CN107607969A - 一种基于dcb改正的四系统伪距定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DCB改正的四系统伪距定位方法，包括如下步骤：首先四系统组合定位系统在伪距单点定位过程中利用IGS网站提供的DCB数据对卫星钟差进行修正；在此基础上利用卫星高度角确定权阵P；进一步对观测数据进行质量评定，根据数据的质量确定解算比重；筛选所需观测历元，得到定位解算结果；本发明克服了定位精度不高的缺点，在各种环境下定位精度和稳定性都要优于其他组合方式，即使在复杂环境下，仍可通过PDOP阈值的设置在降低连续定位能力的情况下提高定位的精度；通过对卫星钟差的DCB改正，验证了硬件延迟偏差对定位结果的影响，对于单频数据精度提高明显；其次，对于进一步发展伪距定位的应用范围以及明确DCB改正效果具有显著意义。
Description
技术领域
本发明涉及全球导航卫星系统(GNSS)卫星定位误差修正方法，尤其涉及一种基于DCB改正的四系统伪距定位方法。
背景技术
随着全球四大卫星导航系统的不断发展和完善，四系统组合定位方式能够给用户提供更加可靠与稳定的导航定位结果，因此对四系统组合方式的研究正越来越得到研究人员的关注。
在多系统组合卫星导航定位过程中，各类误差的影响以及各系统、各个卫星在解算过程中所占的权重都对定位结果有着不同程度的影响；在遮挡比较严重区域，采用多系统组合可以增加观测卫星数目，提高定位精度和可靠性，目前多系统组合伪距单点定位的研究主要集中在二、三系统的组合方式；其中，关于GPS/GLONASS系统融合的研究较为成熟，其次，国内对加入BDS的三系统研究较多。二、三系统的组合方式的定位结果一般保证平面精度10m以内，高程精度15m以内。在卫星钟硬件延迟方面，目前IGS已经能够提供四个系统的DCB数据，但是关于北斗与伽利略的研究还比较少，尤其是伽利略系统硬件延迟的改正效果需要测试。在定权方面，主要有先验定权法与验后定权法，先验定权方法精度低于验后定权方法，但是验后定权法的计算量较大。对于多系统组合方式中各个系统如何定权的研究比较少。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于DCB改正的四系统伪距定位方法，以解决目前四系统DCB改正效果不明确、复杂环境下定位精度无法确定是否在要求范围中的问题。
技术方案：一种基于DCB改正的四系统伪距定位方法，包括如下步骤：
(A)四系统组合定位系统在伪距单点定位过程中利用IGS网站提供的DCB数据对卫星钟差进行修正；
(B)在此基础上利用卫星高度角确定权阵P，并进一步对观测数据进行质量评定，根据数据的质量确定解算比重；计算公式如下：
伪距误差方程为：dX＝(ATPA)-1ATPL
其中，权阵P为
pj＝sin2Ej，Ej为单颗卫星观测时刻的卫星高度角；
(C)筛选所需观测历元，得到定位解算结果。
所述步骤(A)中，包括如下具体步骤：
(a1)通过IGS网站下载所需时间的DCB数据；
(a2)利用硬件延迟改正数学模型对各个频率卫星钟差进行修正：
式中，为IGS提供的卫星钟差；ts为卫星钟的实际钟差；为IGS规定的钟差基准；fm,fn为钟差基准中的采用的卫星钟频率；为IGS提供的fm与fi之间的硬件延迟偏差，i,m,n为导航系统的频率编号。
利用步骤(A)得到的卫星钟差修正参数，将伪距观测方程进行整理变换，得到新的加入DCB改正的观测方程，具体公式变化如下：
原始伪距观测方程为：
考虑硬件延迟偏差所得到的伪距观测方程为：
根据式(2)得到包含DCB数据的伪距观测方程：
式中，ρ为站星距，ρi为伪距，Ti为电离层改正，t′r接收机钟差改正，ts'卫星钟差改正，为频率Pi的硬件延迟，c为光速。
