首页 / 专利库 / 天文学 / 天文物体 / 恒星 / 一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统

一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统

阅读:389发布:2022-06-05

专利汇可以提供一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于最小二乘 算法 计算整周模糊度的方法和系统,其方法包括以下步骤:获取任一颗卫星在任一个观测时刻的修正卫星坐标、修正卫星钟差、第一站星距和载波 相位 ;基于修正卫星坐标和第一站星距确定卫星在观测时刻的三个维度上的投影参数;基于多颗卫星分别在多个观测时刻的所有投影参数、所有修正卫星钟差和所有载波相位构建矩阵方程;采用最小二乘算法对矩阵方程进行计算,得到至少两个整周模糊度。本发明提供的基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统,能够在保证整周模糊度 精度 的 基础 上,降低整周模糊度的计算量,提高了整周模糊度的计算效率,进而在利用整周模糊度绝对 定位 接收机 位置 时提高定位效率。,下面是一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统专利的具体信息内容。

1.一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、获取任一颗卫星在任一个观测时刻的修正卫星坐标、修正卫星钟差、第一站星距和载波相位
步骤2、基于所述修正卫星坐标和所述第一站星距确定所述卫星在所述观测时刻的三个维度上的投影参数;
步骤3、基于多颗所述卫星分别在多个所述观测时刻的所有所述投影参数、所有所述修正卫星钟差和所有所述载波相位构建矩阵方程;
步骤4、采用最小二乘算法对所述矩阵方程进行计算,得到至少两个整周模糊度。
2.根据权利要求1所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,所述步骤1具体包括:
步骤11、获取所述卫星在所述观测时刻的广播星历
步骤12、基于所述广播星历中的卫星轨道参数集合确定修正升交距、修正卫星矢径、修正卫星轨道倾角和卫星钟差;
步骤13、基于所述修正升交角距、所述修正卫星矢径和所述修正卫星轨道倾角确定所述卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量;
步骤14、基于所述卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量对所述卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量进行修正,得到所述修正卫星坐标;
步骤15、基于所述卫星在所述观测时刻的卫星钟差改正项对所述卫星钟差进行修正,得到所述修正卫星钟差;
步骤16、基于所述修正卫星坐标计算所述第一站星距,基于所述修正卫星钟差计算所述载波相位。
3.根据权利要求2所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,所述修正升交角距、所述修正卫星矢径和所述修正卫星轨道倾角以第一约束条件集合表示,所述第一约束条件集合为:
其中,μ代表所述修正升交角距,r代表所述修正卫星矢径,σ代表所述修正卫星轨道倾角,δμ代表与升交角距μ'对应的摄动改正项,δr代表与卫星矢径r'对应的摄动改正项,δσ代表与卫星轨道倾角σ'对应的摄动改正项,Δσ代表所述卫星轨道参数集合中所述修正卫星轨道倾角σ的变化率,t代表所述观测时刻,toe代表参考时刻;
三个所述摄动改正项以第二约束条件集合表示,所述第二约束条件集合为:
其中,Cμc和Cμs均代表所述卫星轨道参数集合中所述摄动改正项δμ所对应的摄动参数,Crc和Crs均代表所述卫星轨道参数集合中所述摄动改正项δr所对应的摄动参数,Cic和Cis均代表所述卫星轨道参数集合中所述摄动改正项δσ所对应的摄动参数;
所述卫星矢径以第一计算公式表示,所述第一计算公式为:
r'=A×(1-e×cosE)
其中,r'代表所述卫星矢径,A代表所述卫星所在卫星轨道的椭圆长半径,e代表所述卫星轨道参数集合中卫星在卫星轨道上的偏心率,E代表偏近点角。
4.根据权利要求2所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,所述步骤13具体包括:
步骤131、基于所述修正升交角距和所述修正卫星矢径确定所述卫星在轨道面坐标系中的二维坐标向量;
步骤132、基于所述二维坐标向量和所述修正卫星轨道倾角确定所述卫星在瞬时地球坐标系中的三维坐标向量;
步骤133、基于所述卫星在瞬时地球坐标系中的三维坐标向量确定所述卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量。
