本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位和星際差分定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的民用衛(wèi)星單點(diǎn)定位設(shè)備定位精度一般在5～10米左右，軍用定位設(shè)備定位精度最高可達(dá)到1米左右。如果需要獲得更高的單點(diǎn)定位測(cè)量精度數(shù)據(jù)，可以通過(guò)在固定測(cè)量位置長(zhǎng)時(shí)間接收定位測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)平均值算法收斂測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)更高精度的單點(diǎn)定位測(cè)量數(shù)據(jù)。但這樣的方式收斂時(shí)間通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)天，定位時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致天氣、大氣、衛(wèi)星位置、地球潮汐等因素對(duì)數(shù)據(jù)精度的影響變大，這就局限了單點(diǎn)定位的測(cè)量精度，對(duì)測(cè)量精度的改善有限。測(cè)繪行業(yè)通常采用差分定位設(shè)備進(jìn)行厘米級(jí)、毫米級(jí)高精度測(cè)量，差分定位系統(tǒng)相對(duì)距離測(cè)量精度很高，但是如果要精確測(cè)量位置坐標(biāo)，就需要一個(gè)已知點(diǎn)的坐標(biāo)差分出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，而已知點(diǎn)的坐標(biāo)大多數(shù)由單點(diǎn)定位獲得，所以差分定位系統(tǒng)獲得的坐標(biāo)相對(duì)于已知點(diǎn)是精確的而相對(duì)于地球坐標(biāo)系參考原點(diǎn)則誤差較大。

本說(shuō)明書(shū)將詳述一種快速精確單點(diǎn)衛(wèi)星定位方法，以解決上述目前單點(diǎn)定位和差分定位設(shè)備地球坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)精度低、定位時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)進(jìn)行厘米級(jí)精確地球坐標(biāo)測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專(zhuān)利需要解決的問(wèn)題是克服技術(shù)背景提出的傳統(tǒng)設(shè)備的不足，提供一種能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成厘米級(jí)精確定位的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

采用多頻率集成的衛(wèi)星接收天線及多定位系統(tǒng)融合的接收機(jī)，

同時(shí)接收GPS、GLONASS、北斗及Galileo多個(gè)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航電文，增加了單位時(shí)間的搜星數(shù)，也就獲得了更多的位置坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)量，通過(guò)星際差分技術(shù)及平均值遞歸算法計(jì)算各個(gè)定位系統(tǒng)當(dāng)前的近 似系統(tǒng)誤差，通過(guò)海量的測(cè)量值平均值法加快消除隨機(jī)誤差，逐步獲得更精確的測(cè)量結(jié)果。

采用平均值濾波算法(可多種算法結(jié)合)分別計(jì)算各個(gè)系統(tǒng)定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)及多個(gè)定位系統(tǒng)合成的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算出各個(gè)定位系統(tǒng)的當(dāng)前偏差值(比如采用星際差分方法可以更快獲得某一個(gè)系統(tǒng)更準(zhǔn)確的偏差值)，再把這些偏差值代入原始測(cè)量數(shù)據(jù)再進(jìn)行平均值濾波計(jì)算，會(huì)得到一個(gè)更準(zhǔn)確的測(cè)量偏差值，循環(huán)迭代遞歸運(yùn)算，逐次逼近，逐步收斂測(cè)量數(shù)據(jù)，這樣很快就能得到精確的單點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)。

計(jì)算方法及計(jì)算公式如下：

在進(jìn)行衛(wèi)星定位測(cè)量時(shí)，某一個(gè)固定測(cè)定點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)可由公式(1)表示：

X＝X_C+ΔX (1)

式(1)中X表示真實(shí)坐標(biāo)，X_C表示測(cè)量值，ΔX表示測(cè)量的誤差，減小ΔX即可提高測(cè)量精度。

測(cè)量誤差ΔX主要由系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差組成，ΔX可由公式(2)表示：

ΔX＝ρ+Δρ (2)

ρ＝α+β (3)

Δρ＝α+β+δ+ε+γ+η+λ (4)

式(2)中ρ表示系統(tǒng)誤差，主要由衛(wèi)星星歷誤差α、衛(wèi)星鐘差β組成；Δρ表示隨機(jī)誤差，主要由相對(duì)論效應(yīng)δ、電離層延遲ε、對(duì)流層延遲γ、接收機(jī)鐘差η、接收機(jī)天線相位中心偏差λ組成。

