一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法，包括根据初始基线长度，设定卫星截止高度角；提出基于协因数阵最小条件数的参考卫星选择方法，对满足截止高度角条件的卫星，依次计算其作为参考卫星时双差定位解算方程法矩阵的条件数，然后选择条件数最小的卫星作为参考卫星进行双差定位解算；相隔一定时间间隔后，重复选择条件数最小的卫星作为参考卫星；若处于时间间隔内，所选择的参考卫星的高度角已不满足卫星截止高度角条件，重复选择条件数最小的卫星作为参考卫星。本发明提出的方法能够有效改善在遮挡环境下的载波双差观测结构，提高了定位解算的可靠性与稳定性。
【专利说明】一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及全球导航卫星系统(GNSS)卫星定位领域，尤其涉及一种在遮挡环境下优化全球导航卫星系统(GNSS)卫星载波双差观测结构的方法。
【背景技术】
[0002]GNSS定位具有定位速度快、全天候、自动化、测站之间无需通视、可同时测定点的三维坐标及精度高等特点，目前已广泛应用于测绘、国土、交通等多个领域。但是在建筑密集区等遮挡环境下，卫星信号容易被遮挡、反射、衍射等，无法保证足够的可视卫星数量或良好的卫星信号质量，从而无法获得准确的定位解。随着GLONASS、GALILEO、北斗等全球性卫星导航系统的发展应用，GNSS进入多星座融合时代，仅全球性的卫星导航系统在天空中的可用卫星至少已达到70-80颗，全球任何地方(南北极除外)任一时刻均可接收到至少10-30颗的卫星信号，这也使得在建筑密集区等严重遮挡环境下应用高精度GNSS成为可倉泛。
[0003]但是，在遮挡环境下卫星分布往往显得不够均匀，即在某一方位角范围或某一高度角范围内的卫星信号都会受到影响而无法用于定位解算，造成观测方程相互之间存在较强的相关性，即解算系统存在较强的病态性。此时即使卫星数量足够、观测值质量较高，解算系统也会因观测值噪声的影响而导致解算结果的精度或稳定性较差。目前对定位解算精度或稳定性的研究大多集中在对观测值域的处理，典型的即为抗差最小二乘或抗差滤波的应用，这些方法有效避免或削弱了可能的观测值粗差对解算结果的影响。但是，对于一个平差系统，参数求解除了受观测值的影响还受到观测结构即误差方程中系数矩阵的影响。观测结构直接关系到观测值误差对参数解的影响方向和影响程度，在同等观测值精度情况下，不同的观测结构也会解得不同的结果。因此在遮挡环境下应用高精度GNSS时，除了对观测值域的处理外，还需对观测结构进行优化以获得最优解算结果。在GNSS定位中观测结构与卫星分布情况是直接相关的，目前对卫星分布情况的描述常采用的是图形强度因子即roop值，它直观反映了卫星相对测站分布的开阔程度，卫星分布越开阔，roop值越小，观测条件越好。但当使用载波双差方式解算时，与观测方程对应的实质上是各非参考卫星与参考卫星组成的卫星对。因此除了考虑整体卫星分布情况外，还要考虑非参考星相对参考星的分布，此时roop值可能就无法全面真实地体现卫星分布对观测方程的影响，需要寻找更合适建筑密集区等遮挡环境下载波双差解算结果稳定性评价的指标。
[0004]在遮挡环境下使用载波双差进行定位解算时，参考卫星的选择也将显得尤为重要，这是因为在可见卫星数量较少的情况下，参考卫星的选择不同，可能就会造成整个卫星对的分布存在较大差异，卫星对的相对分布直接影响观测方程之间的相关性，进而对定位解算的结果产生影响。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法，针对在遮挡环境下GNSS载波双差定位解算容易受可视卫星分布影响的情况，通过优化遮挡环境下参考星与非参考星相对几何分布，改善双差模糊度固定后定位解算的观测结构，从根本上降低了协因素矩阵的不适定性，从而提高载波双差解算的可靠性和稳定性。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采取如下技术方案:
[0007]一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法，包括如下步骤:
[0008](I)根据初始基线长度，设定卫星截止高度角；
[0009](2)对满足截止高度角条件的卫星，依次计算其作为参考卫星时双差定位解算方程法矩阵的条件数，然后选择条件数最小的卫星作为参考卫星进行双差定位解算；
[0010](3)每相隔一定时间间隔，重复步骤(2)；
[0011](4)若处于步骤(3)中的时间间隔内，所选择的参考卫星的高度角已不满足卫星截止高度角条件，重复步骤(2)。
[0012]当采用多系统融合解算时，每个系统选择各自的参考星，然后对整个解算系统进行上述循环，当满足高度截止角条件的GPS、GLONASS和北斗卫星数量分别为叫、n2和n3颗时，每次参考卫星选择总共要进行Ii1.η2.n3次循环计算。
[0013]更进一步的，所述步骤(2)双差定位解算方程法矩阵的条件数计算步骤如下:
[0014](21)选取双频载波相位观测的双差模型:
[0015]
【权利要求】
1.一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法，其特征在于包括如下步骤: (1)根据初始基线长度，设定卫星截止高度角； (2)对满足截止高度角条件的卫星，依次计算其作为参考卫星时双差定位解算方程法矩阵的条件数，然后选择条件数最小的卫星作为参考卫星进行双差定位解算； (3)每相隔一定时间间隔，重复步骤(2)； (4)若处于步骤(3)中的时间间隔内，所选择的参考卫星的高度角已不满足步骤(1)中卫星截止高度角条件，重复步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法，其特征在于:所述步骤(2)双差定位解算方程法矩阵的条件数计算步骤如下: (21)选取双频载波相位观测的双差模型:
3.根据权利要求1所述的一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法，其特征在于:所述步骤(1)中初始基线长度为:短基线选择20度，长基线选择30-40度。
4.根据权利要求1所述的一种遮挡环境下卫星双差观测结构的优化方法，其特征在于:所述步骤(3)的时间间隔设置为IOmin。
【文档编号】G01S19/43GK103760582SQ201410001999
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】潘树国, 高旺, 王胜利, 汪登辉 申请人:东南大学