5.根据权利要求4所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,在所述步骤133中,所述卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量以第二计算公式表示,所述第二计算公式为:
其中,xb、yb和zb均代表所述卫星在协议地球坐标系中的坐标,xp和yp均代表所述二维坐标向量中的横坐标和纵坐标,σ代表所述修正卫星轨道倾角,H代表在所述观测时刻的升交点经度;
所述二维坐标向量中的横坐标和纵坐标以第四约束条件集合表示,所述第四约束条件集合为:
其中,xp和yp均代表所述二维坐标向量中的横坐标和纵坐标,r代表所述修正卫星矢径,μ所述修正升交角距;
所述观测时刻的升交点经度以第五约束条件集合表示,所述第五约束条件集合为:
其中,H代表所述观测时刻的升交点经度,Ω0代表在参考时刻toe时的升交点赤经, 代表在所述参考时刻toe时的所述升交点赤经的变化率,ωe代表地球自转角速度,t代表所述观测时刻, 代表所述卫星轨道参数集合中在参考时刻toe时的升交点赤经所对应的时间变化率,GASTweek代表本周起始时刻的格林尼治恒星时。
6.根据权利要求2所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,所述步骤14具体包括:
步骤141、分别确定SSR信息中与参考时刻所对应的卫星坐标改正向量和卫星速度改正向量;
步骤142、基于所述观测时刻、所述参考时刻、所述卫星坐标改正向量和所述卫星速度改正向量确定所述卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量;
步骤143、将所述卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量转换到所述卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量;
步骤144、对所述卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量和所述卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量进行求和,得到所述修正卫星坐标。
7.根据权利要求6所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,在所述步骤144中,所述卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量以第三约束条件集合表示,所述第三约束条件集合为:
其中,代表所述卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量,r'代表所述卫星矢径,代表所述卫星轨道参数中的卫星速度,代表所述卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量。
8.根据权利要求2所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,在所述步骤15中,所述修正卫星钟差以第三计算公式表示,所述第三计算公式为:
Δts=Δt-δc/C
其中,Δts代表所述修正卫星钟差,Δt代表所述卫星钟差,δc代表所述卫星钟差改正项,C代表光速。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,其特征在于,在所述步骤3中,任意一个所述载波相位以第四计算公式表示,所述第四计算公式为:
其中, 代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的所述载波相位,λ代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的载波波长,φi(tj)代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的载波相位观测值, 代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻到接收机的第二站星距,Dtro代表对流层延迟,Dion代表电离层延迟,Δts代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的所述修正卫星钟差,C代表光速;
第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻到所述接收机的所述第二站星距以第五计算公式表示,所述第五计算公式为:
其中, 代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的一个整周模糊度,Δtu代表接收机钟差,θ代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的误差;