本發(fā)明使用多頻集成天線，將多個(gè)定位系統(tǒng)的天線集成為一個(gè)整體，各個(gè)接收機(jī)使用同一電源和時(shí)鐘源，使得各系統(tǒng)間的接收機(jī)鐘差和接收機(jī)天線相位中心偏差近似相等，可得式(5)、(6)：

η_GPS≈η_GLN≈η_BD≈η_GLL (5)

λ_GPS≈λ_GLN≈λ_BD≈λ_GLL (6)

多頻天線同時(shí)接收多個(gè)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航電文，在某一時(shí)刻對(duì)于某一個(gè)地面測(cè)量點(diǎn)及測(cè)量設(shè)備來(lái) 說(shuō)，該測(cè)量點(diǎn)與天空各個(gè)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星之間的大氣環(huán)境、地球環(huán)境、電離層環(huán)境等大致相同，因此各系統(tǒng)中相對(duì)論效應(yīng)、電離層延遲、對(duì)流層延遲引起的隨機(jī)誤差近似相等，并且多系統(tǒng)融合使測(cè)量收斂時(shí)間較短，因環(huán)境變化而造成的誤差變化幾乎可忽略，于是有式(7)、(8)、(9)：

δ_GPS≈δ_GLN≈δ_BD≈δ_GLL (7)

ε_GPS≈ε_GLN≈ε_BD≈ε_GLL (8)

γ_GPS≈γ_GLN≈γ_BD≈γ_GLL (9)

由式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)可推導(dǎo)出式(10)：

Δρ_GPS≈Δρ_GLN≈Δρ_BD≈Δρ_GLL (10)

由此可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)技術(shù)手段使得各個(gè)系統(tǒng)的隨機(jī)誤差近似。這樣各個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)偏差就只有星歷誤差α及衛(wèi)星鐘差β了，也就是系統(tǒng)誤差ρ。

因?yàn)楦鱾€(gè)衛(wèi)星定位系統(tǒng)在某一短時(shí)間內(nèi)狀態(tài)是相對(duì)穩(wěn)定的，對(duì)于某一個(gè)時(shí)刻某一個(gè)測(cè)量點(diǎn)來(lái)說(shuō)，各個(gè)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差是相對(duì)固定的，可以通過(guò)多種方法近似獲得各個(gè)定位系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差。比如通過(guò)對(duì)已知點(diǎn)定位測(cè)量即可通過(guò)測(cè)量值與實(shí)際坐標(biāo)值比較獲取系統(tǒng)誤差。本發(fā)明對(duì)各個(gè)定位系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)誤差預(yù)設(shè)初值或通過(guò)差分技術(shù)獲得一個(gè)初值如下所示(采用星際差分技術(shù)可以獲取一個(gè)相對(duì)精確的測(cè)量系統(tǒng)誤差初值)：

ρ_GPS＝0或測(cè)量差分值 (11)

ρ_GLN＝0或測(cè)量差分值 (12)

ρ_BD＝0或測(cè)量差分值 (13)

ρ_GLL＝0或測(cè)量差分值 (14)

這樣就可以計(jì)算出各個(gè)定位系統(tǒng)的測(cè)量修正值如：

X_GPS＝X_CGPS+ρ_GPS (15)

X_GLN＝X_CGLN+ρ_GLN (16)

X_BD＝X_CBD+ρ_BD (17)

X_GLL＝X_CGLL+ρ_GLL (18)

然后直接對(duì)各個(gè)定位系統(tǒng)測(cè)量修正值進(jìn)行算術(shù)平均值計(jì)算，算出的初步的測(cè)量修正值。

X_K＝∑(X_CGPS+X_CGLN+X_CBD+X_CGLL) (19)

再對(duì)測(cè)量修正值進(jìn)行累計(jì)求算術(shù)平均值，采用加權(quán)平均值算法計(jì)算精確的坐標(biāo)值，獲得更精確的測(cè)量修正值。

X_KK＝∑X_K (20)

