CN104407368A - 基于北斗卫星导航系统的高精度差分信息生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星导航系统的高精度差分信息生成方法，它涉及大地测量、卫星导航等领域，特别涉及导航卫星系统自主完好性计算和系统完好性计算、差分信息生成等计算方法，所述技术包括：1、根据天线高度、PCO值进行相位中心改正；2、根据已知点位信息计算系统完好性信息；3、剔除故障卫星；4、对可见的健康卫星生成伪距差分改正信息；5、对可见的健康卫星生成载波相位差分改正信息；6、按最简格式进行差分信息发播。本发明由于充分考虑了自主完好性和系统完好性因素，所以提供给用户的差分信息更具实用性；另外，充分考虑原始观测信息形成过程中的误差并对其进行处理，因此具有更高的精度特点。

Description

基于北斗卫星导航系统的高精度差分信息生成方法

技术领域

本发明涉及大地测量、卫星导航领域，特别涉及导航卫星系统自主完好性计算和系统完好性计算、差分信息生成等计算方法。 

背景技术

北斗卫星导航定位系统是我国自主研制和建设的新一代卫星导航定位系统。目前，系统由5颗GEO卫星、5颗IGSO、4颗MEO卫星组成，系统每颗卫星发播三个频点、两个支路的导航信号，能够满足多种形式的使用要求，同时系统指标将达到世界同类卫星导航定位系统水平，特别是对高精度卫星导航用户机的应用有着巨大的优势。 

差分信息可以是原始的观测量信息+已知点坐标的形式，也可以是经过已知位置信息改正过的载波和伪距差分信息。无论是哪种方式的差分信息，精度是其存在的重要条件。差分信息的高精度形成，需要从天线相位中心改正、原始观测量精度、完好性状况、最简协议下的无精度损失协议等方面综合设计实现。 

传统差分信息形成算法只是针对用户机接收到的所有卫星的观测量信息形成差分信息，发播给用户。未考虑到卫星出现故障的情况或是仅仅通过截止高度角设置等简单处理，来筛选合适卫星信息。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高精度差分信息形成算法，该方法在传统差分信息形成算法的基础上，由自主完好性（RAIM）和系统完好性处理后的卫星数据进行分析解算，以达到给用户提供可靠、高精度的差分信息的目的。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于北斗卫星导航系统的高精度差分信息生成方法，其特征在于，通过对精确的已知坐标信息和架设的零相位中心天线高度、PCO信息，生成一定范围内的高精度的伪距差分信息和载波相位差分信息，并将这些信息压缩，以最简格式进行发播。 

具体包括以下步骤： 

（1）根据天线高度、PCO值进行相位中心改正；

（2）根据已知点位信息计算系统完好性信息；

（3）计算自主完好性并剔除故障卫星；

（4）对可见的健康卫星生成伪距差分改正信息；

（5）对可见的健康卫星生成载波相位差分改正信息；

（6）按最简格式进行差分信息发播。

本发明的有益效果： 

本发明利用基准站设置在坐标高精度已知的条件，通过星历信息，计算出卫星至基准站天线相位中心的精确距离信息。利用反算得到的电离层延迟、对流层延迟模型改正等算法处理后的距离改正，对原始距离信息进行改正。由于充分考虑了自主完好性和系统完好性因素，所以提供给用户的差分信息更具实用性；另外，充分考虑原始观测信息形成过程中的误差并对其进行处理，因此具有更高的精度特点。

附图说明

图1为本发明高精度差分信息形成方法的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。 

本发明高精度差分信息形成方法如图1所示，主要包括：（1）利用基准站设置在坐标高精度已知的条件，通过星历信息，计算出卫星至基准站天线相位中心的精确距离信息。利用反算得到的电离层延迟、对流层延迟模型改正等算法处理后的距离改正，对原始距离信息进行改正；（2）据此，再将经距离改正的伪距或载波历元差信息与计算的精确距离信息进行比较，从而判断出可能存在故障的卫星，并剔除故障卫星；（3）如果卫星信息正常，转入自主完好性监测流程，经自主完好性监测算法“考验”的卫星信息，再结合截止高度角信息，将剩余的原始观测量信息或差分信息经相位中心改正等处理后，发播给用户。 