第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的误差θ中的三个投影参数以第四约束条件集合表示,所述第四约束条件集合为:
其中, 和 均代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的一个投影参数,
和 均代表所述修正卫星坐标中的一个坐标,xu、yu和zu均代表接收机三维坐标中的一个坐标, 代表第i颗所述卫星在第j个观测时刻到所述接收机的所述第一站星距;
第i颗所述卫星在第j个观测时刻到所述接收机的所述第一站星距以第六计算公式表示,第六计算公式为:
联立所述第四计算公式、所述第五计算公式、所述第四约束条件和所述第六计算公式,得到第七计算公式,第七计算公式为:
其中,Δx、Δy和Δz均代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻的误差θ中的一个坐标差值,
通过所述第七计算公式构建所述矩阵方程。
10.一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的系统,其特征在于,包括:获取模、确定模块、构建模块和计算模块;
所述获取模块,用于获取任一颗卫星在任一个观测时刻的修正卫星坐标、修正卫星钟差、第一站星距和载波相位;
所述确定模块,用于基于所述修正卫星坐标和所述第一站星距确定所述卫星在所述观测时刻的三个维度上的投影参数;
所述构建模块,用于基于多颗所述卫星分别在多个所述观测时刻的所有所述投影参数、所有所述修正卫星钟差和所有所述载波相位构建矩阵方程;
所述计算模块,用于采用最小二乘算法对所述矩阵方程进行计算,得到至少两个整周模糊度。

说明书全文

一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星导航定位技术领域,尤其涉及一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统。

背景技术

[0002] 随着用户对导航精度要求越来越高,卫星导航定位技术的定位精度和实时性也要得到提高,卫星导航定位主要有基于伪距的卫星定位方法和基于载波相位的卫星定位方法。
[0003] 在基于伪距的卫星定位方法时,由于测距码具有较大的噪音,码元宽度长,因此相比于卫星与接收机之间的真实距离,以光速乘以信号传播时间得到的伪距误差大,伪距的定位精度低;基于载波相位的卫星定位方法是利用接收机接收的具有多普勒频移的载波信号计算其与接收机产生的参考载波信号之间的相位差,通过相位差定位接收机位置,相位差的定位精度高于伪距的定位精度。
[0004] 按照接收机中的流动站和基准站,基于载波相位的卫星定位方法有两种方式,该两种方式分别为基于流动站和基准站的载波相位相对定位以及基于流动站的载波相位绝对定位,往往采用IGS提供的超快速精密星历或者广播星历计算卫星位置和卫星钟差,但是超快速精密星历卫星位置和卫星钟差也会随着时间的延长或不断增大误差,广播星历得到的误差大,绝对定位需要求解整周模糊度,整周模糊度的求解算法主要有快速模糊度解算法(FRAR)和最小二乘模糊度降相关平差法(LAMBDA),虽然整周模糊度具有较高的精度,但是这两种整周模糊度的求解算法的计算量大,接收机需要具有较高配置的硬件支持,会增加接收机的成本。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中载波相位绝对定位无法兼顾整周模糊度的精度和计算量的不足,提供一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法和系统。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
[0007] 依据本发明的第一方面,提供了一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法,包括以下步骤:
[0008] 步骤1、获取任一颗卫星在任一个观测时刻的修正卫星坐标、修正卫星钟差、第一站星距和载波相位;
[0009] 步骤2、基于所述修正卫星坐标和所述第一站星距确定所述卫星在所述观测时刻的三个维度上的投影参数;
[0010] 步骤3、基于多颗所述卫星分别在多个所述观测时刻的所有所述投影参数、所有所述修正卫星钟差和所有所述载波相位构建矩阵方程;
[0011] 步骤4、采用最小二乘算法对所述矩阵方程进行计算,得到至少两个整周模糊度。
[0012] 依据本发明的第二方面,提供了一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的系统,包括:获取模、确定模块、构建模块和计算模块;
[0013] 所述获取模块,用于获取任一颗卫星在任一个观测时刻的修正卫星坐标、修正卫星钟差、第一站星距和载波相位;
[0014] 所述确定模块,用于基于所述修正卫星坐标和所述第一站星距确定所述卫星在所述观测时刻的三个维度上的投影参数;
[0015] 所述构建模块,用于基于多颗所述卫星分别在多个所述观测时刻的所有所述投影参数、所有所述修正卫星钟差和所有所述载波相位构建矩阵方程;
