專利名稱：一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，特別是指基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，它涉及衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的電離層延遲校正技術(shù)，具體地涉及一種基于加權(quán)卡爾曼(kalman)濾波和可觀測(cè)性分析的電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電離層是處于地球50km到IOOOkm的離子化的大氣區(qū)域。當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)穿越電離層時(shí)，信號(hào)與離子間的相互作用導(dǎo)致了衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的延時(shí)，而該延時(shí)進(jìn)一步導(dǎo)致了偽距測(cè)量量的誤差。電離層對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)造成的時(shí)間延遲在最惡劣的條件下可達(dá)到300ns 左右，可以說，電離層延遲是實(shí)現(xiàn)高精度和高可靠的衛(wèi)星導(dǎo)航定位所不能忽視的誤差因素。目前對(duì)于單頻衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的電離層延遲校正主要采用克羅布歇(Klobuchar) 模型，該模型對(duì)于電離層延遲進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，隨后在用戶觀測(cè)量中加以補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)減小電離層傳播誤差的作用。但該模型是一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，所提供的校正精度非常有限，一般只能校?0% 80%的電離層延遲。為了更加精確的校正電離層延遲，美國的廣域增強(qiáng)系統(tǒng) (Wide Area Augmentation System,WAAS)為用戶提供基于格網(wǎng)模型的電離層差分改正數(shù)， 該系統(tǒng)中的各個(gè)廣域參考站(WRQ利用雙頻接收機(jī)通過對(duì)可見導(dǎo)航衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，測(cè)量穿透點(diǎn)電離層延遲，并將這些穿透點(diǎn)處的電離層延遲實(shí)時(shí)地傳送到廣域主控站，廣域主控站將這些穿透點(diǎn)處的電離層延遲視為觀測(cè)量，并利用這些觀測(cè)量對(duì)于出每個(gè)電離層網(wǎng)格點(diǎn)的電離層延遲估計(jì)，并將這些估計(jì)作為電離層差分改正數(shù)經(jīng)地球地面站上行傳送給地球同步靜止軌道衛(wèi)星(GEO)，地球同步靜止軌道衛(wèi)星再將校正數(shù)據(jù)播發(fā)給服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶，用戶接收到這些改正數(shù)后及可以利用內(nèi)插發(fā)計(jì)算得到當(dāng)前自身的電離層延遲估計(jì)。目前的電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法基于加權(quán)估計(jì)原理，利用一些經(jīng)驗(yàn)電離層延遲計(jì)算模型將附近電離層穿透點(diǎn)上的電離層延遲觀測(cè)輸運(yùn)到鄰近的電離層格網(wǎng)點(diǎn)上，以此計(jì)算電離層差分改正數(shù)。但這些方法更多的借助電離層的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，因此其?jì)算精度不可避免的受到這一類模型本身精度的影響和制約，同時(shí)這些方法沒有充分的利用電離層延遲的時(shí)域緩變特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，特別是指基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，它是具有較高精度的電離層差分改正數(shù)的估計(jì)方法基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，特別是指基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，其步驟如下
步驟一，根據(jù)地面參考站對(duì)于衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)，計(jì)算出由此形成的電離層穿透點(diǎn)的位置，并且從觀測(cè)量中提取出各個(gè)穿透點(diǎn)處的電離層垂直延遲，隨后以這些穿透點(diǎn)上的電離層垂直延遲作為觀測(cè)量構(gòu)建濾波模型，濾波模型是濾波器進(jìn)行估計(jì)的基礎(chǔ)，濾波模型包括狀態(tài)模型和量測(cè)模型，狀態(tài)模型通過電離層延遲的緩變特性構(gòu)造，量測(cè)模型根據(jù)雙線性模型構(gòu)造；步驟二，各個(gè)子濾波器同步運(yùn)行，得到各自對(duì)于電離層差分改正數(shù)的估計(jì)結(jié)果，并按照各個(gè)子濾波器的不同電離層可觀測(cè)性因子對(duì)于各自的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，從而得到最終的電離層差分改正數(shù)估計(jì)。其中，在步驟一中所述的“根據(jù)地面參考站對(duì)于衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)，計(jì)算出由此形成的電離層穿透點(diǎn)的位置”，其計(jì)算出的方法如下地面觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)于GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)會(huì)在電離層參考面上形成若干的電離層延遲穿透點(diǎn)，這些穿透點(diǎn)的位置可以表示為

