分模型；另一种是不同系统选择共同参考星的紧组合模型，即系统间差分模型。对于cdma(codedivisionmultipleaccess)系统，卫星进行系统内差分时能够消除接收机端的载波和伪距硬件延迟，而在进行系统间差分时，由于各系统采用的信号调制方式不同，硬件延迟通常难以消除，需要提取出差分系统间偏差作为先验信息来进行紧组合定位。

目前针对差分系统间偏差的研究主要集中于不同系统的相同频率之间，其主要应用于单频定位模型。在多gnss观测值融合处理中会更多地遇到不同频率的情况，例如gps/bds双系统没有共同频率。因此仅研究系统间相同频率的差分系统间偏差不利于更好地发挥多gnss融合定位的优势，针对系统间不同频率(如gps/bds)的差分系统间偏差特性需进一步研究。

技术实现要素：

为弥补现有研究的不足，更好地发挥多gnss紧组合定位的优势，本发明提供一种gps/bds差分系统间偏差特性分析方法，利用gps/bds观测值构建系统间双差模型，通过引入bds基准卫星进行参数去相关，通过引入初始gps基准卫星虚拟站间单差模糊度基准进行基准回溯，恢复差分系统间偏差小数部分的连续性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种gps/bds差分系统间偏差特性分析方法，包括以下步骤：

步骤1，选择gps基准卫星，构建gps系统内双差模型与gps/bds系统间双差模型；

步骤2，选择bds基准卫星，进行参数去相关；

步骤3，进行基准回溯，恢复载波差分系统间偏差小数部分的连续性，输出基准回溯后的差分系统间偏差。

作为本发明的进一步技术方案，步骤1具体为：

步骤11，利用零基线，构建站间单差模型：

式中，s＝1g,2g,…,mg，mg表示gps卫星数，表示gps卫星s的站间单差载波观测值，表示gps卫星s的站间单差站星距，δdt表示站间单差接收机钟差，λg表示gps卫星波长，δδg表示gps卫星接收机端站间单差载波硬件延迟，表示gps卫星s的站间单差模糊度，表示gps卫星s的站间单差测量噪声，表示gps卫星s的站间单差伪距观测值，δdg表示gps卫星接收机端站间单差伪距硬件延迟，表示gps卫星s的站间单差伪距测量噪声；q＝1c,2c,…,nc，nc表示bds卫星数，表示bds卫星q的站间单差载波观测值，表示bds卫星q的站间单差站星距，λc表示bds卫星波长，δδc表示bds卫星接收机端站间单差载波硬件延迟，表示bds卫星q的站间单差模糊度，表示bds卫星q的站间单差测量噪声，表示bds卫星q的站间单差伪距观测值，δdc表示bds卫星接收机端站间单差伪距硬件延迟，表示bds卫星q的站间单差伪距测量噪声；

步骤12，选择gps基准卫星，根据步骤11所建的站间单差模型，建立gps系统内双差模型及gps/bds系统间双差模型：

以gps卫星1g为基准卫星，则式(5)与式(6)为gps系统内双差模型，式(7)与式(8)为gps/bds系统间双差模型：

式中，表示gps系统内双差载波观测值，表示gps系统内双差站星距，表示gps系统内双差模糊度，表示gps系统内双差载波观测噪声，表示gps系统内双差伪距观测值，表示gps系统内双差载波观测噪声；表示gps/bds系统间双差载波观测值，表示gps/bds系统间双差站星距，表示gps/bds系统间双差模糊度，表示gps基准卫星站间单差模糊度，表示gps/bds载波差分系统间偏差，表示gps/bds系统间双差载波观测噪声，表示gps/bds系统间双差伪距观测值，表示gps/bds伪距差分系统间偏差，表示gps/bds系统间双差伪距观测噪声。

作为本发明的进一步技术方案，步骤2具体为：

步骤21，选择bds基准卫星，将gps/bds系统间双差模糊度重参化：

选取bds卫星1c为基准卫星，则根据步骤12，gps/bds系统间双差模糊度表示为：

式中，表示bds基准卫星的站间单差模糊度，表示bds系统内双差模糊度，表示bds基准卫星与gps基准卫星的gps/bds系统间双差模糊度；

根据式(9)，式(7)表示为：

则为所有bds卫星的共有参数并且线性相关；

步骤22，合并共有参数，将载波差分系统间偏差重参化，实现参数去相关：

根据式(10)，合并共有参数后的gps/bds系统间双差观测方程表示为：

式中，重参化之后的载波差分系统间偏差

作为本发明的进一步技术方案，步骤3具体为：

步骤31，附加gps基准卫星初始虚拟站间单差模糊度基准：

设gps基准卫星虚拟站间单差模糊度初始值为0，即表示在初始历元t0的gps基准卫星虚拟站间单差模糊度，则t0历元的载波差分系统间偏差与进行基准回溯的载波差分系统间偏差分别为：

步骤32，进行基准回溯，恢复载波差分系统间偏差小数部分的连续性：

假设在第t1历元gps基准卫星变为ig，则此历元的虚拟站间单差模糊度载波差分系统间偏差及进行基准回溯的载波差分系统间偏差分别为：

步骤33，输出基准回溯后的差分系统间偏差。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明采用gnss系统间不同频率观测值进行差分系统间偏差分析克服了现有技术必依保证同gnss系统间观测值频率相同这一不足；

(2)本发明同时兼容了不同gnss系统间相同频率观测值差分系统间偏差计算这一情况。

附图说明

图1是本发明提供的一种gps/bds差分系统间偏差特性分析方法的流程图。

图2是bdsb1与gpsl1的载波差分系统间偏差序列图。

图3是bdsb1与gpsl1的伪距差分系统间偏差序列图。

图4是bdsb2与gpsl2的载波差分系统间偏差序列图。

图5是bdsb2与gpsl2的伪距差分系统间偏差序列图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明一种gps/bds差分系统间偏差特性分析方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，选择gps(globalpositioningsystem)基准卫星，构建gps系统内双差模型与gps/bds(beidounavigationsatellitesystem)系统间双差模型；