[0016] 所述计算模块,用于采用最小二乘算法对所述矩阵方程进行计算,得到至少两个整周模糊度。
[0017] 本发明的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法及系统的有益效果是:利用修正卫星坐标和站星距确定卫星在观测时刻的三个维度上的投影参数,修正卫星坐标提高了投影参数的精度,投影参数可以简化三个维度上误差的表示方式;基于多颗卫星分别在多个观测时刻的所有投影参数、所有修正卫星钟差和所有载波相位构建矩阵方程,采用最小二乘算法以矩阵运算求解矩阵方程,得到所有卫星在所有观测时刻的整周模糊度,投影参数和修正卫星钟差保证了整周模糊度的精度,最小二乘算法和矩阵方程快速计算多个整周模糊度,提高了整周模糊度的计算效率。附图说明
[0018] 图1为本发明实施例提供的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法的流程示意图;
[0019] 图2为本发明实施例提供的一颗卫星在三个观测时刻的载波相位观测值与整周模糊度之间关系的示意图;
[0020] 图3为本发明实施例提供的四颗卫星在三个观测时刻所对应的矩阵方程的示意图。
[0021] 图4为本发明实施例提供的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的系统的结构示意图。

具体实施方式

[0022] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
[0023] 实施例一
[0024] 如图1所示,本发明实施例的一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的方法的流程示意图,包括以下步骤:
[0025] 步骤1、获取任一颗卫星在任一个观测时刻的修正卫星坐标、修正卫星钟差、第一站星距和载波相位;
[0026] 步骤2、基于修正卫星坐标和第一站星距确定卫星在观测时刻的三个维度上的投影参数;
[0027] 步骤3、基于多颗卫星分别在多个观测时刻的所有投影参数、所有修正卫星钟差和所有载波相位构建矩阵方程;
[0028] 步骤4、采用最小二乘算法对矩阵方程进行计算,得到至少两个整周模糊度。
[0029] 利用修正卫星坐标和第一站星距确定卫星在观测时刻的三个维度上的投影参数,修正卫星坐标提高了投影参数的精度,投影参数可以简化三个维度上误差的表示方式;基于多颗卫星分别在多个观测时刻的所有投影参数、所有修正卫星钟差和所有载波相位构建矩阵方程,采用最小二乘算法以矩阵运算求解矩阵方程,得到所有卫星在所有观测时刻的整周模糊度,投影参数和修正卫星钟差保证了整周模糊度的精度,进而将整周模糊度应用于载波相位定位,相比于传统的伪距定位,载波相位绝对定位可以提高定位精度,最小二乘算法和矩阵方程快速计算多个整周模糊度,相比于传统的两种整周模糊度的求解算法,提高了整周模糊度的计算效率,可以降低接收机的成本。
[0030] 优选地,步骤1具体包括:
[0031] 步骤11、获取卫星在观测时刻的广播星历;
[0032] 步骤12、基于广播星历中的卫星轨道参数集合确定修正升交距、修正卫星矢径、修正卫星轨道倾角和卫星钟差;
[0033] 步骤13、基于修正升交角距、修正卫星矢径和修正卫星轨道倾角确定卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量;
[0034] 步骤14、基于卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量对卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量进行修正,得到修正卫星坐标;
[0035] 步骤15、基于卫星在所述观测时刻的卫星钟差改正项对卫星钟差进行修正,得到修正卫星钟差;
[0036] 步骤16、基于修正卫星坐标计算第一站星距,基于修正卫星钟差计算载波相位。
[0037] 优选地,修正升交角距、修正卫星矢径和修正卫星轨道倾角以第一约束条件集合表示,第一约束条件集合为:
[0038]
[0039] 其中,μ代表所述修正升交角距,r代表所述修正卫星矢径,σ代表所述修正卫星轨道倾角,δμ代表与升交角距μ'对应的摄动改正项,δr代表与卫星矢径r'对应的摄动改正项,δσ代表与卫星轨道倾角σ'对应的摄动改正项,Δσ代表卫星轨道参数集合中修正卫星轨道倾角σ的变化率,t代表观测时刻,toe代表参考时刻。
[0040] 三个摄动改正项以第二约束条件集合表示,第二约束条件集合为:
[0041]
[0042] 其中,Cμc和Cμs均代表卫星轨道参数集合中摄动改正项δμ所对应的摄动参数,Crc和Crs均代表卫星轨道参数集合中摄动改正项δr所对应的摄动参数,Cic和Cis均代表卫星轨道参数集合中摄动改正项δσ所对应的摄动参数。
[0043] 升交角距μ'的计算公式为:μ'=ω+f,其中,ω代表,f代表卫星在卫星轨道上的真近点角。
[0044] 真近点角f的计算公式为:
[0045]
[0046] 其中,e代表卫星轨道参数集合中卫星在卫星轨道上的偏心率,E代表偏近点角。
[0047] 偏近点角E的计算公式为开普勒方程,开普勒方程为:E=M+e×sinE,其中,M为平近点角。
[0048] 平近点角M的计算公式为:M=Mo+n(t-toe),其中,Mo代表卫星轨道参数集合中卫星在参考时刻toe的平近点角,n代表卫星在观测时刻的平均角速度
[0049] 平均角速度n的计算公式为:n=no+Δn,其中,no代表卫星在参考时刻toe的平均角速度,Δn代表卫星轨道参数集合中的摄动参数。
[0050] 平均角速度no的计算公式为:
[0051]
[0052] 其中,G为万有引常数,A代表卫星所在卫星轨道的椭圆长半径。
[0053] 卫星矢径以第一计算公式表示,第一计算公式为:r'=A×(1-e×cosE),其中,r'代表所述卫星矢径,代表卫星所在卫星轨道的椭圆长半径,e代表卫星轨道参数集合中卫星轨道参数集合中卫星在卫星轨道上的偏心率,E代表偏近点角。
[0054] 优选地,步骤13具体包括:
[0055] 步骤131、基于修正升交角距和修正卫星矢径确定卫星在轨道面坐标系中的二维坐标向量;
[0056] 步骤132、基于二维坐标向量和修正卫星轨道倾角确定卫星在瞬时地球坐标系中的三维坐标向量;
[0057] 步骤133、基于卫星在瞬时地球坐标系中的三维坐标向量确定卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量。
[0058] 优选地,在步骤133中,卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量以第二计算公式表示,第二计算公式为:
[0059]
[0060] 其中,xb、yb和zb均代表卫星在协议地球坐标系中的坐标,xp和yp均代表二维坐标向量中的横坐标和纵坐标,σ代表修正卫星轨道倾角,H代表在观测时刻的升交点经度。
[0061] 二维坐标向量中的横坐标和纵坐标以第四约束条件集合表示,第四约束条件集合为:
[0062]
[0063] 其中,xp和yp均代表二维坐标向量中的横坐标和纵坐标,r代表修正卫星矢径,μ修正升交角距。
[0064] 观测时刻的升交点经度H以第五约束条件集合表示,第五约束条件集合为:
[0065]
[0066] 其中,Ω0代表在参考时刻toe时的升交点赤经, 代表在参考时刻toe时的升交点赤经的变化率,ωe代表地球自转角速度,t代表观测时刻, 代表卫星轨道参数集合中在参考时刻toe时的升交点赤经所对应的时间变化率,GASTweek代表本周起始时刻的格林尼治恒星时。
[0067] 优选地,步骤14具体包括:
[0068] 步骤141、分别确定SSR信息中与参考时刻所对应的卫星坐标改正向量和卫星速度改正向量;
[0069] 步骤142、基于观测时刻、参考时刻、卫星坐标改正向量和卫星速度改正向量确定卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量;
[0070] 步骤143、将卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量转换到卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量;
[0071] 步骤144、对卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量和卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量进行求和,得到修正卫星坐标。
[0072] SSR信息是通过Internet实时获取GNSS的数据,该数据IGS-RTPP各分析中心生成的实时卫星轨道和钟差改正数据,采用符合RTCM标准的SSR信息格式发布。
[0073] SSR信息具有较好的实时修正广播星历误差的效果,观测时刻、参考时刻、卫星坐标改正向量和卫星速度改正向量共同确定卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量,提高了该卫星坐标改正向量的精度,使得由该卫星坐标改正向量转换得到的卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量更为精确,进而以向量求和的方式得到修正卫星坐标,既能够保证修正卫星坐标的精度,又能够简化修正卫星坐标的计算方式,减少了计算量。
[0074] 优选地,在步骤144中,卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量以第三约束条件集合表示,第三约束条件集合为:
[0075]
[0076] 其中,卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量,r'代表卫星矢径,代表卫星轨道参数中的卫星速度,代表卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量。
