一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，包括根據(jù)初始基線長(zhǎng)度，設(shè)定衛(wèi)星截止高度角；提出基于協(xié)因數(shù)陣最小條件數(shù)的參考衛(wèi)星選擇方法，對(duì)滿足截止高度角條件的衛(wèi)星，依次計(jì)算其作為參考衛(wèi)星時(shí)雙差定位解算方程法矩陣的條件數(shù)，然后選擇條件數(shù)最小的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星進(jìn)行雙差定位解算；相隔一定時(shí)間間隔后，重復(fù)選擇條件數(shù)最小的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星；若處于時(shí)間間隔內(nèi)，所選擇的參考衛(wèi)星的高度角已不滿足衛(wèi)星截止高度角條件，重復(fù)選擇條件數(shù)最小的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星。本發(fā)明提出的方法能夠有效改善在遮擋環(huán)境下的載波雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)，提高了定位解算的可靠性與穩(wěn)定性。
【專利說明】一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)衛(wèi)星定位領(lǐng)域，尤其涉及一種在遮擋環(huán)境下優(yōu)化全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)衛(wèi)星載波雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GNSS定位具有定位速度快、全天候、自動(dòng)化、測(cè)站之間無需通視、可同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)及精度高等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于測(cè)繪、國(guó)土、交通等多個(gè)領(lǐng)域。但是在建筑密集區(qū)等遮擋環(huán)境下，衛(wèi)星信號(hào)容易被遮擋、反射、衍射等，無法保證足夠的可視衛(wèi)星數(shù)量或良好的衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量，從而無法獲得準(zhǔn)確的定位解。隨著GLONASS、GALILEO、北斗等全球性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，GNSS進(jìn)入多星座融合時(shí)代，僅全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在天空中的可用衛(wèi)星至少已達(dá)到70-80顆，全球任何地方(南北極除外)任一時(shí)刻均可接收到至少10-30顆的衛(wèi)星信號(hào)，這也使得在建筑密集區(qū)等嚴(yán)重遮擋環(huán)境下應(yīng)用高精度GNSS成為可倉泛。
[0003]但是，在遮擋環(huán)境下衛(wèi)星分布往往顯得不夠均勻，即在某一方位角范圍或某一高度角范圍內(nèi)的衛(wèi)星信號(hào)都會(huì)受到影響而無法用于定位解算，造成觀測(cè)方程相互之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，即解算系統(tǒng)存在較強(qiáng)的病態(tài)性。此時(shí)即使衛(wèi)星數(shù)量足夠、觀測(cè)值質(zhì)量較高，解算系統(tǒng)也會(huì)因觀測(cè)值噪聲的影響而導(dǎo)致解算結(jié)果的精度或穩(wěn)定性較差。目前對(duì)定位解算精度或穩(wěn)定性的研究大多集中在對(duì)觀測(cè)值域的處理，典型的即為抗差最小二乘或抗差濾波的應(yīng)用，這些方法有效避免或削弱了可能的觀測(cè)值粗差對(duì)解算結(jié)果的影響。但是，對(duì)于一個(gè)平差系統(tǒng)，參數(shù)求解除了受觀測(cè)值的影響還受到觀測(cè)結(jié)構(gòu)即誤差方程中系數(shù)矩陣的影響。觀測(cè)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到觀測(cè)值誤差對(duì)參數(shù)解的影響方向和影響程度，在同等觀測(cè)值精度情況下，不同的觀測(cè)結(jié)構(gòu)也會(huì)解得不同的結(jié)果。因此在遮擋環(huán)境下應(yīng)用高精度GNSS時(shí)，除了對(duì)觀測(cè)值域的處理外，還需對(duì)觀測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以獲得最優(yōu)解算結(jié)果。在GNSS定位中觀測(cè)結(jié)構(gòu)與衛(wèi)星分布情況是直接相關(guān)的，目前對(duì)衛(wèi)星分布情況的描述常采用的是圖形強(qiáng)度因子即roop值，它直觀反映了衛(wèi)星相對(duì)測(cè)站分布的開闊程度，衛(wèi)星分布越開闊，roop值越小，觀測(cè)條件越好。但當(dāng)使用載波雙差方式解算時(shí)，與觀測(cè)方程對(duì)應(yīng)的實(shí)質(zhì)上是各非參考衛(wèi)星與參考衛(wèi)星組成的衛(wèi)星對(duì)。因此除了考慮整體衛(wèi)星分布情況外，還要考慮非參考星相對(duì)參考星的分布，此時(shí)roop值可能就無法全面真實(shí)地體現(xiàn)衛(wèi)星分布對(duì)觀測(cè)方程的影響，需要尋找更合適建筑密集區(qū)等遮擋環(huán)境下載波雙差解算結(jié)果穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的指標(biāo)。
