CN107015251B - 一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法 - Google Patents

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Abstract

一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法，本发明涉及一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法。本发明为了解决传统GNSS伪距单点定位的测点精度低，实际应用价值有限的缺点。本发明包括：步骤一：在已知测站点P上进行n个观测日的GNSS伪距单点定位；步骤二：计算GNSS卫星运行的一个周期内其伪距单点定位误差坐标分量的恒星时的时间序列；步骤三：对GNSS伪距单点定位结果进行改正，得到改正后的伪距单点定位结果。本发明方法削弱了伪距单点定位中由卫星分布引起的误差，相比传统的伪距单点定位提高了定位精度约1倍。本发明用于GNSS伪距单点定位领域。

Description

一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法
技术领域
本发明涉及全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法。
背景技术
由于GNSS接收机在接收卫星信号的过程中受到多种误差的影响，而这些误差源具有较强的相关性。因此，一般通过差分技术消除基准站与观测站之间的相关误差，从而大幅度提高了定位精度。但是，相对定位的作业模式在工作时至少需要两台接收机同步接收卫星信号，作业成本较高。与之相比，GNSS伪距单点定位作业模式只需要一台接收机就可以测定待测点位置坐标，既节省了作业成本又提高了工作效率。然而，GNSS伪距单点定位的测点精度偏低，很大程度上限制了其在实际工作中的应用。为了提高GNSS伪距单点定位精度，许多学者对其定位原理和算法进行了深入地研究，例如大气延迟、接收机钟跳、定位算法的改进等。然而，传统系统误差处理方法对定位精度的提高不大，实际应用价值有限。因此，对于GNSS伪距单点定位系统误差的处理需要寻找新的切入点才能有突破性的发展，切实促进其在实际工作中的应用。
GNSS卫星分布对定位结果产生较大影响，例如，卫星构型的PDOP值是衡量定位精度的重要指标。同时，GNSS卫星具有固定的运行周期，那么GNSS定位误差也可能具有周期变化的特性，然而甚少有学者对其进行深入研究。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统GNSS伪距单点定位的测点精度低的问题，而提出一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法。
一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法包括以下步骤：
步骤一：在已知测站点P(xp、yp、zp)上进行n个观测日的GNSS伪距单点定位；所述GNSS为全球导航卫星系统；其中xp为已知点P的纵坐标值；yp为已知点P的横坐标值；zp为已知点P的高程值；
步骤二：计算GNSS卫星运行的一个周期内其伪距单点定位误差坐标分量的恒星时的时间序列{[Δx(t),Δy(t),Δz(t)],t＝1,2,…}；
其中Δx(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中纵坐标的改正数；Δy(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中横坐标的改正数；Δz(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中高程值的改正数；
步骤三：对GNSS伪距单点定位结果进行改正，得到改正后的伪距单点定位结果。
本发明的有益效果为：
本发明公开了全球导航卫星系统伪距单点定位误差随时间规律变化的特性，根据此特性对全球导航卫星系统伪距单点定位误差进行改正。在现有的技术水平下可将伪距单点定位误差降低一半左右。通过确定全球导航卫星系统伪距单点定位误差坐标分量的时间序列，建立伪距单点定位误差的数学改正模型，对定位结果进行改正，提高定位精度。本发明适用于改正和削弱全球导航卫星定位系统伪距单点定位过程中随时间周期变化的定位误差。
通过本发明中一种GNSS伪距单点定位误差改正的方法削弱了伪距单点定位中由卫星分布引起的误差，相比传统的伪距单点定位提高了定位精度约1倍。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为在某已知点上在地方恒星时8:33-16:33期间10个观测日的GPS伪距单点定位X坐标误差时间序列图；
