[发明专利]一种顾及卫星轨道误差的低轨导航增强实时定位方法

权利要求书

1.一种顾及卫星轨道误差的低轨导航增强实时定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，地面接收机接收来自导航卫星和低轨导航增强卫星的观测数据；

步骤2，获得导航卫星和低轨导航增强卫星的导航电文，计算导航卫星和低轨导航增强卫星的广播星历和钟差，获取卫星状态空间表示的改正信息，对广播星历和钟差进行改正，得到高精度的轨道和钟差；

步骤3，对步骤1获得的观测数据进行预处理，剔除粗差；

步骤4，进行传统单点定位计算；

步骤5，进行精密单点定位计算；

步骤6，待精密单点定位结果收敛后，固定载波相位模糊度，引入附加轨道误差参数，吸收卫星轨道误差的影响；

步骤7，若下一历元发生周跳、观测失锁的情况，则暂停轨道误差参数估计，重新估计载波相位模糊度，重复步骤5；若定位成功，则返回步骤1，进行下一时刻定位。

2.如权利要求1所述的一种顾及卫星轨道误差的低轨导航增强实时定位方法，其特征在于，步骤4中，传统单点定位计算的计算方程为：

式中，为卫星s发射接收机r接收到的第j频点伪距观测值，单位为米；表示卫星s和接收机r之间的几何距离；c表示真空中光速；dt_r为接收机钟差，dt^s为卫星钟差；表示倾斜电离层延迟；M为对流层映射函数，ZWD_r表示接收机r处天顶对流层延迟；ε_r表示伪距观测值的观测噪声。

3.如权利要求2所述的一种顾及卫星轨道误差的低轨导航增强实时定位方法，其特征在于，步骤5中，精密单点定位计算的计算方程为：

式中，为卫星s发射接收机r接收到的第j频点载波相位观测值，单位为米；和分别为接收机和卫星的伪距硬件延迟；和表示接收机和卫星的载波相位硬件延迟；N^s为载波相位模糊度；ξ_r表示载波相位观测值的观测噪声。

4.如权利要求3所述的一种顾及卫星轨道误差的低轨导航增强实时定位方法，其特征在于，步骤6中，引入附加轨道误差参数后的定位方程为：

式中，表示低轨导航增强卫星和导航卫星轨道误差在视向方向的影响：

式中，(X^s，Y^s，Z^s)为导航卫星和低轨导航增强卫星的真实位置，为计算所得的导航卫星和低轨导航增强卫星带有误差的位置；卫星轨道误差呈现近似三角函数类特征，周期与卫星运行周期一致，因此卫星轨道误差可简单表示为：

进一步的，低轨卫星和导航卫星轨道误差在视向方向的影响可表示为：

式中，θ表示低轨导航增强卫星和导航卫星轨道误差与视向方向的夹角，随卫星运动而不断变化，不是一个完全的正弦或余弦函数，但考虑到一般预报轨道较短，故而把简化为三角函数：

此时方程(4)和方程(5)的未知数个数为5+N，观测方程数量为2N，冗余度为N-5，N为卫星个数，需要同时观测5颗卫星才可求解。

5.如权利要求4所述的一种顾及卫星轨道误差的低轨导航增强实时定位方法，其特征在于，步骤6中误差的方程为：

V＝Hx-L (10)

其中，V为伪距和载波相位观测值的残差向量，H表示待估参数的雅可比矩阵，若采用消电离层组合，待估参数包括接收机位置坐标改正量、钟差改正、天顶对流层湿延迟、载波相位模糊度，若采用非差非组合方式建立观测方程，则还包括倾斜电离层延迟参数；L表示观测量与计算量之差组成的向量；观测值权重根据卫星高度角定权方式确定：

其中，a和b均为经验常数，E为卫星高度角；

观测值的噪声方差矩阵R为：

系统噪声方差矩阵Q为：

其中，表示接收机位置的方差阵，对于动态精密单点定位，采用10³m的白噪声为方差，静态精密单点定位则采用初值为10³m的常数估计；

表示接收机钟差的方差，采用白噪声来描述：

表示天顶对流层湿延迟的方差，采用随机游走过程描述：

其中，τ_k为白噪声；

表示倾斜电离层延迟的方差，采用随机游走过程描述：

表示载波相位模糊度方差，初始方差为10⁴m；表示卫星轨道误差参数，采用常数估计，初始方差为2π；

参数估计采用扩展卡尔曼滤波，其递推公式为：

其中，Φ表示待估参数的状态转移矩阵，K为卡尔曼滤波的增益矩阵，Γ表示动态噪声驱动矩阵，一般可认为是单位矩阵，I为单位矩阵。