[0077] 卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量 的计算公式为:
[0078]
[0079] 其中,δr、δa和δc均代表卫星坐标改正向量中的改正值,dr代表卫星坐标改正向量中与参考时刻对应的经向改正量,da代表卫星坐标改正向量中与参考时刻对应的切向改正量,dc代表卫星坐标改正向量中与参考时刻对应的法向改正量, 和 依次代表经向改正量dr的变化率、切向改正量da的变化率和法向改正量dc的变化率。
[0080] 优选地,在步骤15中,修正卫星钟差以第三计算公式表示,第三计算公式为:Δts=Δt-δc/C,其中,Δts代表修正卫星钟差,Δt代表卫星钟差,δc代表卫星钟差改正项,C代表光速。
[0081] 卫星钟差Δt的计算公式为:Δt=α0+α1+α2(t-t0)+Δtr,其中,α0代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的卫星钟差,α1代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的钟速,α2代表卫星在初始观测时刻t0的频漂,Δtr代表卫星钟的相对论效应值。
[0082] 卫星钟差改正项δc的计算公式为:δc=c0+c1+c2(t-t0)2,其中,c0、c1和c2均代表SSR信息中在参考时刻toe的系数。
[0083] 通过广播星历中的卫星钟差、钟速和频漂粗略计算得到卫星钟差,通过SSR信息中在参考时刻toe的系数简单计算卫星钟差改正项,利用卫星钟差改正项精确计算得到修正卫星钟差,使得修正卫星钟差的计算精度和实时性得到提升。
[0084] 优选地,在步骤3中,任意一个载波相位以第四计算公式表示,第四计算公式为:其中, 代表第i颗卫星在第j个观测时刻的载波相
位,λ代表第i颗卫星在第j个观测时刻的载波波长,该载波波长为常数,φi(tj)代表第i颗卫星在第j个所述观测时刻的载波相位观测值, 代表第i颗卫星在第j个观测时刻到接收机的第二站星距,Dtro代表对流层延迟,Dion代表电离层延迟,Δts代表第i颗卫星在第j个观测时刻的修正卫星钟差,C代表光速。
[0085] 优选地,对多普勒观测值的拟合曲线D(t)在相邻两个观测时刻的范围内进行积分,得到多普勒观测值的相差值;若φi(tj+1)-φi(tj)在第一阈值范围内且前述相差值在第二阈值范围内,则确定没有周跳,否则,确定有周跳。
[0086] 前述相差值 的计算公式为:
[0087] 如图所示2为本发明实施例的一颗卫星在三个观测时刻的载波相位观测值与整周模糊度之间关系的示意图。
[0088] 第i颗卫星在第j个观测时刻到接收机的第二站星距以第五计算公式表示,第五计算公式为: 其中, 代表第i颗卫星在第j个观测时刻的整周模糊度,Δtu代表接收机钟差,代表第i颗卫星在第j个所述观测时刻的误差。
[0089] 第i颗卫星在第j个观测时刻的误差 中的三个投影参数以第四约束条件集合表示,第四约束条件集合为:
[0090]
[0091] 其中, 和 均代表第i颗卫星在第j个观测时刻的一个投影参数,和 均代表修正卫星坐标中的一个坐标,xu、yu和zu均代表接收机三维坐标中的一个坐标,代表第i颗卫星在第j个观测时刻到接收机的第一站星距。
[0092] 第i颗卫星在第j个观测时刻到接收机的第一站星距以第六计算公式表示,第六计算公式为:
[0093] 对于任一颗卫星在任一个观测时刻,分别采用第六计算公式和第五计算公式独立计算第一站星距和第二站星距,如第六计算公式所示,第一站星距是利用修正卫星坐标和接收机的三维坐标直接计算得到,第二站星距是基于载波相位观测值、对流层延迟、电离层延迟、修正卫星钟差和接收机钟差计算得到。
[0094] 联立第四计算公式、第五计算公式、第四约束条件和第六计算公式,得到第七计算公式,并通过第七计算公式构建矩阵方程,第七计算公式为:
[0095]
[0096] 其中,Δx、Δy和Δz均代表第i颗卫星在第j个观测时刻的误差 中的一个坐标差值,
[0097] 接收机钟差Δtu的计算公式为:Δtu=b0+b1(t-t0)+b2(t-t0)2,其中,b0代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的卫星钟差,b1代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的钟速,b2代表卫星在初始观测时刻t0的频漂。
[0098] 将xu、yu、zu、b0、b1、b2和 作为待求解值,求解出的整周模糊度的总个数共有i×j-6个,例如:在i=4且j=3时,整周模糊度的总个数为6个,提高了待求解值的计算稳定性和计算效率;循环执行步骤1-5,直至xu、yu和zu均小于设定阈值,则确定接收机位置,提高了该接收机位置的准确性,如图3所示为本发明实施例的四颗卫星在三个观测时刻所对应的矩阵方程的示意图。
