CN111551971A - 一种支持异频gnss信号伪距差分定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，属于卫星导航定位技术领域。本发明为了克服传统伪距差分定位方法无法在不同频率导航卫星信号之间进行差分改正的问题，使基准站在计算伪距差分改正数和流动站在计算改正后的伪距值时，均剔除了与GNSS信号的频率有关的电离层延迟误差项和星上设备延迟误差项TGD，使基准站播发的伪距差分改正数和流动站计算的伪距值均与频率无关，流动站利用伪距观测值加上伪距差分改正数并剔除电离层延迟误差和星上设备延迟误差后，计算改正后的伪距值进行伪距差分定位。从而支持在不同频率的GNSS信号之间进行伪距差分定位，保证载波信号不同仍可定位，提高了伪距差分定位的稳定性和可靠性，节约了使用成本。

Description

一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法。

背景技术

自20世纪70年代，卫星导航定位技术逐渐兴起，经过40多年的技术发展，卫星导航定位技术逐渐趋于成熟。其中基于卫星导航的伪距差分定位技术因精度高、全天候、稳定性强等特点在各行业得到了广泛应用。目前，常规卫星导航定位精度在10米左右，利用伪距差分定位技术，其定位精度可提升到1米以内。与常规卫星导航定位不同的是，伪距差分定位技术需要有架设在已知点上的基准站提供伪距差分改正数，卫星定位接收机接收到基准站播发的伪距差分改正数据后，对自身观测到的伪距观测值进行改正，从而提高定位的精度和稳定性。伪距差分定位方法发展至今已经较为成熟，国内外建设地基增强系统、连续运行参考站系统(CORS)等系统均提供伪距差分服务。然而到目前为止，国内外所掌握的伪距差分定位技术均是针对相同频率之间进行的差分增强，即基准站播发L1频率载波信号的伪距改正数，流动站就只能改正自身L1载波的伪距观测值。当前GNSS接收机硬件市场空前繁荣，不同行业所使用的接收机其信号频率可能不同，当基准站接收机仅能提供L1载波信号的伪距差分改正数时，流动站其他频率信号的伪距观测值就无法利用L1信号的伪距差分改正数进行差分定位。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，以克服传统伪距差分定位方法无法在不同频率导航卫星信号之间进行差分改正的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，该方法包括如下步骤：

1)基准站接收机获取卫星星历和伪距观测值

并输入所述基准站的三维坐标(X_B,Y_B,Z_B)；

2)利用卫星星历计算当前历元卫星的三维位置(X^s,Y^s,Z^s)，并结合所述基准站的三维坐标(X_B,Y_B,Z_B)计算所述基准站到卫星的几何距离

3)利用卫星星历中的电离层参数计算所述基准站的L1载波信号的电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差TGD；

4)所述基准站伪距观测值

与所述基准站和卫星的几何距离

作差，并剔除所述基准站的所述电离层延迟误差δI_L1和所述星上设备延迟误差TGD，获得伪距差分改正数ΔL，并将所述伪距差分改正数播发给流动站；

5)所述流动站获取当前历元的伪距观测值

并计算所述流动站的L2载波信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差TGD；

6)所述流动站利用所述伪距观测值

加上所述伪距差分改正数ΔL并剔除L2载波信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差后，计算改正后的伪距值

进行伪距差分定位。

(三)有益效果

本发明提供了一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，该方法的主要特征是基准站在计算伪距差分改正数和流动站在计算改正后的伪距值时，均剔除了与GNSS信号的频率有关的电离层延迟误差项和星上设备延迟偏差项TGD，使基准站播发的伪距差分改正数和流动站计算的伪距值均与频率无关，从而支持在不同频率的GNSS信号之间进行伪距差分定位。

本发明涉及的伪距差分定位方法支持不同频率的GNSS信号之间进行伪距差分定位，保证流动站和基准站接收机所使用的载波信号不同时，仍然可以进行正常的伪距差分定位。另外，该方法较传统差分定位方法，由于伪距差分改正数中剔除了电离层延迟误差和星上设备延迟偏差，提高了伪距差分定位的稳定性和可靠性，确保伪距差分定位技术的有效使用。此外，该技术扩展了传统差分定位技术的适用范围，节约了使用成本。

