CN105699997B - 一种使用glonass单频信号进行差分定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法，本方法仅需要GLONASS单频L1的观测数据，即可进行单独定位，不需要依赖于与北斗或者GPS的组合方式定位；并且通过差分和计算模糊度，可以达到高精度的载波相位定位结果，目前模糊度固定后，可以达到单历元厘米级别的精度，并可通过短时间的平滑提高精度水平，大大提高了GLONASS定位的精度水平；本方法也支持与北斗或者GPS的组合定位，将进一步提高精度、可靠性以及稳定性。

Description

一种使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法

技术领域

本发明涉及一种差分定位的方法，具体是一种使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法。

背景技术

差分定位也叫差分GPS技术，即将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。现有的差分定位方法包括GPS和GLONASS，GLONASS和GPS的不同之处在于，GPS信号处理是采用码分多址的方式，GLONASS采用的是频分多址的方式，即GPS的不同卫星的载波相位相同，而GLONASS不同卫星的载波相位不同。目前多数定位软件仅使用GLONASS进行辅助定位，即利用GPS和北斗的准确定位结果反算GLONASS模糊度之后，再利用GLONASS信号进行辅助定位提高精度，无法实现GLONASS的单独定位，也不能保证GLONASS定位精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法，具体步骤如下：

步骤1，利用载波观测量和码伪距观测量计算参考卫星单差模糊度N₁估计值；

步骤2，探测和修复后续历元观测量的周跳，对卫星单差模糊度N₁估计值进行平滑处理；

步骤3，使用参考卫星单差模糊度估计值对观测量做修正；

步骤4，使用广义卡尔曼滤波器进行卡尔曼滤波；

步骤5，利用滤波收敛得到的各个卫星双差模糊度M₁已知方差进行搜索，得到固定解；

步骤6，利用各个卫星双差模糊度M₁的固定解以及参考卫星单差模糊度N₁估计值进行最终定位。

作为本发明进一步的方案：观测量采用双差相位法得出。

作为本发明进一步的方案：卫星双差模糊度M₁采用最小二乘搜索。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方法仅需要GLONASS单频L1的观测数据，即可进行单独定位，不需要依赖于与北斗或者GPS的组合方式定位；并且通过差分和计算模糊度，可以达到高精度的载波相位定位结果，目前模糊度固定后，可以达到单历元厘米级别的精度，并可通过短时间的平滑提高精度水平，大大提高了GLONASS定位的精度水平；本方法也支持与北斗或者GPS的组合定位，将进一步提高精度、可靠性以及稳定性。

附图说明

图1为使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法，具体步骤如下：

步骤1，利用载波观测量和码伪距观测量计算参考卫星单差模糊度N₁估计值。记接收机下标为i，卫星上标为m，得到载波相位观测方程如下：

其中τ^m表示卫星钟差，t_i表示接收机钟差，c表示光速，为载波相位观测量，为模糊度，γ_i为接收机初始相位偏差，γ^m为卫星初始相位偏差，λ^m为波长，为电离层延迟，为对流层延迟，表示卫星到接收机的真实距离。

对同一颗卫星m，使用移动站i与基站j的观测方程做单差，在基线不长时，可以认为和相等，和相等，消去对流层延迟、电离层延迟、卫星钟差(以及轨道误差等)，单差后方程为：

记参考卫星的卫星编号为0，其单差方程为：

对方程(2)和方程(3)做差，得到双差方程：

其中，对公式(4)进行变形：

一般处理过程中，认为和Δγ_ij(λ^m-λ⁰)的值极小，可以忽略，然后公式即可变为和GPS的双差方程一样的形式进行处理，但双差模糊度无法取整，仅能得到浮点解；或者仅仅只是使用 GLONASS的码信息进行码伪距差分，达不到载波相位定位的高精度水平。

步骤2，探测和修复后续历元观测量的周跳，对卫星单差模糊度N₁估计值进行平滑处理。参考卫星的单差伪距观测方程为：

利用方程(3)和方程(6)计算参考卫星单差模糊度并忽略Δγ_ij的影响：

其误差水平由码伪距噪声决定，按照伪距误差5m计算，估计误差在25周以内。再使用载波相位平滑码伪距的思路，可以极进一步提高使用伪距反算的的精度水平。

步骤3，使用参考卫星单差模糊度估计值对观测量做修正。顾及到噪声的单差GNSS定位的伪距观测方程为：

ε_ρ：伪距观测噪声。同理，顾及噪声的载波相位观测方程为：

其中ε_L代表载波相位观测噪声。

因为ε_L比ε_ρ小很多，忽略ε_L，将方程变形，可以将单差模糊度表达为：

受噪声ε_p的影响故无法准确求解，但ε_p符合噪声的分布，故可以通过多个历元的平滑来降低噪声的影响，即可以表达为：

此时求得的记过平滑后，精度可以达到接近载波相位噪声水平，远好于平滑前的伪距噪声水平。因为(λ^m-λ⁰)的取值最大为0.000723m，约为波长的0.0038倍，因此的(平滑前25周误差或者平滑后10周误差)对双差模糊度仅有达到0.1-0.04周的影响，残留的误差对最终结果的精度影响极小，比传统的简单的忽略大大提高了精度水平。

步骤4，使用广义卡尔曼滤波器进行卡尔曼滤波求解。卡尔曼滤波方程如下：

写成矩阵形式如下：

卡尔曼滤波的方法对于卫星变化等复杂情况很有优势，对于最小二乘法方程叠加方法，当卫星某个历元消失后，不能放弃其之前的观测值，而当消失的卫星再出现之后，如果桥接不通过(很大可能)，则必须当做新卫星解算，导致法方程维数会变得很高，为求逆解算带来很大的运算量，影响解算效率。而卡尔曼滤波会保留消失卫星之前的观测值信息，故不会出现高阶法方程求逆的情况，极大的提高了解算效率。

步骤5，利用滤波收敛得到的各个卫星双差模糊度M₁已知方差进行搜索，得到固定解；

步骤6，利用各个卫星双差模糊度M₁的固定解以及参考卫星单差模糊度N₁估计值进行最终定位。再带入公式(11)进行求解即可得到最终位置信息。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，利用载波观测量和码伪距观测量计算参考卫星单差模糊度N₁估计值；

步骤2，探测和修复后续历元观测量的周跳，对卫星单差模糊度N₁估计值进行平滑处理；

步骤3，使用参考卫星单差模糊度估计值对观测量做修正；

步骤4，使用广义卡尔曼滤波器进行卡尔曼滤波；

步骤5，利用滤波收敛得到的各个卫星双差模糊度M₁已知方差进行搜索，得到固定解；

步骤6，利用各个卫星双差模糊度M₁的固定解以及参考卫星单差模糊度N₁估计值进行最终定位。

2.根据权利要求1所述的使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法，其特征在于，观测量采用双差相位法得出。

3.根据权利要求1所述的使用GLONASS单频信号进行差分定位的方法，其特征在于，卫星双差模糊度M₁采用最小二乘搜索。