[0004]在遮擋環(huán)境下使用載波雙差進(jìn)行定位解算時(shí)，參考衛(wèi)星的選擇也將顯得尤為重要，這是因?yàn)樵诳梢娦l(wèi)星數(shù)量較少的情況下，參考衛(wèi)星的選擇不同，可能就會(huì)造成整個(gè)衛(wèi)星對(duì)的分布存在較大差異，衛(wèi)星對(duì)的相對(duì)分布直接影響觀測(cè)方程之間的相關(guān)性，進(jìn)而對(duì)定位解算的結(jié)果產(chǎn)生影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，針對(duì)在遮擋環(huán)境下GNSS載波雙差定位解算容易受可視衛(wèi)星分布影響的情況，通過優(yōu)化遮擋環(huán)境下參考星與非參考星相對(duì)幾何分布，改善雙差模糊度固定后定位解算的觀測(cè)結(jié)構(gòu)，從根本上降低了協(xié)因素矩陣的不適定性，從而提高載波雙差解算的可靠性和穩(wěn)定性。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0008](I)根據(jù)初始基線長(zhǎng)度，設(shè)定衛(wèi)星截止高度角；
[0009](2)對(duì)滿足截止高度角條件的衛(wèi)星，依次計(jì)算其作為參考衛(wèi)星時(shí)雙差定位解算方程法矩陣的條件數(shù)，然后選擇條件數(shù)最小的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星進(jìn)行雙差定位解算；
[0010](3)每相隔一定時(shí)間間隔，重復(fù)步驟(2)；
[0011](4)若處于步驟(3)中的時(shí)間間隔內(nèi)，所選擇的參考衛(wèi)星的高度角已不滿足衛(wèi)星截止高度角條件，重復(fù)步驟(2)。
[0012]當(dāng)采用多系統(tǒng)融合解算時(shí)，每個(gè)系統(tǒng)選擇各自的參考星，然后對(duì)整個(gè)解算系統(tǒng)進(jìn)行上述循環(huán)，當(dāng)滿足高度截止角條件的GPS、GLONASS和北斗衛(wèi)星數(shù)量分別為叫、n2和n3顆時(shí)，每次參考衛(wèi)星選擇總共要進(jìn)行Ii1.η2.n3次循環(huán)計(jì)算。
[0013]更進(jìn)一步的，所述步驟(2)雙差定位解算方程法矩陣的條件數(shù)計(jì)算步驟如下:
[0014](21)選取雙頻載波相位觀測(cè)的雙差模型:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據(jù)初始基線長(zhǎng)度，設(shè)定衛(wèi)星截止高度角； (2)對(duì)滿足截止高度角條件的衛(wèi)星，依次計(jì)算其作為參考衛(wèi)星時(shí)雙差定位解算方程法矩陣的條件數(shù)，然后選擇條件數(shù)最小的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星進(jìn)行雙差定位解算； (3)每相隔一定時(shí)間間隔，重復(fù)步驟(2)； (4)若處于步驟(3)中的時(shí)間間隔內(nèi)，所選擇的參考衛(wèi)星的高度角已不滿足步驟(1)中衛(wèi)星截止高度角條件，重復(fù)步驟(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(2)雙差定位解算方程法矩陣的條件數(shù)計(jì)算步驟如下: (21)選取雙頻載波相位觀測(cè)的雙差模型:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(1)中初始基線長(zhǎng)度為:短基線選擇20度，長(zhǎng)基線選擇30-40度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遮擋環(huán)境下衛(wèi)星雙差觀測(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(3)的時(shí)間間隔設(shè)置為IOmin。
【文檔編號(hào)】G01S19/43GK103760582SQ201410001999
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】潘樹國(guó), 高旺, 王勝利, 汪登輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)