一種bds參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法
【專利摘要】本發明一種BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法，屬于衛星定位系統和定位測量【技術領域】，該方法利用BDS三頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系，實現BDS參考站三頻載波相位觀測值的整周模糊度的準確確定；本發明的方法能夠單歷元確定BDS參考站網三頻載波相位整周模糊度，克服BDS觀測衛星的幾何構型變化緩慢，而不利于參考站網的BDS載波相位整周模糊度實時快速確定的問題；同時不考慮BDS參考站載波相位觀測數據是否存在周跳的問題，避免觀測數據周跳探測和處理的工作，以單個雙差衛星為對象進行整周模糊度確定，不需要解算BDS參考站網載波相位觀測方程組，使得BDS參考站網載波相位整周模糊度確定的計算量較小。
【專利說明】一種BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于衛星定位系統和定位測量【技術領域】，具體涉及一種BDS參考站三頻載 波相位整周模糊度確定方法。
【背景技術】
[0002] 目前，具有我國獨立知識產權的北斗衛星導航系統（BeiDouNavigation SatelliteSystem，BDS)，簡稱BDS，已經正式向亞太地區提供導航定位服務；由于各種觀測 誤差的影響，BDS系統提供的標準定位服務的精度約為10m，BDS系統標準定位服務只能滿 足低精度導航定位的要求；利用BDS參考站網提供BDS區域誤差改正模型或改正數，可實現 參考站網覆蓋范圍內BDS用戶的誤差改正，以消除或大大削弱BDS用戶的觀測誤差影響，實 現BDS用戶的高精度實時動態定位；而實現BDS用戶的誤差改正的前提是必須有BDS參考 站網提供的高精度誤差改正數，其核心問題是BDS參考站網載波相位觀測數據整周模糊度 的準確固定。
[0003] 由于，BDS系統剛剛建立，基于BDS參考站網的高精度實時動態定位服務技術和手 段還未成熟；目前，比較成熟的服務手段和技術主要是基于GPS參考站網的GPS用戶定位方 法；我國的BDS系統定位原理和信號結構與GPS相似，而GPS系統目前是最為成熟穩定的衛 星導航定位系統；因此，BDS高精度定位方法多借鑒或采用GPS系統的高精度定位方法，但 BDS的廣播星歷衛星軌道精度等方面要遜于GPS系統，尤其BDS系統大部分在軌工作衛星 是GEO衛星和IGSO衛星，使得采用GPS載波相位觀測值整周模糊度的處理方法，不能很好 地解決BDS參考站網的載波相位整周模糊度的實時快速解算問題，特別是無法實現BDS參 考站載波相位整周模糊度的單歷元準確確定。
[0004] BDS系統中IGSO衛星的運動周期約為24小時，GEO衛星相對于地球靜止，在BDS 參考站網載波相位整周模糊度的實時快速模糊度解算（即參考站網實時快速啟動）較短的 時間內，參考站觀測到的BDS在軌工作衛星的幾何構型變化較小；因此，BDS衛星星座構成 (GEO、IGSO衛星較多）造成的觀測衛星幾何構型不佳，不利于BDS參考站載波相位整周模 糊度的確定；同時，還需要考慮BDS載波相位觀測數據中是否存在周跳；如果能夠實現BDS 參考站網載波相位觀測值整周模糊度的單歷元解算，則BDS衛星幾何構型變化緩慢的問題 不會影響載波相位整周模糊度的單歷元解算，且不需要考慮BDS載波相位觀測數據是否存 在周跳的問題。
[0005] BDS系統是全星座實現三頻觀測數據的播發，而GPS系統不具備全星座三頻觀測 數據的播發功能；現有的GPS參考站網載波相位整周模糊度解算方法都是基于GPS雙頻觀 測數據，這些方法不能實現BDS參考站三頻載波相位整周模糊度的解算；如果充分利用BDS 系統三頻載波相位觀測數據，實現BDS參考站載波相位整周模糊度的單歷元準確解算，體 現出BDS相對GPS系統的優勢，具有重要的意義；但目前，缺乏BDS參考站三頻載波相位觀 測數據整周模糊度單歷元確定的方法。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的缺點，本發明提出一種BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定 方法，利用BDS獨有的全星座三頻載波相位觀測數據，以達到實現BDS參考站網載波相位整 周模糊度的準確確定，克服BDS觀測衛星的幾何構型變化緩慢，而不利于BDS參考站網的載 波相位整周模糊度實時快速確定的問題，并避免觀測數據周跳探測和處理的工作，減小BDS 參考站網整周模糊度解算時的工作量的目的。
