基于gnss多天線的動態(tài)載體精密定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GNSS多天線的動態(tài)載體精密定位 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System, GNSS)已廣泛地應(yīng) 用于大地測量、空間科學(xué)、地球物理和氣象等科學(xué)研究及工程應(yīng)用領(lǐng)域，如：海陸空范圍內(nèi) 的定位、導(dǎo)航和授時(shí)（Positioning, Navigation and Timing, PNT)、低軌衛(wèi)星定軌、靜態(tài)和 動態(tài)精密定位、動態(tài)載體測速與定姿、海洋表面監(jiān)測、大氣研究等。GNSS技術(shù)已經(jīng)作為先進(jìn) 的測量手段和新的生產(chǎn)力，融入到了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 GNSS精密定位技術(shù)在動態(tài)載體的精密定位中也發(fā)揮著重要的作用，如航空重力測量、海上 資源勘查、車輛導(dǎo)航定位等。
[0003] 通常情況下動態(tài)載體上會安置多個(gè)GNSS信號接收設(shè)備，其每個(gè)動態(tài)站包括GNSS 接收天線和GNSS接收機(jī)。通常的方法是對每個(gè)GNSS接收天線單獨(dú)進(jìn)行定位，很少考慮到 動態(tài)載體上安置多個(gè)GNSS接收設(shè)備的情況，及其之間的理論關(guān)系和特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于GNSS多天線的動態(tài)載體精 密定位方法，本發(fā)明充分考慮動態(tài)載體上安置多個(gè)GNSS接收設(shè)備的情況，對多個(gè)GNSS接收 設(shè)備之間的理論關(guān)系和特性加以利用，將多個(gè)GNSS接收天線間距離固定不變的關(guān)系及多 個(gè)GNSS接收天線所受的大氣延遲影響相似的性質(zhì)使用到定位過程中，從而增加額外的信 息和改善解的結(jié)構(gòu)，提高了 GNSS動態(tài)精密定位的精度。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 基于GNSS多天線的動態(tài)載體精密定位方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一，將固定在動態(tài)載體上的多個(gè)GNSS接收天線接收到的GNSS數(shù)據(jù)同時(shí)處 理；
[0008] 步驟二，獲取動態(tài)載體上多個(gè)GNSS接收天線間的距離信息；
[0009] 步驟三，將多個(gè)GNSS接收天線間的距離信息作為已知的先驗(yàn)約束信息，將該約束 信息作為一個(gè)虛擬的距離觀測量增加到GNSS的觀測方程中；
[0010] 步驟四，在動態(tài)載體的多個(gè)GNSS接收天線之間采用一個(gè)公共的大氣天頂濕延遲 參數(shù)，來替代每個(gè)動態(tài)站上都設(shè)置大氣天頂濕延遲參數(shù)；
[0011] 步驟五，求解動態(tài)載體的運(yùn)動狀態(tài)方程的最優(yōu)解。
[0012] 所述步驟一中，在第i歷元時(shí)刻一次運(yùn)算中，同時(shí)計(jì)算j個(gè)GNSS接收天線的位置 參數(shù)[?zK,乂-?]τ，具體表達(dá)式為：
[0013]
[0014] 其中，嚀+4為第i歷元GNSS接收天線匕上的GNSS觀測方程，If為GNSS 觀測向量，4"'為GNSS接收天線h的設(shè)計(jì)矩陣，X/'1包含第i歷元GNSS接收天線h的位置 參數(shù)向量[xf1, #, 4 ]τ，4表示觀測誤差向量。
[0015] 當(dāng)有u組GNSS接收天線之間的距離信息時(shí)，其向量表達(dá)式如下：
[0016] D = BiXi+ ε ,
[0017] 其中，D表示在所有歷元中的uX 1維距離約束向量，Bi表示第i歷元uXm維設(shè)計(jì) 矩陣，Xi包含第i歷元mX 1維GNSS動態(tài)天線的位置參數(shù)向量，ε表示距離約束的觀測誤 差，均值為零協(xié)方差矩陣為2d。
[0018] 所述步驟二中，使用精密測量方法測量GNSS接收天線相位中心的距離，或者采用 相對定位超短基線的方式來精確求取GNSS接收天線相位中心的距離，并獲取該測量值的 實(shí)際精度ε ;該距離表示為GNSS接收天線位置參數(shù)的函數(shù)：
