CN110907969A - 一种适用于长基线的差分定位模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于长基线的差分定位模型，该模型包括以下步骤：S1、构建几何观测模型；S2、在构建的几何模型内根据单差原理，通过几何推导，得到共视卫星的站星距单差量与基线向量的几何投影关系；S3、根据所述共视卫星的站星距单差量与基线向量的投影关系获得两个共视卫星的站星距双差量与基线向量的投影关系；S4、根据站星距双差量与基线向量的投影关系得到双差伪距观测量与双差载波相位观测量最终表达模型，模型中还原了两测站与共视卫星之间真实的几何构型，推演出精确的基线投影关系，从差分原理角度对差分定位技术算法模型进行改进；该模型将有利于提升长基线下的差分定位精度，对扩展差分定位技术的基线作用距离具有重要意义。

Description

一种适用于长基线的差分定位模型
技术领域
本发明涉及卫星导航领域。更具体地，涉及一种适用于长基线的差分定位模型。
背景技术
差分定位技术是一种基于GNSS的高精度相对定位技术，主要依据各项GNSS观测误差的时空相关性，对基准站与移动站接收机的GNSS观测量进行差分处理，从而达到降低甚至消除多种观测误差、提高定位精度的目的，其中，两测站观测量的空间相关性制约着该技术作用的基线距离，该相关性主要由差分模型构建原理和大气延迟的物理特性共同造成，通常，在长基线差分定位技术研究中，主要以针对长基线下大气延迟误差的处理办法为主，关于差分定位原理模型的改进尚处于空白。
差分定位原理模型的构建思想为将短基线下同一卫星信号对两测站的传播路径看作几何平行，通过差分处理，在消除大部分信号误差的同时，巧妙地推演出基线向量和站星距差分量的投影关系，以实现短基线下测站间高精度的相对定位。然而随着基线距离的增长，两测站看向同一颗卫星的视向矢量的夹角越来越大，继续将其看作平行关系将引入几何误差，此时传统差分技术模型在长基线下的模型误差将对定位精度造成重要影响。
因此，研究一种适用于长基线的差分定位模型将有利于提升差分定位技术在长基线下的定位精度，对扩展差分定位技术的基线作用距离具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是解决由差分模型几何误差引发的长基线差分定位成功率下降、差分定位精度降低的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供一种适用于长基线的差分定位模型，该模型包括以下步骤：
S1、构建几何观测模型：利用上位机将共视卫星i、基准站r、移动站u以及共视卫星i垂直于所述基准站r和移动站u所在平面的点o四点连线构建为几何三角椎体urio；
利用上位机将共视卫星j、基准站r、移动站u以及共视卫星j垂直于所述基准站r和移动站u所在平面的点o'四点连线构建为几何三角椎体urio'；
S2、在所述三角椎体urio内根据单差原理，通过几何推导，得到所述卫星i的站星距单差量与基线向量的几何投影关系；
S3、根据所述共视卫星i的站星距单差量与基线向量的投影关系获得共视卫星i与共视卫星j的站星距双差量与基线向量的投影关系；
S4、根据站星距双差量与基线向量的投影关系得到双差伪距观测量与双差载波相位观测量最终表达模型。
可选地，在所述三角椎体urio中定义所述S1中共视卫星i对于移动站u的视向矢量为
Figure BDA0002300590570000021
共视卫星i对于基准站r的视向矢量为
Figure BDA0002300590570000022
移动站u对于基准站r的视向矢量记作基线
Figure BDA0002300590570000023
可选地，所述共视卫星i的单差量为：在三角椎体urio内的iu边上选取截点p，使得ip＝ir，则up长度记为单差量
Figure BDA0002300590570000024
可选地，在所述三角椎体urio内，以r为顶点，向ui边作垂线，垂点为A，记为垂线rA，则
Figure BDA0002300590570000025
其中||·||表示二范数。
可选地，所述标量
Figure BDA0002300590570000026
在所述三角椎体urio内存在以下关系模型：
Figure BDA0002300590570000027
Figure BDA0002300590570000028
其中：
Figure BDA0002300590570000029
可选地，所述的共视卫星i的单差量在所述三角椎体urio内存在以下关系模型：
Figure BDA00023005905700000210
可选地，所述S3共视卫星i的站星距几何单差量获得共视卫星i和共视卫星j的站星距几何双差量表达式为：
