一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106556851A(43)申请公布日2017.04.05(21)申请号201611049319.9(22)申请日2016.11.25(71)申请人中国测绘科学研究院地址100083北京市海淀区莲花池西路28号(72)发明人党亚民张龙平薛树强谷守周王虎易慧(74)专利代理机构北京市盛峰律师事务所11337代理人梁艳(51)Int.Cl.G01S19/42(2010.01)G01S19/44(2010.01)权利要求书3页说明书10页附图2页(54)发明名称一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法(57)摘要本发明公开了一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法，涉及地球观测与导航技术领域。该方法通过研究高精度的船载GNSS跟踪站逐历元动态定位、船载GNSS北斗卫星模糊度的确定、船载GNSS辅助北斗卫星定轨等关键技术，充分利用船载(如各大洋中货船、游轮等)GNSS数据，优化了BDS定轨中跟踪站构型，辅助北斗导航卫星轨道精确确定，由于货轮等船载设备航线遍布海洋，极大的丰富并改善了BDS精密定轨构型，削弱了BDS精密轨道的系统误差；由于游轮航线较多，其动态位置填补了跟踪站空白区域，为BDS精密定轨提供了更丰富的原始数据，同时提高了BDS精密轨道的精度，为用户提供了更为精确的轨道产品。CN106556851ACN106556851A权利要求书1/3页1.一种船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，获取船载和陆地GNSS原始数据；所述船载和陆地GNSS原始数据至少兼容BDS和GPS双系统，包括GNSS卫星导航星历和原始观测数据；所述原始观测数据包括两个频率的伪距观测值和载波相位观测值；S2，利用S1中获取到的船载GPS原始数据，基于卡尔曼滤波进行船载GNSS事后逐历元动态定位，得到船载GNSS跟踪站的动态定位结果及精度；S3，通过地面站坐标的强约束和船载GNSS坐标适当约束，解算BDS卫星端UPD及船载接收机UPD，并确定船载北斗模糊度；S4，基于S3中确定的所述北斗模糊度，利用S1船载GNSS原始数据中载波相位信息，对船载BDS伪距原始数据进行精化，获取精化后的船载BDS伪距值；S5，利用S2中获取的所述船载GNSS跟踪站的动态定位结果和S4中获取的所述精化的船载BDS伪距值，辅助BDS地面跟踪站，确定BDS精密轨道。2.根据权利要求1所述的船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法，其特征在于，S2中，所述基于卡尔曼滤波进行船载GNSS事后逐历元动态定位，采用如下公式进行实施：X(k)＝φ(k,k-1)X(k-1)+Γ(k/k-1)w(k-1)，Z(k)＝H(k)X(k)+v(k)，其中：X(k)为所要进行估计的状态值(即船载坐标GNSS站坐标)，为状态转移矩阵，Γ(k/k-1)为系统噪声驱动矩阵，w(k)为状态噪声，H(k)为GPS测量系数阵，Z(k)为GPS实际测量值，v(k)为测量噪声。3.根据权利要求2所述的船载GNSS辅助北斗导航卫星定轨方法，其特征在于，S3包括如下步骤：S301，采用如下方法解算BDS卫星端宽巷UPD：通过以下公式形成非差M-W组合观测方程：Bw＝Bmw＝NL1-NL2(3.2)w实数宽巷模糊度可以表示为：Bw＝Nw+bw-b(3.3)其中，Lmw指宽巷组合观测值，f1,f2指北斗卫星两个频点的频率，L1，L2指两个频率载波相位观测值，p1,p2指北斗卫星两个频点的伪距观测值，ρ指卫星位置到接收机的距离，c指真空中的光速，dtr为接收机钟差，T为对流层延迟影响，εmw为M-W组合观测值噪声，λmw指M-W组合观测值的波长，Bw指实数宽巷模糊度，Bmw指实数M-W组合模糊度，NL1，NL2指两个频率实数w模糊度，εmw指M-W组合的观测噪声，bw，b分别指接收机端和卫星端的宽巷UPD，Nw指非差整数宽巷模糊度；选取陆地若干已知站坐标的GNSS参考站，对站坐标强约束，利用式3.1解算参考站的BDS实数非差宽巷模糊度Bmw。设某一测站接收机端宽巷UPD为0，利用式3.3，采用最小二乘方法，得到每颗北斗卫星端和接收机端的宽巷UPD；S302，采用如下方法确定BDS卫星端窄巷模糊度：通过以下公式形成非差无电离层组合观测方程：2CN106556851A权利要求书2/3页实数无电离层组合模糊度可以表示为：其中，Lc为无电离层组合观测值，λc为无电离层组合观测值波长，εc为无电离层组合观测值噪声，Bc为无电离层组合实数模糊度，Bn为实数窄巷模糊度；采用301所述陆地GNSS参考站，对站坐标强约束，利用式3.4解算陆地GNSS站的BDS实数无电离层组合模糊度；将301中计算得到的BDS实数非差宽巷模糊度代入式3.5，得到实