[0020] 其中，表示兩個(gè)動態(tài)天線M^k2之間的距離，（Xl， yi，Zl)表示GNSS接收天線 在i歷元的位置參數(shù)。
[0021] 所述步驟三中，GNSS偽距或載波相位觀測值與虛擬的距離觀測量的組合觀測量的 誤差方程為：
[0023] 其中，g :=為歲-厶表示多個(gè)GNSS接收天線的偽距或載波相位觀測的誤差方程，& 為設(shè)計(jì)矩陣，< =-D表示虛擬的距離觀測量的誤差方程；其組合后的誤差方程的協(xié) 方差矩陣為

[0024] 所述步驟四中，在多個(gè)GNSS動態(tài)站之間使用一個(gè)公共的大氣天頂濕延遲參數(shù)。 艮P，將動態(tài)載體上多個(gè)動態(tài)GNSS接收天線上的大氣天頂濕延遲參數(shù) 合并為一個(gè)公共的大氣天頂濕延遲參數(shù)[…，?\，…]τ。
[0025] 所述步驟五中，動態(tài)載體的運(yùn)動狀態(tài)方程為：
[0026] Χ,= Φ A i+W,,
[0027] 其中，XjP X i i包含i和i_l時(shí)刻多個(gè)GNSS接收天線的位置參數(shù)、大氣延遲參數(shù) 和模糊度參數(shù)，i為動態(tài)站的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，WiS動態(tài)系統(tǒng)的模型噪聲，其均值為零協(xié) 方差陣為Σ";，可得到動態(tài)站的預(yù)測狀態(tài)萬及其協(xié)方差矩陣ΣΛ> :
[0030] 結(jié)合GNSS觀測方程，采用基于Kalman濾波估計(jì)理論得到動態(tài)載體狀態(tài)的最優(yōu)解 為：
[0032] 其中，該解的驗(yàn)后協(xié)方差陣為：
[0034] 本發(fā)明的有益效果
[0035] 本發(fā)明將GNSS接收天線間的距離信息作為GNSS接收天線位置參數(shù)的先驗(yàn)約束， 并將多個(gè)GNSS接收天線上的大氣天頂濕延遲參數(shù)合并為一個(gè)公共的大氣天頂濕延遲參 數(shù)，從而增加了額外的信息，并且改善了解的結(jié)構(gòu)，從而提高了 GNSS動態(tài)精密定位的精度。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的原理示意圖；
[0037] 圖2為動態(tài)載體上安置多個(gè)GNSS接收天線的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0039] 如圖1所示，基于GNSS多天線的動態(tài)載體精密定位方法，包括：
[0040] 步驟1 :將固定在動態(tài)載體上的多個(gè)GNSS接收天線接收到的GNSS數(shù)據(jù)同 時(shí)處理。即，在第i歷元時(shí)刻一次運(yùn)算中，同時(shí)估計(jì)j個(gè)GNSS接收天線的位置參數(shù)
[0042] 其中，療=彳Xf1 + 4為第i歷元動態(tài)站h的觀測方程，0為GNSS觀測向量，考 為設(shè)計(jì)矩陣，包含第i歷元GNSS接收天線1^的位置參數(shù)向量[xf1 f , 4表示觀測 誤差向量；
[0043] 步驟2 :獲取動態(tài)載體上多個(gè)GNSS接收天線間的距離信息，例如使用精密的測量 方法測量GNSS接收天線相位中心的距離，或者使用相對定位超短基線的方式來精確求取 GNSS接收天線相位中心的距離，并獲取該測量值的實(shí)際精度ε ;該距離表示為GNSS動態(tài)站 位置參數(shù)的函數(shù)，即：
[0045] 其中，考1Α表示兩個(gè)動態(tài)天線k#k2之間的距離，（ Xl，yi，Zl)表示GNSS接收天線 在i歷元的位置參數(shù)；
[0046] 步驟3 :當(dāng)有u組GNSS接收天線之間的距離信息時(shí)，其向量表達(dá)式如下：
[0047] D = ε ,
[0048] 其中，D表示在所有歷元中的uX 1維距離約束向量，Bi表示第i歷元uXm維設(shè)計(jì) 矩陣，Xi包含第i歷元mX 1維GNSS動態(tài)天線未知位置參數(shù)向量，ε表示距離約束的觀測 誤差，均值為零協(xié)方差矩陣為
[0049] 步驟4 :將GNSS天線間的距離信息作為一種已知的先驗(yàn)約束信息，然后將該距離 約束作為一個(gè)虛擬的觀測量增加到GNSS的觀測方程中；即，GNSS偽距或載波相位觀測值與 該虛擬的距離觀測量的組合觀測誤差方程為：
[0051] 其中，$ = 表示多個(gè)GNSS接收天線的偽距或載波相位觀測的誤差方程， 二盡表