Figure BDA00023005905700000211
可选地，所述双差伪距观测量与双差载波相位观测量最终表达模型为：
Figure BDA0002300590570000031
Figure BDA0002300590570000032
其中，
Figure BDA0002300590570000033
为双差电离层延迟；
Figure BDA0002300590570000034
为双差对流层延迟；
Figure BDA0002300590570000035
为载波波长；
Figure BDA0002300590570000036
为双差整周模糊度；
Figure BDA0002300590570000037
为双差噪声。
本发明的有益效果如下：
本发明提出一种适用于长基线的差分定位模型，模型中还原了两测站与卫星之间真实的几何构型，推演出精确的基线投影关系，从差分原理角度对差分定位技术算法模型进行改进；该模型将有利于提升长基线下的差分定位精度，对扩展差分定位技术的基线作用距离具有重要意义，本模型在传统差分定位技术模型的构建思想上，充分考虑共视卫星对于两测站视向仰角的差异性，构建两测站与共视卫星间真实的几何构型，并推演出精确的基线投影关系，从差分原理角度对算法模型进行改进。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明长基线差分定位模型示意图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是，本发明术语【本发明实施例不对步骤a至e的执行顺序进行限制，例如，可依次执行步骤c、步骤a】
【本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。】
实施例
如图1所示，本发明提供一种适用于长基线的差分定位模型，该模型包括以下步骤：
S1、构建几何观测模型：利用上位机将共视卫星i、基准站r、移动站u以及共视卫星i垂直于所述基准站r和移动站u所在平面的点o四点连线构建为几何三角椎体urio；
利用上位机将共视卫星j、基准站r、移动站u以及共视卫星j垂直于所述基准站r和移动站u所在平面的点o'四点连线构建为几何三角椎体urio'；
具体地，在所述三角椎体urio中定义所述S1中卫星i对于移动站u的视向矢量为
Figure BDA0002300590570000041
卫星i对于基准站r的视向矢量为
Figure BDA0002300590570000042
移动站u对于基准站r的视向矢量记作基线
Figure BDA0002300590570000043
S2、在所述三角椎体urio内根据单差原理，通过几何推导，得到所述卫星i的站星距单差量与基线向量的几何投影关系；
具体地，所述卫星i的单差量为：在三角椎体urio内的iu边上选取截点p，使得ip＝ir，则up长度记为单差量
Figure BDA0002300590570000044
在所述三角椎体urio内，以r为顶点，向ui边作垂线，垂点为A，记为垂线rA，则
Figure BDA0002300590570000045
其中||·||表示二范数；
所述标量
Figure BDA0002300590570000046
在所述三角椎体urio内存在以下关系模型：
Figure BDA0002300590570000047
Figure BDA0002300590570000048
其中：
Figure BDA0002300590570000049
所述的卫星i的单差量在所述三角椎体urio内存在以下关系模型：
Figure BDA00023005905700000410
S3、根据所述共视卫星i的站星距单差量与基线向量的投影关系获得共视卫星i与共视卫星j的站星距双差量与基线向量的投影关系为：
Figure BDA00023005905700000411
S4、根据站星距双差量与基线向量的投影关系得到双差伪距观测量与双差载波相位观测量最终表达模型为：
Figure BDA0002300590570000051
Figure BDA0002300590570000052
其中，
Figure BDA0002300590570000053
为双差电离层延迟；
Figure BDA0002300590570000054
为双差对流层延迟；
Figure BDA0002300590570000055
为载波波长；
Figure BDA0002300590570000056
为双差整周模糊度；
Figure BDA0002300590570000057
为双差噪声。
上式中所有卫星视向矢量均可在计算卫星位置、测站单点定位后经简单的推导获得，由于单点定位精度为米级，该程度的定位误差所导致的卫星视向矢量的偏差可忽略不计。