图3为在某已知点上在地方恒星时8:33-16:33期间10个观测日的GPS伪距单点定位Y坐标误差时间序列图；
图4为GPS伪距单点定位误差X坐标分量恒星时时间序列图；
图5为GPS伪距单点定位误差Y坐标分量恒星时时间序列图；
图6为传统GPS单点伪距单点定位结果和进行时间序列改正后的定位结果X坐标误差对比情况图；
图7为传统GPS单点伪距单点定位结果和进行时间序列改正后的定位结果Y坐标误差对比情况图。
具体实施方式
具体实施方式一：一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法包括以下步骤：
步骤一：在已知测站点P(xp、yp、zp)上进行n个观测日的GNSS伪距单点定位；所述GNSS为全球导航卫星系统；其中xp为已知点P点的纵坐标值；yp为已知点P点的横坐标值；zp为已知点P点的高程值；
步骤二：计算GNSS卫星运行的一个周期内其伪距单点定位误差坐标分量的恒星时的时间序列{[Δx(t),Δy(t),Δz(t)],t＝1,2,…}；
其中Δx(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中纵坐标的改正数；Δy(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中横坐标的改正数；Δz(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中高程值的改正数；
步骤三：对GNSS伪距单点定位结果进行改正，得到改正后的伪距单点定位结果。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤二中计算GNSS卫星运行的一个周期内其伪距单点定位误差坐标分量的恒星时的时间序列{[Δx(t),Δy(t),Δz(t)],t＝1,2,…}的具体过程为：
步骤二一：将定位结果中的观测时间转换为地方恒星时；
步骤二二：计算n个观测日各恒星时段的定位误差坐标分量，第k个观测日第i时段定位结果Pki(xki、yki、zki)的误差坐标分量为Δxki、Δyki、Δzki；
其中xki为第k个观测日第i时段在P点上单点定位结果中的纵坐标值；yki为第k个观测日第i时段在P点上单点定位结果中的横坐标值；zki为第k个观测日第i时段在P点上单点定位结果中的高程值；
步骤二三、计算n个观测日同一恒星时段定位误差分量的算术平均值作为该时段的定位误差坐标分量时间序列值，第i时段的定位误差坐标分量时间序列值为Δx(i),Δy(i),Δz(i)；
其中Δx(i)为恒星时的第i个时段内定位结果中纵坐标的改正数；Δy(i)为恒星时的第i个时段内定位结果中横坐标的改正数；Δz(i)为恒星时的第i个时段内定位结果中高程值的改正数。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二二中Δxki、Δyki、Δzki的表达形式为：
Δxki＝xki-xp，Δyki＝yki-yp，Δzki＝zki-zp。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤二三中Δx(i),Δy(i),Δz(i)的表达形式为：
Figure BDA0001301067500000031
Figure BDA0001301067500000032
Figure BDA0001301067500000033
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤三中对GNSS伪距单点定位结果进行改正，得到改正后的伪距单点定位结果的具体过程为：
步骤三一、将观测时间转换为地方恒星时，与伪距单点定位误差时间序列的时段对应；
步骤三二、将观测时单点定位结果(x0,y0,z0)减去定位误差时间序列值Δx(i)、Δy(i)、Δz(i)，得到改正后的伪距单点定位结果(x,y,z)：
x＝x0-Δx(i)，y＝y0-Δy(i)，z＝z0-Δz(i)；
其中，x0为进行单点定位时测定的待测点的纵坐标值；y0为进行单点定位时测定的待测点的横坐标值；z0为进行单点定位时测定的待测点的高程值；x为改正后的待测点的纵坐标值；y为改正后的待测点的横坐标值；z为改正后的待测点的高程值。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
如图1所示，一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法的具体过程如下：
步骤一、在已知测站点P(-2671381.254,3758521.747)上进行10个观测日整个白天的平面位置坐标的GPS伪距单点定位；
步骤二、在观测时间区间上，计算GPS伪距单点定位误差平面位置坐标分量的恒星时时间序列{[Δx(t),Δy(t)],t＝1,2,…}，本例的时间间隔为5分钟，其具体过程如下：