步骤(C)中，利用PDOP阈值筛选所需观测历元；当观测环境为空旷地带时，不设置PDOP阈值，当观测环境为复杂环境时，PDOP阈值设为5-10；所述PDOP阈值由观测环境确定；观测环境包括地理环境和定位要求。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下显著优势：1、通过一系列的误差改正与条件约束，克服了定位精度不高的缺点，在各种环境下定位精度和稳定性都要优于其他组合方式：在观测环境较好的情况下，定位精度能够保证平面在5m之内，高程在10m之内；在复杂环境下，可以通过PDOP阈值的设置在降低连续定位能力的情况下提高定位的精度，并且连续性较好；2、通过对卫星钟差的DCB改正，验证了硬件延迟偏差对定位结果的影响，对于单频数据精度提高明显，大约在1m左右；3、对于进一步发展伪距定位的应用范围以及明确DCB改正效果具有显著意义。
附图说明
图1是基于DCB改正四系统伪距定位算法流程图；
图2(a)-(c)是不同组合方式定位精度对比图；
图3是不同环境下组合系统的PDOP值。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的一种基于DCB改正的四系统伪距定位方法，具体流程如图1所示，四系统组合定位系统在伪距单点定位过程中利用IGS网站提供的DCB数据对卫星钟差进行改正，提高卫星钟精度，在此基础上利用卫星高度角定权进一步对观测数据进行质量评定，根据数据的质量确定解算比重。最后用户根据观测的地理环境和定位要求确定合适的PDOP阈值，对观测历元进行筛选，最终得到理想的定位解算结果。
本发明的基于DCB改正的四系统伪距定位方法，包括一系列的改正和条件约束，步骤如下：
(A)利用IGS提供的DCB数据对各个频率的卫星钟差进行修正，包括如下具体步骤：
(a1)通过IGS网站下载所需时间的DCB数据；
(a2)利用硬件延迟改正数学模型对各个频率卫星钟差进行修正，具体公式如式(1.1)、式(1.2)所示：
式中，为IGS提供的卫星钟差，ts为卫星钟的实际钟差，为IGS规定的钟差基准，fm,fn为钟差基准中的采用的卫星钟频率，为IGS提供的fm与fi之间的硬件延迟偏差，i,m,n为导航系统的频率编号。
(B)利用步骤(A)得到的卫星钟差改正参数，将伪距观测方程进行整理变换，得到新的加入DCB改正的观测方程，具体公式变化如下所示：
原始伪距观测方程如式(1.3)
考虑硬件延迟偏差所得到的伪距观测方程如式(1.4)
根据(1.2)式得到包含DCB数据的伪距观测方程如式(1.5)
式中，ρ为站星距，ρi为伪距，Ti为电离层改正，t′r接收机钟差改正，ts'卫星钟差改正，为频率Pi的硬件延迟，c为光速。
(C)对四系统伪距误差方程通过卫星高度角确定权阵，利用PDOP阈值筛选所需观测历元，具体公式如下：
dX＝(ATPA)-1ATPL (1.6)
伪距误差方程(1.6)中，权阵P为
pj＝sin2Ej，Ej为单颗卫星j观测时刻的卫星高度角。
关于PDOP阈值的设定是根据观测环境决定，当观测环境为空旷地带时，可以不用设置PDOP阈值，当复杂环境时，阈值设为5-10。
实施例：采用2016年4月20日IGS跟踪站PERT站点的观测文件和IGS提供的该时段卫星精密星历作为实验数据进行程序测试，解算分析了凌晨零点到2点30分，采样间隔为30s共300个历元的数据。
表1为不同组合方式可见卫星数统计，通过表1能够看出四系统组合方式在可见卫星数方面具有明显优势。
表1
如图2(a)-(c)所示为不同组合方式定位结果，其中，图2(a)为GPS定位结果，图2(b)为GPS+BDS定位结果，图2(c)为GPS+BDS+GLO+GAL定位结果；从图中能够明显看出，四系统组合方式在定位的精度和稳定性方面都要优于其他的组合方式。
表2为四系统组合定位经过DCB卫星钟差改正与未进行DCB卫星钟差改正所得到的定位结果。从表2中能够看出经过改正，定位结果在N方向提高了50％，E方向提高了66％。
表2
| DCB是否改正 | N方向RMS(m) | E方向RMS(m) |
| 未改正 | 1.65 | 1.88 |
| 已改正 | 0.83 | 0.63 |
| △RMS(m) | 0.82 | 1.25 |
如图3所示为四系统组合方式在截止高度角10°、30°、40°时观测历元的PDOP值，从图3可以看出在无遮挡的情况下，PDOP值一直保持一个很小的值，在本次测试中保持在2以内，随着遮挡物的逐步增加，PDOP值也不断增加，并且起伏加剧。