附图说明

图1为本发明的一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

传统伪距差分定位技术在计算伪距差分改正数时仅利用伪距观测值与基准站与卫星之间的几何距离作差，利用传统伪距差分定位方法所获得的伪距差分改正数是对伪距观测值的综合改正数，其中包含了对卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、信号硬件延迟误差(TGD)、相对论效应、多路径效应等众多误差。本发明所提出的异频伪距差分定位技术在计算伪距差分改正数时除去了电离层延迟误差和信号硬件延迟误差(TGD)这两个与信号频率有关的误差项，其所计算的伪距改正数与频率无关，因此支持流动站使用不同频率的GNSS信号进行伪距差分定位。同时，本发明在计算伪距差分改正数时剔除电离层延迟误差项，使伪距差分定位结果更加稳定、可靠。

本发明提出一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征是：基准站在计算伪距差分改正数和流动站在计算改正后的伪距值时，均剔除电离层延迟误差项和星上设备延迟误差TGD，使本方法支持不同频率GNSS信号之间进行伪距差分定位。

工作流程如下：

1)基准站接收机获取广播星历和伪距观测值

并输入基准站的三维坐标；。

2)利用广播星历计算当前历元卫星的三维位置，并结合基准站的三维坐标计算基准站到卫星的几何距离

3)利用广播星历中的电离层参数计算基准站GNSS信号的电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差TGD。

4)将基准站伪距观测值

与基准站和卫星的几何距离

作差，并剔除基准站的电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差TGD，获得伪距差分改正数ΔL，并将该伪距差分改正数播发给流动站使用。

5)流动站获取当前历元的伪距观测值

并计算流动站GNSS信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差TGD。

6)流动站利用所述伪距观测值

加上所述伪距差分改正数ΔL并剔除L2载波信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差后，获得改正后的伪距值

进行伪距差分定位。

如图1所示为本发明的一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法的流程示意图，该方法的具体流程如下：

1)基准站接收机获取卫星星历和伪距观测值

并输入基准站的三维坐标(X_B,Y_B,Z_B)。

2)根据卫星星历中的卫星轨道参数计算当前历元卫星三维位置(X^s,Y^s,Z^s)，并结合基准站三维坐标(X_B,Y_B,Z_B)，按照(1)式计算基准站到卫星的几何距离

3)计算L1载波信号的电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差tgd_L1。按照Klobuchar模型计算基准站L1载波信号的电离层垂直延迟改正。首先利用广播星历中的电离层8参数计算出基准站电离层垂直延迟误差δI'，如公式(2)所示。

式中A₂、A₄分别为电离层延迟余弦曲线的幅度和周期，

其中{a₀,a₁,a₂,a₃,β₀,β₁,β₂β₃}为卫星星历中的电离层8参数Φ_M为电离层穿刺点的地理纬度。t为当天从0点开始的时间所对应的秒数。

根据基准站L1载波信号的电离层垂直延迟误差δI'计算L1载波信号的电离层延迟误差δI_L1,如公式(3)所示。

式中R为地球半径，E为卫星高度角，h为电离层单层高度。

L1载波信号的星上设备延迟误差TGD由广播星历直接给出记为tgd_L1。

4)将基准站伪距观测值

与基准站和卫星的几何距离

作差，并剔除电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差tgd_L1，获得伪距差分改正数ΔL，将该伪距差分改正数播发给流动站，如公式(4)所示。

5)流动站获取当前历元的伪距观测值

6)流动站计算流动站L2载波信号的电离层延迟误差δI_L2和星上设备延迟误差tgd_L2。L2载波信号和L1载波信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差的关系如(5)式和(6)式所示。

其中f₁和f₂分别为L1载波和L2载波的频率，流动站采用第3步的方式获得L1载波信号的电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差tgd_L1后，可直接由(5)、(6)式计算L2载波的电离层延迟误差δI_L2和星上设备延迟误差tgd_L2。

7)流动站接收基准站播发的伪距差分改正数ΔL，检查ΔL的时间有效性，通常情况下伪距差分改正数时延时间小于30分钟均可使用。确保伪距差分改正数ΔL有效后，计算流动站经伪距差分改正后的伪距值

如公式(7)所示。

8)之后按照常规方法将(7)式线性化，并用最小二乘方法解算流动站三维坐标即可。

本发明针对当流动站和基准站接收机所使用的GNSS信号频率不同时进行伪距差分定位的需求，提出一种支持不同频率GNSS信号进行差分定位的方法，该方法可以保证流动站和基准站接收机所使用的GNSS信号不同时，仍然可以进行正常的伪距差分定位，该技术扩展了传统差分定位技术的适用范围，节约了使用成本。

