基于gnss多天线的动态载体精密定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于GNSS多天线的动态载体精密定位 方法。
【背景技术】
[0002] 全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS)已广泛地应 用于大地测量、空间科学、地球物理和气象等科学研究及工程应用领域，如：海陆空范围内 的定位、导航和授时（Positioning, Navigation and Timing, PNT)、低轨卫星定轨、静态和 动态精密定位、动态载体测速与定姿、海洋表面监测、大气研究等。GNSS技术已经作为先进 的测量手段和新的生产力，融入到了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 GNSS精密定位技术在动态载体的精密定位中也发挥着重要的作用，如航空重力测量、海上 资源勘查、车辆导航定位等。
[0003] 通常情况下动态载体上会安置多个GNSS信号接收设备，其每个动态站包括GNSS 接收天线和GNSS接收机。通常的方法是对每个GNSS接收天线单独进行定位，很少考虑到 动态载体上安置多个GNSS接收设备的情况，及其之间的理论关系和特性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于GNSS多天线的动态载体精 密定位方法，本发明充分考虑动态载体上安置多个GNSS接收设备的情况，对多个GNSS接收 设备之间的理论关系和特性加以利用，将多个GNSS接收天线间距离固定不变的关系及多 个GNSS接收天线所受的大气延迟影响相似的性质使用到定位过程中，从而增加额外的信 息和改善解的结构，提高了 GNSS动态精密定位的精度。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 基于GNSS多天线的动态载体精密定位方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，将固定在动态载体上的多个GNSS接收天线接收到的GNSS数据同时处 理；
[0008] 步骤二，获取动态载体上多个GNSS接收天线间的距离信息；
[0009] 步骤三，将多个GNSS接收天线间的距离信息作为已知的先验约束信息，将该约束 信息作为一个虚拟的距离观测量增加到GNSS的观测方程中；
[0010] 步骤四，在动态载体的多个GNSS接收天线之间采用一个公共的大气天顶湿延迟 参数，来替代每个动态站上都设置大气天顶湿延迟参数；
[0011] 步骤五，求解动态载体的运动状态方程的最优解。
[0012] 所述步骤一中，在第i历元时刻一次运算中，同时计算j个GNSS接收天线的位置 参数[?zK,乂-?]τ，具体表达式为：
[0013]
[0014] 其中，咛+4为第i历元GNSS接收天线匕上的GNSS观测方程，If为GNSS 观测向量，4"'为GNSS接收天线h的设计矩阵，X/'1包含第i历元GNSS接收天线h的位置 参数向量[xf1, #, 4 ]τ，4表示观测误差向量。
[0015] 当有u组GNSS接收天线之间的距离信息时，其向量表达式如下：
[0016] D = BiXi+ ε ,
[0017] 其中，D表示在所有历元中的uX 1维距离约束向量，Bi表示第i历元uXm维设计 矩阵，Xi包含第i历元mX 1维GNSS动态天线的位置参数向量，ε表示距离约束的观测误 差，均值为零协方差矩阵为2d。
[0018] 所述步骤二中，使用精密测量方法测量GNSS接收天线相位中心的距离，或者采用 相对定位超短基线的方式来精确求取GNSS接收天线相位中心的距离，并获取该测量值的 实际精度ε ;该距离表示为GNSS接收天线位置参数的函数：
[0020] 其中，表示两个动态天线M^k2之间的距离，（Xl， yi，Zl)表示GNSS接收天线 在i历元的位置参数。
[0021] 所述步骤三中，GNSS伪距或载波相位观测值与虚拟的距离观测量的组合观测量的 误差方程为：
[0023] 其中，g :=為歲-厶表示多个GNSS接收天线的伪距或载波相位观测的误差方程，& 为设计矩阵，< =-D表示虚拟的距离观测量的误差方程；其组合后的误差方程的协 方差矩阵为
[0024] 所述步骤四中，在多个GNSS动态站之间使用一个公共的大气天顶湿延迟参数。 艮P，将动态载体上多个动态GNSS接收天线上的大气天顶湿延迟参数 合并为一个公共的大气天顶湿延迟参数[…，?\，…]τ。
[0025] 所述步骤五中，动态载体的运动状态方程为：
[0026] Χ,= Φ A i+W,,
[0027] 其中，XjP X i i包含i和i_l时刻多个GNSS接收天线的位置参数、大气延迟参数 和模糊度参数，i为动态站的状态转移矩阵，WiS动态系统的模型噪声，其均值为零协 方差阵为Σ";，可得到动态站的预测状态萬及其协方差矩阵ΣΛ> :
[0030] 结合GNSS观测方程，采用基于Kalman滤波估计理论得到动态载体状态的最优解 为：
[0032] 其中，该解的验后协方差阵为：
[0034] 本发明的有益效果
[0035] 本发明将GNSS接收天线间的距离信息作为GNSS接收天线位置参数的先验约束， 并将多个GNSS接收天线上的大气天顶湿延迟参数合并为一个公共的大气天顶湿延迟参 数，从而增加了额外的信息，并且改善了解的结构，从而提高了 GNSS动态精密定位的精度。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明的原理示意图；
[0037] 图2为动态载体上安置多个GNSS接收天线的示意图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0039] 如图1所示，基于GNSS多天线的动态载体精密定位方法，包括：
[0040] 步骤1 :将固定在动态载体上的多个GNSS接收天线接收到的GNSS数据同 时处理。即，在第i历元时刻一次运算中，同时估计j个GNSS接收天线的位置参数
[0042] 其中，疗=彳Xf1 + 4为第i历元动态站h的观测方程，0为GNSS观测向量，考 为设计矩阵，包含第i历元GNSS接收天线1^的位置参数向量[xf1 f , 4表示观测 误差向量；
[0043] 步骤2 :获取动态载体上多个GNSS接收天线间的距离信息，例如使用精密的测量 方法测量GNSS接收天线相位中心的距离，或者使用相对定位超短基线的方式来精确求取 GNSS接收天线相位中心的距离，并获取该测量值的实际精度ε ;该距离表示为GNSS动态站 位置参数的函数，即：
[0045] 其中，考1Α表示两个动态天线k#k2之间的距离，（ Xl，yi，Zl)表示GNSS接收天线 在i历元的位置参数；
[0046] 步骤3 :当有u组GNSS接收天线之间的距离信息时，其向量表达式如下：
[0047] D = ε ,
[0048] 其中，D表示在所有历元中的uX 1维距离约束向量，Bi表示第i历元uXm维设计 矩阵，Xi包含第i历元mX 1维GNSS动态天线未知位置参数向量，ε表示距离约束的观测 误差，均值为零协方差矩阵为
[0049] 步骤4 :将GNSS天线间的距离信息作为一种已知的先验约束信息，然后将该距离 约束作为一个虚拟的观测量增加到GNSS的观测方程中；即，GNSS伪距或载波相位观测值与 该虚拟的距离观测量的组合观测误差方程为：
[0051] 其中，$ = 表示多个GNSS接收天线的伪距或载波相位观测的误差方程， 二尽表