然后各定位系統(tǒng)測(cè)量值平均值與測(cè)量修正值平均值比較分別計(jì)算出近似的各個(gè)定位系統(tǒng)的近似系統(tǒng)誤差ρ_GPS、ρ_GLN、ρ_BD、ρ_GLL。

ρ_GPS＝∑X_CGPS-∑X_KK (21)

ρ_GLN＝∑X_CGLN-∑X_KK (22)

ρ_BD＝∑X_CBD-∑X_KK (23)

ρ_GLL＝∑X_CGLL-∑X_KK (24)

再把較精確的各個(gè)近似系統(tǒng)誤差ρ_GPS、ρ_GLN、ρ_BD、ρ_GLL代入(15)之后依次循環(huán)跌代遞歸運(yùn)算，逐步獲得更精確的測(cè)量修正值，直到測(cè)量精度逐步收斂到符合測(cè)量要求。

本方案減少了天氣、大氣、衛(wèi)星位置、地球潮汐等對(duì)測(cè)量誤差的影響。本發(fā)明搜星數(shù)是一般單點(diǎn)定位系統(tǒng)的數(shù)倍，可以在多個(gè)星座中選擇幾何分布好的衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行定位，提高導(dǎo)航定位的精度、連續(xù)性和可靠性；其次，能夠以較短的數(shù)據(jù)采集時(shí)間獲得大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，減少長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量地球環(huán)境變化對(duì)測(cè)量的影響，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)快速收斂，盡快獲得較高的定位精度數(shù)據(jù)；最后，能夠在復(fù)雜的地形、地貌環(huán) 境下補(bǔ)償被中斷接收的衛(wèi)星信號(hào)，還能在一個(gè)星座因故不能用的情況下，采用另一個(gè)星座，以此來(lái)確保測(cè)量定位正常進(jìn)行，提高衛(wèi)星定位的可靠性。放寬了對(duì)載體測(cè)量地點(diǎn)和測(cè)量條件的限制。冗余的數(shù)據(jù)增加了定位結(jié)果的可靠性，降低了衛(wèi)星信號(hào)被遮擋的可能性，最重要的是削弱了一個(gè)國(guó)家對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)控制的影響。

同時(shí)，使用星際差分技術(shù)，可以加快消除衛(wèi)星定位中的接收機(jī)時(shí)鐘誤差，削弱電離層、對(duì)流層對(duì)誤差的影響，加速定位數(shù)據(jù)測(cè)量精度的收斂。

附圖說(shuō)明

圖1，本發(fā)明方法工作原理流程圖。

圖2，本發(fā)明系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例的快速精確單點(diǎn)定位方法，具體步驟如下：

步驟1：系統(tǒng)上電后，測(cè)控主機(jī)對(duì)各個(gè)定位系統(tǒng)參數(shù)賦初值X_C＝0、ρ＝0、X_K＝0、X_KK＝0，并對(duì)數(shù)據(jù)接收單元初始化。

步驟2：確認(rèn)多頻天線工作正常后，數(shù)據(jù)接收單元接收多個(gè)系統(tǒng)的導(dǎo)航電文和星際差分修正數(shù)據(jù)并統(tǒng)一解析為WGS84坐標(biāo)下的經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)X_C，并將數(shù)據(jù)傳輸給測(cè)控主機(jī)；

步驟3：測(cè)控主機(jī)收到數(shù)據(jù)接收單元上傳的坐標(biāo)數(shù)據(jù)X_C，將定位數(shù)據(jù)X_C和迭代累計(jì)的星際差分修正數(shù)據(jù)ρ帶入式(15)計(jì)算獲得修正后的定位數(shù)X；

步驟4：將各定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)帶入式(19)，算出的初步的測(cè)量修正值X_K；

步驟5：再將測(cè)量修正值進(jìn)帶入式(20)，采用加權(quán)平均值算法計(jì)算精確的坐標(biāo)值，獲得更精確的測(cè)量修正值X_KK；

步驟6：將本次測(cè)量修正值帶入式(21)、(22)、(23)、(24)，計(jì)算出各個(gè)定位系統(tǒng)的近似系 統(tǒng)誤差ρ_GPS、ρ_GLN、ρ_BD、ρ_GLL。

步驟7：重復(fù)以上步驟直到定位精度達(dá)到要求，或者手動(dòng)停止。