伪距差分改正数中剔除了与频率有关的误差项电离层延迟误差和星上设备延迟偏差TGD，此时伪距差分改正数与频率无关，可以在不同频率GNSS信号之间进行差分使用。同时，由于伪距差分改正数中剔除了电离层延迟误差和星上设备延迟偏差，使该伪距差分改正数更加稳定、可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)基准站接收机获取卫星星历和伪距观测值

并输入所述基准站的三维坐标(X_B,Y_B,Z_B)；

2)利用卫星星历计算当前历元卫星的三维位置(X^s,Y^s,Z^s)，并结合所述基准站的三维坐标(X_B,Y_B,Z_B)计算所述基准站到卫星的几何距离

3)利用卫星星历中的电离层参数计算所述基准站的L1载波信号的电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差TGD；

4)所述基准站伪距观测值

与所述基准站和卫星的几何距离

作差，并剔除所述基准站的所述电离层延迟误差δI_L1和所述星上设备延迟误差TGD，获得伪距差分改正数ΔL，并将所述伪距差分改正数播发给流动站；

5)所述流动站获取当前历元的伪距观测值

并计算所述流动站的L2载波信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差TGD；

6)所述流动站利用所述伪距观测值

加上所述伪距差分改正数ΔL并剔除L2载波信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差后，计算改正后的伪距值

进行伪距差分定位。

2.如权利要求1所述的支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：

根据卫星星历中的卫星轨道参数计算当前历元卫星三维位置(X^s,Y^s,Z^s)，并结合所述基准站的三维坐标(X_B,Y_B,Z_B)，按照公式(1)计算所述基准站到卫星的几何距离

3.如权利要求1或2所述的支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，所述步骤3)计算所述基准站的L1载波信号的电离层延迟误差的过程具体包括

按照Klobuchar模型计算所述基准站的L1载波信号的电离层垂直延迟误差，首先利用广播星历中的电离层8参数计算出所述基准站的电离层垂直延迟误差δI'，如公式(2)所示，

式中A₂、A₄分别为电离层延迟余弦曲线的幅度和周期，

其中{a₀,a₁,a₂,a₃,β₀,β₁,β₂β₃}为卫星星历中的电离层8参数，Φ_M为电离层穿刺点的地理纬度，t为当天从0点开始的时间所对应的秒数；

根据所述基准站的L1载波信号的所述电离层垂直延迟误差δI'计算L1载波信号的所述电离层延迟误差δI_L1,如公式(3)所示，

式中R为地球半径，E为卫星高度角，h为电离层单层高度；

所述步骤3)计算所述基准站的L1载波信号的星上设备延迟误差TGD的过程具体包括：L1载波信号的星上设备延迟误差TGD由广播星历直接给出记为tgd_L1。

4.如权利要求3所述的支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：将所述基准站的伪距观测值

与所述基准站和卫星的几何距离

作差，并剔除所述电离层延迟误差δI_L1和所述星上设备延迟误差tgd_L1，获得伪距差分改正数ΔL，如公式(4)所示，

将所述伪距差分改正数播发给流动站。

5.如权利要求4所述的支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，所述流动站L2载波信号的电离层延迟误差δI_L2和星上设备延迟误差TGD通过如公式(5)、(6)所示的L2载波信号和L1载波信号的电离层延迟误差和星上设备延迟误差的关系计算，

其中f₁和f₂分别为L1载波和L2载波的频率，所述流动站采用所述步骤3)的方式获得L1载波信号的电离层延迟误差δI_L1和星上设备延迟误差tgd_L1后，可直接由(5)、(6)式计算L2载波的电离层延迟误差δI_L2和星上设备延迟误差tgd_L2。

6.如权利要求5所述的支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，所述步骤6)按照公式(7)计算改正后的伪距值

7.如权利要求6所述的支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，所述步骤6)之后还包括如下步骤：将公式(7)线性化，并用最小二乘方法解算所述流动站的三维坐标。

8.如权利要求1所述的支持异频GNSS信号伪距差分定位的方法，其特征在于，所述步骤6)还包括：所述流动站接收所述基准站播发的所述伪距差分改正数ΔL，检查ΔL的时延时间是否小于30分钟，如果小于30分钟则可用来计算改正后的伪距值

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