当基准站r与流动站u相距较近(短基线)时，
Figure BDA0002300590570000058
与
Figure BDA0002300590570000059
近似相等，此时
Figure BDA00023005905700000510
Figure BDA00023005905700000511
则本发明模型在短基线下与传统差分模型等价。
本发明构建的差分“三角锥”模型准确还原了基线向量与差分观测量真实的投影关系，从根本上消除了传统差分模型的几何误差，有利于提升差分定位技术在长基线下的定位精度，扩展差分定位技术的基线作用距离；
本发明与传统差分定位模型在短基线情况下等价，充分说明本发明差分模型对于任何基线长度情况的适应性；由于对共视卫星的视向矢量采用了精确表示，本发明在任何基线长度的情况下，都将比传统模型的差分定位精度拥有不同程度的提升，该提升精度与基线长度有关。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种适用于长基线的差分定位模型，其特征在于，该模型包括以下步骤：
S1、构建几何观测模型：
利用上位机将共视卫星i、基准站r、移动站u以及共视卫星i垂直于所述基准站r和移动站u所在平面的点o四点连线构建为几何三角椎体urio；
利用上位机将共视卫星j、基准站r、移动站u以及共视卫星j垂直于所述基准站r和移动站u所在平面的点o'四点连线构建为几何三角椎体urio'；
S2、在所述三角椎体urio内根据单差原理，通过几何推导，得到所述共视卫星i的站星距单差量与基线向量的几何投影关系；
S3、根据所述共视卫星i的站星距单差量与基线向量的投影关系获得共视卫星i与共视卫星j的站星距双差量与基线向量的投影关系；
S4、根据站星距双差量与基线向量的投影关系得到双差伪距观测量与双差载波相位观测量最终表达模型。
2.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，在所述三角椎体urio中定义所述S1中共视卫星i对于移动站u的视向矢量为
Figure FDA0002300590560000011
共视卫星i对于基准站r的视向矢量为
Figure FDA0002300590560000012
移动站u对于基准站r的视向矢量记作基线
Figure FDA0002300590560000013
3.根据权利要求2所述的模型，其特征在于，所述共视卫星i的单差量为：在三角椎体urio内的iu边上选取截点p，使得ip＝ir，则up长度记为单差量
Figure FDA0002300590560000014
4.根据权利要求3所述的模型，其特征在于，在所述三角椎体urio内，以r为顶点，向ui边作垂线，垂点为A，记为垂线rA，则
Figure FDA0002300590560000015
其中||·||表示二范数。
5.根据权利要求4所述的模型，其特征在于，所述标量
Figure FDA0002300590560000016
在所述三角椎体urio内存在以下关系模型：
Figure FDA0002300590560000017
Figure FDA0002300590560000018
其中：
Figure FDA0002300590560000019
6.根据权利要求5所述的模型，其特征在于，所述的共视卫星i的单差量在所述三角椎体urio内存在以下关系模型：
Figure FDA0002300590560000021
7.根据权利要求6所述的模型，其特征在于，所述S3共视卫星i的站星距几何单差量获得共视卫星i和共视卫星j的站星距几何双差量表达式为：
Figure FDA0002300590560000022
8.根据权利要求7所述的模型，其特征在于，所述双差伪距观测量与双差载波相位观测量最终表达模型为：
Figure FDA0002300590560000023
Figure FDA0002300590560000024
其中，
Figure FDA0002300590560000025
为双差电离层延迟；
Figure FDA0002300590560000026
为双差对流层延迟；
Figure FDA0002300590560000027
为载波波长；
Figure FDA0002300590560000028
为双差整周模糊度；
Figure FDA0002300590560000029
为双差噪声。
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Application publication date: 20200324

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