[0007] 一種BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟I、BDS各顆衛星向BDS參考站接收機播發三頻載波相位觀測數據，對BDS參 考站接收機接收的三頻載波相位觀測數據進行雙差組合處理，以消除BDS衛星的鐘差和 BDS參考站接收機的鐘差，并削弱BDS參考站觀測數據中的對流層延遲誤差、電離層延遲誤 差和衛星軌道誤差；
[0009] 步驟2、將經雙差組合處理后的三頻載波相位觀測數據乘以一個實數，獲得三個頻 率載波相位觀測值包含實數系數的雙差載波相位觀測方程，再將三個頻率的雙差載波相位 觀測方程進行相加整合處理，得到整合之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方程；
[0010] 步驟3、根據整合之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方程，構建BDS參考站 三頻載波相位整周模糊度之間的相互整數線性關系，具體步驟如下：
[0011] 步驟3-1、根據整合之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方程和Bl、B2、B3 雙差載波相位觀測值所受的雙差電離層延遲誤差殘差關系，以消除雙差電離層延遲誤差殘 差為目的，得到消除雙差電離層延遲誤差殘差之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方 程，構建BI、B2、B3三頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系；
[0012] 步驟3-2、根據消除雙差電離層延遲誤差殘差之后的三個頻率的整合雙差載波相 位觀測方程，以消除B3頻率載波相位觀測值和整周模糊度為目的，構建Bl、B2雙頻載波相 位整周模糊度間的整數線性關系；
[0013] 步驟3-3、根據消除雙差電離層延遲誤差殘差之后的三個頻率的整合雙差載波相 位觀測方程，以消除B2頻率載波相位觀測值和整周模糊度為目的，構建Bl、B3雙頻載波相 位整周模糊度間的線性關系；
[0014] 步驟4、根據BDS參考站接收機接收的Bl頻載波相位觀測數據，獲得Bl雙差載波 相位整周模糊度的初值，并設置Bl雙差載波相位整周模糊度的取值范圍和采樣間隔，進而 獲得Bl雙差載波相位整周模糊度備選值；
[0015] 步驟5、將Bl雙差載波相位整周模糊度備選值代入步驟3-2得到的BI、B2雙頻載 波相位整周模糊度間的整數線性關系中，獲得滿足整數線性關系的BI、B2雙差載波相位整 周模糊度備選值，即獲得BI、B2雙差載波相位整周模糊度備選值組合；
[0016] 步驟6、將Bl雙差載波相位整周模糊度備選值代入步驟3-3得到的BI、B3雙頻載 波相位整周模糊度間的整數線性關系中，獲得滿足整數線性關系的BI、B3雙差載波相位整 周模糊度備選值，即獲得BI、B3雙差載波相位整周模糊度備選值組合；
[0017] 步驟7、將BI、B2雙差載波相位整周模糊度備選值組合和BI、B3雙差載波相位整 周模糊度備選值組合代入至Bl、B2、B3三頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系中，獲 得滿足整數線性關系的B1、B2、B3雙差載波相位整周模糊度，即為最終B1、B2、B3雙差載波 相位整周模糊度；
[0018] 步驟8、根據獲得的最終B1、B2、B3雙差載波相位整周模糊度計算BDS參考站上的 三頻雙差電離層延遲誤差殘差，若三頻雙差電離層延遲誤差殘差滿足相互之間的關系，則 以最終Bl、B2、B3雙差載波相位整周模糊度作為固定設定值進行數據播發；并根據BDS參 考站第一個歷元之后的載波相位觀測數據，計算BDS參考站上的三頻雙差電離層延遲誤差 殘差，若BDS參考站上相鄰歷元的雙差電離層延遲誤差殘差之差大于設定閾值，則返回執 行步驟1，否則，以最終Bl、B2、B3三頻雙差載波相位整周模糊度作為固定設定值進行數據 播發。
[0019] 步驟2所述的三個頻率的雙差載波相位觀測方程如下：
[0020] 乘以一個實數的Bl頻率雙差載波相位觀測方程如下：
[0021]
【權利要求】