[0099] 矩阵方程可以表示为:L=GX,可以先基于最小二乘法和伪距粗略估计位置及接收T -1 T机钟差,继而采用最小二乘法求解X=(GG) GL,可以同时得到接收机位置、b0、b1、b2和多个整周模糊度,以精确计算多个整周模糊度、接收机位置及接收机钟差,提高了多个整周模糊度的计算效率。
[0100] 实施例二
[0101] 本实施例中,如图4所示,一种基于最小二乘算法计算整周模糊度的系统,包括:获取模块、确定模块、构建模块和计算模块。
[0102] 所述获取模块,用于获取任一颗卫星在任一个观测时刻的修正卫星坐标、修正卫星钟差、第一站星距和载波相位;
[0103] 所述确定模块,用于基于修正卫星坐标和第一站星距确定卫星在观测时刻的三个维度上的投影参数;
[0104] 所述构建模块,用于基于多颗卫星分别在多个观测时刻的所有投影参数、所有修正卫星钟差和所有载波相位构建矩阵方程;
[0105] 所述计算模块,用于采用最小二乘算法对矩阵方程进行计算,得到至少两个整周模糊度。
[0106] 优选地,获取模块具体用于:获取卫星在观测时刻的广播星历;基于广播星历中的卫星轨道参数集合确定修正升交角距、修正卫星矢径、修正卫星轨道倾角和卫星钟差;基于修正升交角距、修正卫星矢径和修正卫星轨道倾角确定卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量;基于卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量对卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量进行修正,得到修正卫星坐标;基于卫星在所述观测时刻的卫星钟差改正项对卫星钟差进行修正,得到修正卫星钟差;基于修正卫星坐标计算第一站星距,基于修正卫星钟差计算载波相位。
[0107] 优选地,修正升交角距、修正卫星矢径和修正卫星轨道倾角以第一约束条件集合表示,第一约束条件集合为:
[0108]
[0109] 其中,μ代表所述修正升交角距,r代表所述修正卫星矢径,σ代表所述修正卫星轨道倾角,δμ代表与升交角距μ'对应的摄动改正项,δr代表与卫星矢径r'对应的摄动改正项,δσ代表与卫星轨道倾角σ'对应的摄动改正项,Δσ代表卫星轨道参数集合中修正卫星轨道倾角σ的变化率,t代表观测时刻,toe代表参考时刻。
[0110] 三个摄动改正项以第二约束条件集合表示,第二约束条件集合为:
[0111]
[0112] 其中,Cμc和Cμs均代表卫星轨道参数集合中摄动改正项δμ所对应的摄动参数,Crc和Crs均代表卫星轨道参数集合中摄动改正项δr所对应的摄动参数,Cic和Cis均代表卫星轨道参数集合中摄动改正项δσ所对应的摄动参数。
[0113] 升交角距μ'的计算公式为:μ'=ω+f,其中,ω代表,f代表卫星在卫星轨道上的真近点角。
[0114] 真近点角f的计算公式为:
[0115]
[0116] 其中,e代表卫星轨道参数集合中卫星在卫星轨道上的偏心率,E代表偏近点角。
[0117] 偏近点角E的计算公式为开普勒方程,开普勒方程为:E=M+e×sinE,其中,M为平近点角。
[0118] 平近点角M的计算公式为:M=Mo+n(t-toe),其中,Mo代表卫星轨道参数集合中卫星在参考时刻toe的平近点角,n代表卫星在观测时刻的平均角速度。
[0119] 平均角速度n的计算公式为:n=no+Δn,其中,no代表卫星在参考时刻toe的平均角速度,Δn代表卫星轨道参数集合中的摄动参数。
[0120] 平均角速度no的计算公式为:
[0121]
[0122] 其中,G为万有引力常数,A代表卫星所在卫星轨道的椭圆长半径。
[0123] 卫星矢径以第一计算公式表示,第一计算公式为:r'=A×(1-e×cosE),其中,r'代表所述卫星矢径,A代表卫星所在卫星轨道的椭圆长半径,e代表卫星轨道参数集合中卫星轨道参数集合中卫星在卫星轨道上的偏心率,E代表偏近点角。
[0124] 优选地,获取模块具体用于:基于修正升交角距和修正卫星矢径确定卫星在轨道面坐标系中的二维坐标向量;基于二维坐标向量和修正卫星轨道倾角确定卫星在瞬时地球坐标系中的三维坐标向量;基于卫星在瞬时地球坐标系中的三维坐标向量确定卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量。
[0125] 优选地,卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量以第二计算公式表示,第二计算公式为:
[0126]
[0127] 其中,xb、yb和zb均代表卫星在协议地球坐标系中的坐标,xp和yp均代表二维坐标向量中的横坐标和纵坐标,σ代表修正卫星轨道倾角,H代表在观测时刻的升交点经度。
[0128] 二维坐标向量中的横坐标和纵坐标以第四约束条件集合表示,第四约束条件集合为:
[0129]
[0130] 其中,xp和yp均代表二维坐标向量中的横坐标和纵坐标,r代表修正卫星矢径,μ修正升交角距。
[0131] 观测时刻的升交点经度H以第五约束条件集合表示,第五约束条件集合为:
[0132]