權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，特別是指基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，其特征在于該方法的步驟如下步驟一，根據(jù)地面參考站對(duì)于衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)，計(jì)算出由此形成的電離層穿透點(diǎn)的位置，并且從觀測(cè)量中提取出各個(gè)穿透點(diǎn)處的電離層垂直延遲，隨后以這些穿透點(diǎn)上的電離層垂直延遲作為觀測(cè)量構(gòu)建濾波模型，濾波模型是濾波器進(jìn)行估計(jì)的基礎(chǔ)，濾波模型包括狀態(tài)模型和量測(cè)模型，狀態(tài)模型通過電離層延遲的緩變特性構(gòu)造，量測(cè)模型根據(jù)雙線性模型構(gòu)造；步驟二，各個(gè)子濾波器同步運(yùn)行，得到各自對(duì)于電離層差分改正數(shù)的估計(jì)結(jié)果，并按照各個(gè)子濾波器的不同電離層可觀測(cè)性因子對(duì)于各自的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，從而得到最終的電離層差分改正數(shù)估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，特別是指基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，其特征在于在步驟一中所述的“根據(jù)地面參考站對(duì)于衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)，計(jì)算出由此形成的電離層穿透點(diǎn)的位置”，其計(jì)算出的方法如下地面觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)于GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)會(huì)在電離層參考面上形成若干的電離層延遲穿透點(diǎn)，這些穿透點(diǎn)的位置可以表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，特別是指基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，其特征在于在步驟一中所述的“從觀測(cè)量中提取出各個(gè)穿透點(diǎn)處的電離層垂直延遲，隨后以這些穿透點(diǎn)上的電離層垂直延遲作為觀測(cè)量構(gòu)建濾波模型”，其方法如下待估計(jì)的電離層延遲差分改正數(shù)實(shí)際是各個(gè)預(yù)先劃分的格網(wǎng)點(diǎn)處的電離層延遲，地面參考站通過對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀測(cè)，形成若干電離層穿透點(diǎn)，將這些穿透點(diǎn)處的電離層延遲作為電離層觀測(cè)量，利用這些觀測(cè)量估計(jì)電離層差分改正數(shù)；對(duì)于某個(gè)格網(wǎng)的而言，這些觀測(cè)量分布于待估計(jì)格網(wǎng)點(diǎn)周圍的四個(gè)格網(wǎng)區(qū)域中，所以可將四個(gè)格網(wǎng)區(qū)域建模為四個(gè)并行的子濾波器，位于各個(gè)格網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的穿透點(diǎn)處的電離層延遲觀測(cè)量視為各子濾波器的輸入；以其中的1個(gè)子濾波器為例說明濾波模型的建立過程，其它子濾波器與之類似；該子濾波器的狀態(tài)方程為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，特別是指基于加權(quán)卡爾曼濾波的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，其特征在于在步驟二中所述的“各個(gè)子濾波器同步運(yùn)行，得到各自對(duì)于電離層差分改正數(shù)的估計(jì)結(jié)果，并按照各個(gè)子濾波器的不同電離層可觀測(cè)性因子對(duì)于各自的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)”，其方法如下各子濾波器同步運(yùn)行，它們的局部估計(jì)結(jié)果可通過驗(yàn)后最小方差陣進(jìn)行全局融合假定k時(shí)刻各子濾波器的估計(jì)為Xi(i = 1，…，4)，估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣為Pi(i = 1，…， 4)，則得此時(shí)刻的全局融合估計(jì)結(jié)果 為Xg = (P1X1+P2X2+P3X3+P4X4) Pg"1其中
全文摘要
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)電離層差分改正數(shù)估計(jì)方法，該方法的步驟如下步驟一，根據(jù)地面參考站對(duì)于衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)，計(jì)算出由此形成的電離層穿透點(diǎn)的位置，并且從觀測(cè)量中提取出各個(gè)穿透點(diǎn)處的電離層垂直延遲，隨后以這些穿透點(diǎn)上的電離層垂直延遲作為觀測(cè)量構(gòu)建濾波模型，濾波模型是濾波器進(jìn)行估計(jì)的基礎(chǔ)，濾波模型包括狀態(tài)模型和量測(cè)模型，狀態(tài)模型通過電離層延遲的緩變特性構(gòu)造，量測(cè)模型根據(jù)雙線性模型構(gòu)造；步驟二，各個(gè)子濾波器同步運(yùn)行，得到各自對(duì)于電離層差分改正數(shù)的估計(jì)結(jié)果，并按照各個(gè)子濾波器的不同電離層可觀測(cè)性因子對(duì)于各自的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，從而得到最終的電離層差分改正數(shù)估計(jì)。
文檔編號(hào)G01S7/40GK102323572SQ20111015928
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者周正, 張棟, 李瑩, 洪晟, 陶文輝, 高書亮 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)