[发明专利]一种高精度实时GNSS多频快速收敛定位方法

权利要求书

1.一种高精度实时GNSS多频快速收敛定位方法，其特征在于：其步骤如下：

步骤一:计算多频无电离层组合测量值

借助电离层延迟与频率的平方成反比的特性，使用多频组合测量消除电离层误差项，根据公式(1)和(2)分别计算伪距和载波的无电离层多频组合测量值；

式中，P为伪距测量值，单位为米；ρ为GPS卫星到接收机的真实几何距离；c为真空光速；δt_r为接收机钟差；δt^s为GPS卫星钟差；ε_P为伪距测量噪声；两个频率伪距测量的系数和分别为2.546和1.546；

式中，φ为载波测量值，单位为米；λ为载波波长；N为模糊度；ε_φ为载波测量噪声；

步骤二：考虑广播星历误差的多频伪距实时定位解算

在测量方程中添加广播星历误差项，并将其作为系统状态之一进行实时估计，状态量包括接收机位置坐标、钟差、广播星历误差，具体方法为：

1)时间更新

系统的状态转移矩阵写为：

利用牛顿第二定律及状态转移矩阵的微分方程，分别积分计算下一时刻的系统状态与状态转移矩阵Φ_k,k-1，过程噪声Q_k同样根据力学模型误差积分获得；对于与动力学无关的系统状态δt_r及广播星历误差A，由于视为随机模型，其状态转移矩阵Φ(t,t₀)视为单位阵；

又有：

至此获得了先验的当前时刻系统状态与状态方差

2)测量更新

基本测量方程写为以下向量形式：

此时，y_k为多频伪距测量组合测量，r_r为接收机坐标，rⁿ为第n颗卫星坐标，A_n为对应第n颗GPS卫星的广播星历误差，δt_r,k为接收机钟差；

然后根据扩展卡尔曼滤波方程：

即可得到k时刻后验的系统状态与状态方差完成一次测量更新；其中，H_k为k时刻测量对系统状态的偏导阵，R_k为测量方差阵，由观测噪声模型给出，D为实际测量值；

至此得到当前时刻的后验多频伪距实时定位解算结果，包括接收机三维位置坐标、钟差与广播星历误差；

步骤三：计算高精度几何距离

利用步骤二中的定位结果，根据真实距离定义式(7)，计算出接收机与GPS卫星之间的高精度几何距离；

式中，ρ为真实几何距离，x_r、y_r、z_r为步骤二中通过多频伪距实时定位解算得到的接收机三维位置坐标，x^s、y^s、z^s为利用广播星历获取的GPS卫星位置坐标；

步骤四：计算多频载波模糊度先验值

根据GPS卫星钟差δt^s(t-τ)、步骤二获得接收机钟差δt_r(t)及广播星历误差A、步骤三获得的真实几何距离ρ，计算多频载波模糊度先验值：

λN＝φ_ture(t)-ρ-c[δt_r(t)-δt^s(t-τ)]-A (8)

式中，φ_ture(t)为真实无电离层多频载波组合测量；

当不发生周跳时，模糊度在连续观测时期是不变的，因此计算多频载波模糊度先验值仅需要在新星加入观测时计算一次，并作为系统初始状态，在其他时刻通过传递方程得到；

步骤五：多频载波实时定位解算

考虑广播星历误差的拓展卡尔曼滤波轨道确定方法，系统状态扩充为[r_x,r_y,r_z,v_x,v_y,v_z,δt_r,A₁',A₂',…,A_n']^T，其中(r_x,r_y,r_z)、(v_x,v_y,v_z)分别为接收机三维位置与速度，δt_r为接收机钟差，A'为对应模糊度与GPS卫星广播星历误差合并项；初始状态可由单点定位给出，初始状态方差根据单点定位精度确定，标准差通常为1～2m，也可利用多频伪距实时定位解算结果作为初始状态；A'初值为步骤四中计算的多频载波模糊度先验值，初始方差设为(2m)^2；

利用步骤四中计算的模糊度先验值作为系统初始状态之一，进行多频载波实时定位解算，其时间更新与测量更新方法与步骤二中多频伪距实时定位解算流程完全相同；

至此得到当前时刻的后验多频载波实时定位解算结果，包括接收机三维位置坐标、钟差与广播星历误差。