1. 一種BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、BDS各顆衛星向BDS參考站接收機播發三頻載波相位觀測數據，對BDS參考站 接收機接收的三頻載波相位觀測數據進行雙差組合處理，以消除BDS衛星的鐘差和BDS參 考站接收機的鐘差，并削弱BDS參考站觀測數據中的對流層延遲誤差、電離層延遲誤差和 衛星軌道誤差； 步驟2、將經雙差組合處理后的三頻載波相位觀測數據乘以一個實數，獲得三個頻率載 波相位觀測值包含實數系數的雙差載波相位觀測方程，再將三個頻率的雙差載波相位觀測 方程進行相加整合處理，得到整合之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方程； 步驟3、根據整合之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方程，構建BDS參考站三頻 載波相位整周模糊度之間的相互整數線性關系，具體步驟如下： 步驟3-1、根據整合之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方程和B1、B2、B3雙差載 波相位觀測值所受的雙差電離層延遲誤差殘差關系，以消除雙差電離層延遲誤差殘差為目 的，得到消除雙差電離層延遲誤差殘差之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方程，構 建Bl、B2、B3三頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系； 步驟3-2、根據消除雙差電離層延遲誤差殘差之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀 測方程，以消除B3頻率載波相位觀測值和整周模糊度為目的，構建Bl、B2雙頻載波相位整 周模糊度間的整數線性關系； 步驟3-3、根據消除雙差電離層延遲誤差殘差之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀 測方程，以消除B2頻率載波相位觀測值和整周模糊度為目的，構建Bl、B3雙頻載波相位整 周模糊度間的線性關系； 步驟4、根據BDS參考站接收機接收的B1頻載波相位觀測數據，獲得B1雙差載波相位 整周模糊度的初值，并設置B1雙差載波相位整周模糊度的取值范圍和采樣間隔，進而獲得 B1雙差載波相位整周模糊度備選值； 步驟5、將B1雙差載波相位整周模糊度備選值代入步驟3-2得到的B1、B2雙頻載波相 位整周模糊度間的整數線性關系中，獲得滿足整數線性關系的Bl、B2雙差載波相位整周模 糊度備選值，即獲得Bl、B2雙差載波相位整周模糊度備選值組合； 步驟6、將B1雙差載波相位整周模糊度備選值代入步驟3-3得到的B1、B3雙頻載波相 位整周模糊度間的整數線性關系中，獲得滿足整數線性關系的Bl、B3雙差載波相位整周模 糊度備選值，即獲得Bl、B3雙差載波相位整周模糊度備選值組合； 步驟7、將Bl、B2雙差載波相位整周模糊度備選值組合和Bl、B3雙差載波相位整周模 糊度備選值組合代入至Bl、B2、B3三頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系中，獲得滿 足整數線性關系的B1、B2、B3雙差載波相位整周模糊度，即為最終B1、B2、B3雙差載波相位 整周模糊度； 步驟8、根據獲得的最終B1、B2、B3雙差載波相位整周模糊度計算BDS參考站上的三頻 雙差電離層延遲誤差殘差，若三頻雙差電離層延遲誤差殘差滿足相互之間的關系，則以最 終B1、B2、B3雙差載波相位整周模糊度作為固定設定值進行數據播發；并根據BDS參考站第 一個歷元之后的載波相位觀測數據，計算BDS參考站上的三頻雙差電離層延遲誤差殘差， 若BDS參考站上相鄰歷元的雙差電離層延遲誤差殘差之差大于設定閾值，則返回執行步驟 1，否則，以最終Bl、B2、B3三頻雙差載波相位整周模糊度作為固定設定值進行數據播發。
2. 根據權利要求1所述的BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于， 步驟2所述的三個頻率的雙差載波相位觀測方程如下： 乘以一個實數的B1頻率雙差載波相位觀測方程如下：
其中，&表示一個實數，LMDi表示B1頻率BDS載波相位的波長；VA表示雙差操作符， 該符號表示在兩個參考站和兩顆BDS衛星的載波相位觀測值間進行了雙差組合，表示 參考站R接收BDS衛星S的B1頻率載波相位觀測值；A匕表示參考站R接收BDS衛星S的B1頻率載波相位的模糊度；表示參考站R接收BDS衛星S的幾何距離；VAOr衫表示雙 差衛星軌道誤差殘差，VArrog表示雙差對流層延遲誤差殘差；VA/on^表示B1頻率載波 相位雙差電離層延遲誤差殘差； 乘以一個實數的B2頻率雙差載波相位觀測方程如下：
其中，1(2表示一個實數，LMD2表示B2頻率BDS載波相位的波長；表示參考站R接 收BDS衛星S的B2頻率載波相位觀測值；表示參考站R接收BDS衛星S的B2頻率載 波相位的模糊度；VA/o/7；；' 2表示B2頻率載波相位雙差電離層延遲誤差殘差； 乘以一個實數的B3頻率雙差載波相位觀測方程如下：
其中，1(3表示一個實數，LMD3表示B3頻率BDS載波相位的波長；表示參考站R接 收BDS衛星S的B3頻率載波相位觀測值；A^3表示參考站R接收BDS衛星S的B3頻率載 波相位的模糊度；表示B3頻率載波相位雙差電離層延遲誤差殘差； 將三個頻率的雙差載波相位觀測方程進行相加整合處理，獲得如下公式：