所述gps系统内双差模型与gps/bds系统间双差模型的构建包括以下步骤：

步骤11，利用零基线构建站间单差模型，消除空间相关误差间及卫星相关误差的影响：

假设共观测到mg颗gps卫星和nc颗bds卫星，则对于零基线，站间单差观测模型可以表示为：

式中，上标s＝1g,2g,…,mg表示gps卫星，表示gps卫星站间单差载波观测值(米)，表示gps卫星站间单差站星距，δdt表示站间单差接收机钟差，λg表示gps卫星波长，δδg表示gps卫星接收机端站间单差载波硬件延迟，表示gps卫星站间单差模糊度，表示gps卫星站间单差测量噪声，表示gps卫星的站间单差伪距观测值，δdg表示gps卫星接收机端站间单差伪距硬件延迟，表示gps卫星站间单差伪距测量噪声；上标q＝1c,2c,…,nc表示bds卫星，表示bds卫星站间单差载波观测值(米)，表示bds卫星站间单差站星距，λc表示bds卫星波长，δδc表示bds卫星接收机端站间单差载波硬件延迟，表示bds卫星站间单差模糊度，表示bds卫星站间单差测量噪声，表示bds卫星站间单差伪距观测值，δdc表示bds卫星接收机端站间单差伪距硬件延迟，表示bds卫星站间单差伪距测量噪声。

步骤22，选择gps基准卫星，根据步骤11所建站间单差模型，建立gps系统内双差模型及gps/bds系统间双差模型：

假设以gps卫星1g为基准卫星，则所建模型可表示为：

式(5)与式(6)即gps系统内双差模型，式(7)与式(8)即gps/bds系统间双差模型。其中，表示gps/bds载波差分系统间偏差，表示gps/bds伪距差分系统间偏差，表示gps系统内双差载波观测值，表示gps系统内双差站星距，表示gps系统内双差模糊度，表示gps系统内双差载波观测噪声，表示gps系统内双差伪距观测值，表示gps系统内双差载波观测噪声；表示gps/bds系统间双差载波观测值，表示gps/bds系统间双差站星距，表示gps/bds系统间双差模糊度，表示gps基准卫星站间单差模糊度，表示gps/bds系统间双差载波观测噪声，表示gps/bds系统间双差伪距观测值，表示gps/bds系统间双差伪距观测噪声。

至此，gps/bds系统间双差模型已建立，并已建立差分系统间伪距偏差计算模型。图3表示gpsl1与bdsb1的差分系统间伪距偏差序列图，图5表示gpsl2与bdsb2的差分系统间伪距偏差序列图。

步骤2，选择bds基准卫星，进行参数去相关。

所述参数去相关包括以下步骤：

步骤21，选择bds基准卫星，将gps/bds系统间双差模糊度重参化：

假设选取bds卫星1c为基准卫星，则根据步骤12，gps/bds系统间双差模糊度可表示为：

式中，表示bds基准卫星的站间单差模糊度，表示bds系统内双差模糊度，表示bds基准卫星与gps基准卫星的gps/bds系统间双差模糊度。

根据式(9)，式(7)可表示为：

式(10)中，为所有bds卫星共有参数并且线性相关。

步骤22，合并共有参数，将差分系统间偏差重参化，实现参数去相关：

根据式(10)，合并共有参数后的gps/bds系统间双差观测方程可表示为：

式中，为重参化之后的载波差分系统间偏差，后文将以形式作为载波差分系统间偏差。

步骤3，进行基准回溯，恢复载波差分系统间偏差(disb,differentialinter-systembias)小数部分的连续性。

所述进行基准回溯，恢复载波差分系统间偏差小数部分的连续性包括以下步骤：

步骤31，附加gps基准卫星初始虚拟站间单差模糊度基准：

设gps基准卫星虚拟站间单差模糊度初始值为0，即表示在初始历元t0的gps基准卫星虚拟站间单差模糊度，则t0时刻的载波差分系统间偏差与进行基准回溯的载波差分系统间偏差分别为：

步骤32，进行基准回溯，恢复载波差分系统间偏差小数部分的连续性：

假设在第t1历元gps基准卫星变为ig，则此历元的虚拟单差模糊度载波差分系统间偏差及进行基准回溯的载波差分系统间偏差分别为：

当gps基准卫星在其他时刻再次发生变化时，基准回溯方法同步骤32相同。

步骤33，输出基准回溯后的差分系统间偏差。

将基准回溯方法用表格形式表1如下：

表1：不同基准卫星下的载波差分系统间偏差

图2表示恢复了小数部分连续性的gpsl1与bdsb1的载波差分系统间偏差小数部分序列图，图4表示恢复了小数部分连续性的gpsl2与bdsb2的载波差分系统间偏差序列图。

差分系统间偏差的提取是多gnss紧组合高精度相对定位的前提。本方法以gps为基准系统，采用零基线构建gps系统内双差模型及bds系统间差分模型，通过引入bds基准卫星进行gps/bds系统间双差模糊度重参化及参数去相关。通过引入gps基准卫星初始历元虚拟站间单差模糊度基准进行基准回溯，恢复差分载波系统间偏差小数部分的连续性。本发明分析了gps/bds差分系统间偏差的时序特性，可为gps/bds双系统紧组合定位提供先验信息，以提高模糊度固定成功率及定位精度。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，还可做出一定的改进和润饰，这些改进和润饰均应视为本发明的权利保护范围。