步骤二一、将定位结果中的观测时间转换为地方恒星时，观测时间区间为地方恒星时8:33-16:33；
步骤二二、计算所有观测日各恒星时段的定位误差坐标分量，第k个观测日第i时段定位结果Pki(xki，yki)的误差坐标分量为Δxki、Δyki，其中Δxki＝xki+2671381.254,Δyki＝yki-3758521.747，10个观测日误差坐标分量如图2和图3所示；
步骤二三、计算所有观测日同一恒星时段定位误差分量的算术平均值作为该时段的定位误差坐标分量时间序列值，第i时段的定位误差坐标分量时间序列值为Δx(i),Δy(i),Δz(i)，其中
Figure BDA0001301067500000041
观测时间区间内的GPS伪距单点定位误差坐标分量的时间序列如图4和图5所示；
步骤三、对传统的GPS伪距单点定位结果进行改正，得到改正后的伪距单点定位结果，如图6和图7所示，其具体过程如下：
步骤三一、将观测时间转换为地方恒星时，与伪距单点定位误差时间序列的时段对应；
步骤三二、将伪距单点定位结果(x0,y0)减去定位误差时间序列值Δx(i),Δy(i)，得到最终的伪距单点定位结果：x＝x0-Δx(i),y＝y0-Δy(i)。图6和图7中展示的传统伪距单点定位结果与改正后定位结果可以看出，经过改正后的定位误差波动幅度比原始定位误差小，特别是在原始定位误差变化较大的两个时段上，其定位精度得到了显著提高，整体定位精度提高了1倍左右。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法，其特征在于：所述全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法包括以下步骤：
步骤一：在已知测站点P(xp、yp、zp)上进行n个观测日的GNSS伪距单点定位；所述GNSS为全球导航卫星系统；其中xp为已知点P的纵坐标值；yp为已知点P的横坐标值；zp为已知点P的高程值；
步骤二：计算GNSS卫星运行的一个周期内其伪距单点定位误差坐标分量的恒星时的时间序列{[Δx(t),Δy(t),Δz(t)],t＝1,2,…}；
其中Δx(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中纵坐标的改正数；Δy(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中横坐标的改正数；Δz(t)为恒星时的第t个时段内定位结果中高程值的改正数；
具体过程为：
步骤二一：将定位结果中的观测时间转换为地方恒星时；
步骤二二：计算n个观测日各恒星时段的定位误差坐标分量，第k个观测日第i时段定位结果Pki(xki、yki、zki)的误差坐标分量为Δxki、Δyki、Δzki；
其中xki为第k个观测日第i时段在P点上单点定位结果中的纵坐标值；yki为第k个观测日第i时段在P点上单点定位结果中的横坐标值；zki为第k个观测日第i时段在P点上单点定位结果中的高程值；
步骤二三、计算n个观测日同一恒星时段定位误差分量的平均值作为该时段的定位误差坐标分量时间序列值，第i时段的定位误差坐标分量时间序列值为Δx(i),Δy(i),Δz(i)；
其中Δx(i)为恒星时的第i个时段内定位结果中纵坐标的改正数；Δy(i)为恒星时的第i个时段内定位结果中横坐标的改正数；Δz(i)为恒星时的第i个时段内定位结果中高程值的改正数；
步骤三：对GNSS伪距单点定位结果进行改正，得到改正后的伪距单点定位结果，改正伪距单点定位结果的具体过程为：
步骤三一、将观测时间转换为地方恒星时，与伪距单点定位误差时间序列的时段对应；
步骤三二、将观测时单点定位结果(x0,y0,z0)减去定位误差时间序列值Δx(i)、Δy(i)、Δz(i)，得到改正后的伪距单点定位结果(x,y,z)：x＝x0-Δx(i),y＝y0-Δy(i),z＝z0-Δz(i)；
其中，x0为进行单点定位时测定的待测点的纵坐标值；y0为进行单点定位时测定的待测点的横坐标值；z0为进行单点定位时测定的待测点的高程值；x为改正后的待测点的纵坐标值；y为改正后的待测点的横坐标值；z为改正后的待测点的高程值。
2.根据权利要求1所述的一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法，其特征在于：所述步骤二二中Δxki、Δyki、Δzki的表达形式为：
Δxki＝xki-xp，Δyki＝yki-yp，Δzki＝zki-zp。
3.根据权利要求2所述的一种全球导航卫星系统伪距单点定位误差改正的方法，其特征在于：所述步骤二三中Δx(i),Δy(i),Δz(i)的表达形式为：
Figure FDA0003004980540000021
Figure FDA0003004980540000022
Figure FDA0003004980540000023
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