[0133] 其中,Ω0代表在参考时刻toe时的升交点赤经, 代表在所述参考时刻toe时的升交点赤经的变化率,ωe代表地球自转角速度,t代表观测时刻, 代表卫星轨道参数集合中在参考时刻toe时的升交点赤经所对应的时间变化率,GASTweek代表本周起始时刻的格林尼治恒星时。
[0134] 优选地,获取模块具体用于:分别确定SSR信息中与参考时刻所对应的卫星坐标改正向量和卫星速度改正向量;基于观测时刻、参考时刻、卫星坐标改正向量和卫星速度改正向量确定卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量;将卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量转换到卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量;对卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量和卫星在协议地球坐标系中的三维坐标向量进行求和,得到修正卫星坐标;基于修正卫星坐标计算站星距,基于修正卫星钟差计算载波相位。
[0135] 优选地,卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量以第三约束条件集合表示,第三约束条件集合为:
[0136]
[0137] 其中,卫星在地心地固系中的卫星坐标改正向量,r'代表卫星矢径,代表卫星轨道参数中的卫星速度,代表卫星在卫星轨道坐标系中的卫星坐标改正向量。
[0138] 优选地,修正卫星钟差以第三计算公式表示,第三计算公式为:Δts=Δt-δc/C,其中,Δts代表修正卫星钟差,Δt代表卫星钟差,δc代表卫星钟差改正项,C代表光速。
[0139] 卫星钟差Δt的计算公式为:Δt=α0+α1+α2(t-t0)+Δtr,其中,α0代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的卫星钟差,α1代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的钟速,α2代表卫星在初始观测时刻t0的频漂,Δtr代表卫星钟的相对论效应值。
[0140] 卫星钟差改正项δc的计算公式为:δc=c0+c1+c2(t-t0)2,其中,c0、c1和c2均代表SSR信息中在参考时刻toe的系数。
[0141] 优选地,令任意一个载波相位以第四计算公式表示,第四计算公式为:其中, 代表第i颗卫星在第j个观测时刻的载波相
位,λ代表第i颗卫星在第j个观测时刻的载波波长,该载波波长为常数,φi(tj)代表第i颗卫星在第j个所述观测时刻的载波相位观测值, 代表第i颗所述卫星在第j个所述观测时刻到接收机的第二站星距,Dtro代表对流层延迟,Dion代表电离层延迟,Δts代表第i颗卫星在第j个观测时刻的修正卫星钟差,C代表光速。
[0142] 例如,对流层延迟Dtro可以是采用萨斯塔莫宁模型对原对流层延迟修正后得到的,电离层延迟Dion可以是采用双频改正模型对原电离层延迟修正后得到的,在接收机为单频接收机时,电离层延迟Dion可以是采用Klobuchar模型对原电离层延迟修正后得到的。
[0143] 优选地,对多普勒观测值的拟合曲线D(t)在相邻两个观测时刻的范围内进行积分,得到多普勒观测值的相差值;若φi(tj+1)-φi(tj)在第一阈值范围内且前述相差值在第二阈值范围内,则确定没有周跳,否则,确定有周跳。
[0144] 前述相差值 的计算公式为:
[0145] 第i颗卫星在第j个观测时刻到接收机的第二站星距以第五计算公式表示,第五计算公式为: 其中, 代表第i颗卫星在第j个观测时刻的整周模糊度,Δtu代表接收机钟差,代表第i颗卫星在第j个所述观测时刻的误差。
[0146] 第i颗卫星在第j个观测时刻的误差 中的三个投影参数以第四约束条件集合表示,第四约束条件集合为:
[0147]
[0148] 其中, 和 均代表第i颗卫星在第j个观测时刻的一个投影参数,和 均代表修正卫星坐标中的一个坐标,xu、yu和zu均代表接收机三维坐标中的一个坐标,代表第i颗卫星在第j个观测时刻到接收机的第一站星距。
[0149] 第i颗卫星在第j个观测时刻到接收机的第一站星距以第六计算公式表示,第六计算公式为:
[0150] 联立第四计算公式、第五计算公式、第四约束条件和第六计算公式,得到第七计算公式,并通过第七计算公式构建矩阵方程,第七计算公式为:
[0151]
[0152] 其中,Δx、Δy和Δz均代表第i颗卫星在第j个观测时刻的误差 中的一个坐标差值,
[0153] 第i颗卫星在第j个观测时刻的接收机钟差Δtu的计算公式为:Δtu=b0+b1(t-t0)+b2(t-t0)2,其中,b0代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的卫星钟差,b1代表卫星在多个观测时刻中的初始观测时刻t0的钟速,b2代表卫星在初始观测时刻t0的频漂。
[0154] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