表3为复杂环境下不同PDOP阈值定位能力，表3列出了复杂环境下分别设置PDOP阈值为10、6、5时定位中误差与有效定位能力的情况。
表3
由表3可以看出，PDOP阈值越大，连续定位的能力越高，但精度下降。当阈值达到一定数值时，其对精度的约束效果减弱。在本次实验中阈值5反而比阈值6的精度略差，因此PDOP阈值并不是越小越好，在本次测试阶段，阈值6为合理设定，能够兼顾精度和连续性。
根据以上实验可以看出，使用本发明提出的基于DCB四系统伪距定位方法，利用了伪距单点定位速度快、不需要考虑整周模糊度以及接收机成本较低等优点，通过一系列的误差改正与条件约束，克服其定位精度不高的缺点。与其他组合方式相比，四系统组合定位方式在各种环境下定位精度和稳定性都要优于其他组合方式，在观测环境较好的情况下，定位精度能够保证平面在5m之内，高程在10m之内，在复杂环境下，可以通过PDOP阈值的设置在降低连续定位能力的情况下提高定位的精度，在本文中得出的参考阈值为6时精度能够保持在10m之内，并且连续性较好。通过对卫星钟差的DCB改正，验证了硬件延迟偏差对定位结果的影响，对于单频数据精度提高明显，大约在1m左右。对于进一步发展伪距定位的应用范围以及明确DCB改正效果具有显著意义。
Claims (6)
1.一种基于DCB改正的四系统伪距定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)四系统组合定位系统在伪距单点定位过程中利用IGS网站提供的DCB数据对卫星钟差进行修正；
(B)在此基础上利用卫星高度角确定权阵P，进一步对观测数据进行质量评定，根据数据的质量确定解算比重；具体计算公式如下：
伪距误差方程为：dX＝(ATPA)-1ATPL
其中，权阵P为
pj＝sin2Ej，Ej为单颗卫星观测时刻的卫星高度角；
(C)筛选所需观测历元，得到定位解算结果。
2.根据权利要求1所述的基于DCB改正的四系统伪距定位方法，其特征在于：所述步骤(A)中，包括如下具体步骤：
(a1)通过IGS网站下载所需时间的DCB数据；
(a2)利用硬件延迟改正数学模型对各个频率卫星钟差进行修正：
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式中，为IGS提供的卫星钟差；ts为卫星钟的实际钟差；为IGS规定的钟差基准；fm,fn为钟差基准中的采用的卫星钟频率；为IGS提供的fm与fi之间的硬件延迟偏差；i,m,n为导航系统的频率编号。
3.根据权利要求2所述的基于DCB改正的四系统伪距定位方法，其特征在于：利用步骤(A)得到的卫星钟差修正参数，将伪距观测方程进行整理变换，得到新的加入DCB改正的观测方程，具体公式变化如下：
原始伪距观测方程为：
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考虑硬件延迟偏差所得到的伪距观测方程为：
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根据式(2)得到包含DCB数据的伪距观测方程：
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式中，ρ为站星距，ρi为伪距，Ti为电离层改正，t'r接收机钟差改正，ts'卫星钟差改正，为频率Pi的硬件延迟，c为光速。
4.根据权利要求1所述的基于DCB改正的四系统伪距定位方法，其特征在于：步骤(C)中，利用PDOP阈值筛选所需观测历元；当观测环境为空旷地带时，不设置PDOP阈值，当观测环境为复杂环境时，PDOP阈值设为5-10。
5.根据权利要求4所述的基于DCB改正的四系统伪距定位方法，其特征在于：所述PDOP阈值由观测环境确定。
6.根据权利要求5所述的基于DCB改正的四系统伪距定位方法，其特征在于：所述观测环境包括地理环境和定位要求。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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