[发明专利]一种测码伪距GPS绝对定位方法

说明书

本发明涉及一种测码伪距GPS绝对定位方法，收集GPS接收机接收到的GPS卫星坐标数据、GPS卫星到接收机的伪距及电离层、对流层延迟；用本发明提供的数学模型估算出接收机概略坐标作为初始坐标，依据各GPS卫星坐标、卫星到接收机的伪距、电离层与对流层延迟组成观测方程组，求解方程组、获取GPS接收机精确坐标；再将上述获取的接收机坐标作为初始坐标，再计算观测方程组系数，求解方程组，以此迭代，获取更精确的接收机坐标。用本发明提供的方法与模型，仅用4颗GPS卫星观测值，在无接收机初始坐标情况下，可精确求取GPS接收机坐标。本发明法克服了常规测码伪距绝对定位方法中需已知接收机初始坐标问题，且较求差解法需观测5颗以上卫星有明显的优势。

技术领域

本发明可应用于车辆导航、公安交通、灾害救援、旅游探险、地理考察、地质调查、资源勘查、地籍测量、精细农业等领域。本发明提供了在上述技术领域中精确获取GPS接收机空间三维坐标的一种方法。

背景技术

GPS测码伪距绝对定位仅需一台GPS接收机，操作简便、成本低、速度快，广泛用于车辆导航、公安交通、灾害救援、旅游探险、地理考察、地质调查、资源勘查、地籍测量、精细农业等领域。在现代大城市中，高大建筑物或构筑物，或者在山区、丘陵地带，山峦叠嶂的地形以及茂密的森林都严重阻挡、遮盖了卫星信号。因此，研究开发在接收较少GPS卫星信号时，且无GPS测站初始坐标情况下，获取精确GPS接收机坐标的方法，对于以上应用领域显得尤为重要。目前，国内外主要有以下方法实现测码伪距GPS绝对单点定位：

方法1.常规方法，或称为通用方法。它是以各GPS卫星到接收机的测码伪距作为观测量，列出测码伪距绝对定位观测方程组，从而建立了已知的GPS卫星坐标与未知的接收机坐标之间的关系。由于GPS测码伪距单点定位观测方程为非线性的，通常需用泰勒级数展开对其进行线性化，再用线性最小二乘法求取观测方程的解，即获得GPS接收机精确坐标值。用这种方法获取GPS接收机坐标需要4颗以上GPS卫星的同步观测数据，超过4颗卫星观测数据，则用最小二乘法求取观测方程的最小二乘解。

(参见：[1]李天文.GPS原理及应用[M]，21世纪高等院校教材，科学出版社，2003；[2]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M]，科学出版社，2003年；[3]周忠谟，易杰军，周琪.GPS卫星测量原理与应用[M],测绘出版社，1997；[4]Elliott Kaplan,ChristopherHegarty，Understanding GPS:principles and applications[M],Secondedition.2006ARTECH HOUSE,INCORPORATION)

方法2.求差法。与方法1不同，此方法不对测码伪距观测方程进行线性化，而是对各观测方程间进行求差处理，以消除观测方程中的非线性项，再求解观测方程而直接解算出GPS接收机的三维直角坐标。

(参见：[5]刘大杰,等.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海:同济大学出版社,1996；[6]郭秋英等GPS测码伪距绝对定位的几种算法，测绘科学，2005,30(5):26-28)

其中，就方法1而言，需要已知GPS接收机初始坐标，再经过解观测方程组求取GPS接收机的精确坐标。如果没有GPS接收机初始坐标，则此方法无法实施。即使已知GPS接收机初始坐标，但如果观测站坐标的初始值与精确值有偏差较大,则略去二次微小量的模型误差,对解算结果将产生不能忽略的影响，甚至迭代发散无法获取精确坐标。

方法2需要指出的是,此方法至少需要同时接收到5颗以上GPS卫星信号，以列出5个以上伪距观测方程，确保观测方程间求差处理后方程的线性无关性。这无疑限制了此方法的应用范围，特别是在城市区域、高建筑物群、构筑物，以及在山区丘陵地带，山峦叠嶂的地形以及茂密的森林，对GPS信号遮拦很严重，很多情况下无法同时接收到5颗以上GPS卫星信号。