一种基于gnss观测量的定位方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及GNSS (全球导航卫星系统）技术领域，更具体地说，涉及一种基于GNSS 观测量的定位方法和系统。
【背景技术】
[0002] GNSS(全球导航卫星系统）的载波相位信号测量精度可达毫米量级，其中大气折 射为主要误差来源之一，尤其是由于水汽引起的延迟，难以用模型来进行描述。目前，高精 度GNSS定位方法中，主要将大气延迟量作为未知数，利用GNSS载波相位观测量来直接估计 大气延迟。但是这种方法的主要缺点在于，估计大气延迟的时间需要较长。这样使得GNSS 实时定位方法（RTK)受到制约，基线长度不能太长。
[0003] 因此，亟待提供一种定位方法能够快速对大气延迟进行估值，并保证最终定位的 准确性。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有基于GNSS的定位方法耗时长的缺陷，提 供了一种简单易行的基于GNSS观测量的定位方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于GNSS观测量的定位 方法，包括以下步骤：
[0006] S1、基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢量；
[0007] S2、确定所述步骤S1得到的残差矢量中大气折射误差之外的误差矢量的残差平 方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟；
[0008] S3、将步骤S2求得的垂直方向的大气延迟代入GNSS观测量方程求得修正的GNSS 观测量，并基于该修正的GNSS观测量使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。
[0009] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S1中通过以下公 式求解位置矢量：
[0010]
[0011] 其中，A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定；L为GNSS观 测量；
[0012] 所述步骤S1中通过以下公式求解残差矢量：
[0013]
[0014] 其中，Μ(α )为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气 延迟；e是GNSS观测量的所有其他误差矢量；H = A (ATA) V。
[0015] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S2中通过以下公 式求解垂直方向的大气延迟V t:
[0016]
[0017] 其中，t为残差矢量；Μ(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Η = A(ATA) V。
[0018] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S3中通过以下公 式求得修正的GNSS观测量 ：
[0019] Lc = AX = L-M ( a ) Vt= L 〇+e ；
[0020] 其中，A为卫星的系数矩阵，L为GNSS观测量，M(d)为与卫星天顶角α有关的大 气映射函数矢量；V t为垂直方向的大气延迟。
[0021] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位方法中，所述步骤S3中通过以下公 式求解修正的位置矢量：
[0022] . ?
[0023] 其中，Α为卫星的系数矩阵；Lc为修正的GNSS观测量。
[0024] 本发明还提供了一种基于GNSS观测量的定位系统，包括：
[0025] 模型建立单元，用于基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差 矢量；
[0026] 大气延迟计算单元，确定模型建立单元得到的残差矢量中大气折射误差之外的误 差矢量的残差平方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟；
[0027] 位置修正单元，用于将所述垂直方向的大气延迟代入GNSS观测量方程求得修正 的GNSS观测量，并基于该修正的GNSS观测量使用最小二乘法求解得到修正的位置矢量。
[0028] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述模型建立单元通过以 下公式求解位置矢量：
[0029]
[0030] 其中，A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定；L为GNSS观 测量；
[0031] 所述步骤S1中通过以下公式求解残差矢量：
[0032]
[0033] 其中，M( a )为与卫星天顶角a有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气 延迟；e是GNSS观测量的所有其他误差矢量；H = A (ATA) V。
[0034] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述大气延迟计算单元通 过以下公式求解垂直方向的大气延迟V t:
[0035]
[0036] 其中，f为残差矢量；M( a)为与卫星天顶角a有关的大气映射函数矢量；Η = Α(ΑΤΑ) V。
[0037] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述位置修正单元通过以 下公式求得修正的GNSS观测量：
[0038] Lc = AX = L-M ( a ) Vt= L 〇+e ；
[0039] 其中，A为卫星的系数矩阵，L为GNSS观测量，Μ(α)为与卫星天顶角a有关的大 气映射函数矢量；V t为垂直方向的大气延迟。
[0040] 在根据本发明所述的基于GNSS观测量的定位系统中，所述位置修正单元通过以 下公式求解修正的位置矢量：
[0041]
[0042] 其中，A为卫星的系数矩阵；Lc为修正的GNSS观测量。
[0043] 实施本发明的基于GNSS观测量的定位方法和系统，具有以下有益效果：本发明通 过最小二乘法求解位置矢量和残差矢量，并将其中所有其他误差的残差平方和取极小求得 大气延迟的估计值，再利用最小二乘法重新获得修正的位置矢量，其计算简单准确，解决了 大气折射的实时估计问题，提高了 GNSS定位的定位精度以及模糊度的收敛速度。
【附图说明】
[0044] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0045] 图1为根据本发明优选实施例的基于GNSS观测量的定位方法的流程图；
[0046] 图2为根据本发明优选实施例的基于GNSS观测量的定位系统的模块图。
【具体实施方式】
[0047] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0048] 请参阅图1，为根据本发明优选实施例的基于GNSS观测量的定位方法的流程图， 如图1所示，该实施例提供的基于GNSS观测量的定位方法包括以下步骤：
[0049] 本发明以GNSS观测量方程为基础。该GNSS观测量方程为：
[0050] AX+M( a ) Vt= L = L 〇+e ； (1)
[0051] 式中A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定。X为接收机 的位置矢量，L为GNSS观测量（例如伪距或载波相位），其中L。为无误差观测量。M( a) 1为大气折射误差，式中M(a)是与卫星天顶角a有关的大气映射函数矢量:M(a)= (m( a J，m( a 2)，…，m( a n) )T，m( a J为第i个卫星观测量的大气映射函数，与该卫星的天 顶角a i有关。Vt是垂直方向的大气延迟值。e是GNSS观测量的所有其他误差矢量。
[0052] 其中，矩阵A的系数中的卫星位置坐标可以由GNSS卫星发布的卫星星历计算。 GNSS观测量L为线性化的观测量，可以由GNSS接收机测量后根据GNSS接收机的初始位置 计算得到。
[0053] 因此，在步骤S1中，基于GNSS观测量方程采用最小二乘法求解位置矢量及残差矢 量。
[0054] 首先，利用卫星坐标和初始接收机位置建立上述线性化的GNSS观测量方程，即公 式⑴；
[0055] 随后，采用最小二乘法，可以得到位置矢量X和残差矢量
[0056]
(2)
[0057] 其中，A为卫星的系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定；L为GNSS观 测量。
[0058]
(3)
[0059] 其中，Μ(α)为与卫星天顶角α有关的大气映射函数矢量；Vt为垂直方向的大气 延迟；e是GNSS观测量的所有其他误差矢量；Η = A(ATA) Y。
[0060] 随后，在步骤S2中，确定所述步骤S1得到的残差矢量中大气折射误差之外的误差 矢量的残差平方和，并令该残差平方和取极小求解垂直方向的大气延迟。其中，所述大气折 射误差之外的误差矢量是指GNSS观测量的误差中除了大气折射误差外的所有其它误差矢 量。
[0061] 具体地，其中（3)式的残差矢量中除了大气折射误差之外的所有其它误差矢量的 残差部分为：
[0062]
(4)
[0063] 由其引起的残差平方和为： 「00641
， (5)
[0065] 让f|%:取极小，即使：
[0067] 从而可以得出：[0068]
[0066] KO )
, (7)
[0069] 通过公式变换可以得出，步骤S2中可直接通过以下公式求解垂直方向的大气延 迟Vt:
[0070]
(8) LUU/1」共ψ, V刀戏左大星；ivua )为与卫星天顶