3. 根據權利要求1所述的BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于， 步驟3-1所述的構建Bl、B2、B3三頻載波相位整周模糊度間的線性關系，其體如下： 步驟3-1-1、根據B1、B2、B3雙差載波相位觀測值所受雙差電離層延遲誤差殘差之間的 關系，代入至相加整理之后的三個頻率的雙差載波相位觀測方程； B1、B2、B3雙差載波相位觀測值所受雙差電離層延遲誤差殘差之間的關系具體如下：
其中，VA/on^表示B1頻率載波相位雙差電離層延遲誤差殘差；VA/o^2表示B2頻率 載波相位雙差電離層延遲誤差殘差；4為BDS載波相位的B1頻率，f2為BDS載波相位的B2 頻率；
其中，VA/o<表示B1頻率載波相位雙差電離層延遲誤差殘差；VA/o<3表示B3頻率 載波相位雙差電離層延遲誤差殘差；4為BDS載波相位的B1頻率，f3為BDS載波相位的B3 頻率； 使用B1雙差載波相位觀測值的雙差電離層延遲誤差殘差表示B2、B3的雙差載波相位 觀測值的雙差電離層延遲誤差殘差，代入至相加整理之后的三個頻率的雙差載波相位觀測 方程中，獲得如下公式；
其中，1^、1(2、1(3表示實數，公式（7)為整合之后的三個頻率的整合雙差載波相位觀測方 程中的雙差電離層延遲誤差殘差； 步驟3-1-2、消除雙差電離層延遲誤差殘差，即設定
步驟3-1-3、整理消除雙差電離層延遲誤差殘差后的三個頻率的雙差載波相位觀測方 程，即獲得Bl、B2、B3三頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系； B1、B2、B3三頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系公式如下：
其中，〗Vfi表示參考站R接收BDS衛星S的B1頻率載波相位的模糊度；<2表示參考 站R接收BDS衛星S的B2頻率載波相位的模糊度；iVf3表示參考站R接收BDS衛星S的B3 頻率載波相位的模糊度
c為真空中的光速；
接收BDS衛星S的B1頻率載波相位觀測值；中〗2表示參考站R接收BDS衛星S的B2頻率 載波相位觀測值；表示參考站R接收BDS衛星S的B3頻率載波相位觀測值；
的幾何距離；VAOg表示雙差衛星軌道誤差殘差，表示雙差對流層延遲誤差殘 差。
4. 根據權利要求1所述的BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于， 步驟3-2所述的構建Bl、B2雙頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系，具體如下：
其中，表示參考站R接收BDS衛星S的B1頻率載波相位的模糊度；況^表示參考 站R接收BDS衛星S的B2頻率載波相位的模糊度；
c為真空中的光速； 表示參考站R接收BDS衛星S的B1頻率載波相位觀測值；表示參考站R接收BDS衛星S的B2頻率載波相位觀測值；表示參考站R接收BDS衛星S的幾何距離；▽ACW)〗表示 雙差衛星軌道誤差殘差，▽A7>o/<表示雙差對流層延遲誤差殘差。
5. 根據權利要求1所述的BDS參考站三頻載波相位整周模糊度確定方法，其特征在于， 步驟3-3所述的構建Bl、B3雙頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系，具體如下：
其中，4為BDS載波相位的B1頻率，f2為BDS載波相位的B2頻率；f3為BDS載波相位 的B3頻率；VK2、K3表示實數； 步驟3-3-2、根據步驟3-3-1的設定值，整理三個頻率的雙差載波相位觀測方程，獲得B1、B3雙頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系； B1、B3雙頻載波相位整周模糊度間的整數線性關系公式如下：
其中，表示參考站R接收BDS衛星S的B1頻率載波相位的模糊度；表示參考 站R接收BDS衛星S的B3頻率載波相位的模糊度：
c為真空中的光速；^^表 示參考站R接收BDS衛星S的B1頻率載波相位觀測值；表示參考站R接收BDS衛星S的B3頻率載波相位觀測值；;^表示參考站R接收BDS衛星S的幾何距離；▽AOg表示雙 差衛星軌道誤差殘差，VA7>o/;；；表示雙差對流層延遲誤差殘差。
【文檔編號】G01S19/44GK104483689SQ201410854781
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月30日 優先權日:2014年12月30日
【發明者】祝會忠, 徐愛功, 高猛, 齊浩然, 葛茂榮 申請人:遼寧工程技術大學