本发明的具体方法主要分为如下6个步骤，各步骤的具体内容如下： 

（1）根据天线高度、PCO（天线相位中心偏差）值进行相位中心改正：

PCO，反映的是平均天线相位中心与天线参考点之间的偏差，其数值可以由天线制造商或者其他的第三方机构来测定，在站心坐标系下表示，比如 N 、E、 U方向的偏差值。根据此偏差值，结合已知点坐标，将天线相位中心所在位置处理为已知点，且坐标高精度已知。

（2）根据已知点位信息计算系统完好性信息 

伪距观测模型可表示为： 

其中，是观测伪距与近似计算伪距差值的维矢量，为卫星数；是维的系数矩阵；是4维待参数矢量，包括3个用户位置改正参数和1个接收机钟偏改正参数；是维观测伪距噪声矢量；是维观测伪距权矩阵：

为改正伪距的权，可定义为：

依据最小二乘原理，差分定位解为：

                      

其中，，S为阶矩阵，为经差分改正的伪距观测量。改正伪距的权由用户卫星星历及钟差改正误差、用户电离层延迟改正误差和用户局部观测误差共同决定，并假设各观测量之间独立。

由卫星星历及钟差改正误差置信限值UDRE和电离层延迟改正误差置信限值GIVE。基准站接收到这些信息后，顾及接收机局部观测误差，则定位域完善性确定的表达式为： 

上述表达式中，VPL为垂直方向的定位误差保护限值，HPL为水平方向的综合保护限值，XPL、YPL分别为水平x、y方向的保护级，，、、分别为转换矩阵对应的各行元素，为电离层倾斜因子，为卫星星历及钟差改正相应的误差 ，为相应的电离层视线改正误差。

（3）计算自主完好性并剔除故障卫星 

采用最小二乘残差法来识别和判断某颗出现故障的卫星，将该颗卫星进行剔除。依据最小二乘原理，可算得用户状态的最小二乘解为：

令，由上式得用户状态误差为：

伪距残差向量为：

伪距残差向量的协因数阵为：

代入，则伪距残差向量表示为：

综合伪距残差向量得验后单位权中误差为：

无故障假设，则

有故障假设，则

在无伪距故障时，系统应该处于正常检测状态，如果出现检测告警，则为误警。因此，给定误警概率，应有下面的概率等式成立。

通过上式确定了的检测限值，则的检测限值为。可事先给定，导航解算时，将实时计算的与比较，若，则表示检测到故障，向用户发出告警。 

（4）对可见的健康卫星生成伪距差分改正信息； 

经过b)，c)两步后，将原始的伪距观测信息与计算的理论星地距作差，进行距离改正，计算出伪距差分信息。

（5）对可见的健康卫星生成载波相位差分改正信息； 

经过b)，c)两步后，将原始的相位观测信息与计算的理论星地距作差，进行距离改正，计算出载波相位差分信息。

（6）按最简格式进行差分信息发播。 

可以按RTCM104协议，将伪距和载波相位差分信息及基准站点信息发播给用户，用户接收到此差分信息后，经过相应的处理，实现高精度的定位。 

北斗差分基准站设备能为用户提供高精度的北斗差分信息服务，是保证武器装备实现高精度差分定位的关键。北斗差分基准站通过已知点上的卫星导航信号的接收、处理，生成伪距和载波相位差分改正信息，通过差分信息传输设备将这些差分信息发播给流动站，从而实现流动站的精密定位。 

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种基于北斗卫星导航系统的高精度差分信息生成方法，其特征在于，通过对精确的已知坐标信息和架设的零相位中心天线高度、PCO信息，生成一定范围内的高精度的伪距差分信息和载波相位差分信息，并将这些信息压缩，以最简格式进行发播。

2.如权利1所述的基于北斗卫星导航系统的高精度差分信息生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据天线高度、PCO值进行相位中心改正；

（2）根据已知点位信息计算系统完好性信息；

（3）计算自主完好性并剔除故障卫星；

（4）对可见的健康卫星生成伪距差分改正信息；

（5）对可见的健康卫星生成载波相位差分改正信息；

（6）按最简格式进行差分信息发播。