[发明专利]一种应用于卫星导航系统的定位及监测方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体地说，是指一种应用于卫星导航系统的卫星导航系统定位及监测的方法。

背景技术

全球卫星导航系统(GNSS)可以在全世界范围内提供连续的三维位置、速度与时间信息。由于GPS的成功经验，中国、欧洲等国家地区相继提出了卫星导航发展计划。新一代卫星导航系统与美国的GPS、俄罗斯的GLOANSS共同构成了多系统组合卫星导航系统。由于多系统组合卫星导航系统在精度、可靠性、完好性等几项性能指标上均超过了单一卫星导航系统。因此多模态卫星导航系统成为卫星导航的主流发展方向。

对多系统组合卫星导航系统而言，由于不同系统的卫星定位精度存在较大差异，若将来自不同卫星导航系统的观测信息不加处理地直接应用于多系统组合卫星导航系统，将对多系统组合卫星导航系统的定位精度与完好性带来不利影响。即多系统组合卫星导航系统的精度与完好性不能达到最优。

为解决这一问题，除了对现有卫星导航系统进行改造外，最简便的手段是对多系统组合卫星导航系统进行加权处理。通过提高精度较好的观测量权值，降低精度较差的观测量权值，实现对来自不同卫星的信息进行选择性的使用，从而降低等效测距误差较大的观测量对多系统组合卫星导航系统定位精度与完好性产生的制约作用。

为计算各可见星的权值，需要对观测量中各种误差(如电离层误差)或是经过修正后的残差大小进行估计，这种估计可以通过接收机实时地得到误差或者残差的信息来进行，也可以利用先验或后验知识对系统权值进行估计。

传统的方法是将多系统组合卫星导航系统的系统权值按各个系统分别进行权值设计，即通过各卫星系统的标准定位服务性能标准确定本系统的误差预算(也称误差期望值)，进而得到系统权阵，通过所得到的系统权阵进行加权处理，以实现多系统组合卫星导航系统的卫星定位和监测。

这种建立权阵进而通过权阵进行定位和监测的方法，将各个系统内的卫星权值设定为相同的值。以系统为单位进行权阵设计，其优点在于计算方法简单，通过较少的计算过程即可得到系统权阵。但实际的系统内各颗卫星权值是不相同的，卫星之间存在着较大的差异，所以上述的传统方法显然对卫星伪距测量误差的估计不够精确。

发明内容

本发明为了解决传统方法的卫星定位精度及监测不足的问题，提出了一种适用于卫星导航系统的定位及监测方法，本方法将系统权值分为电离层误差与其它误差两部分分别考虑，设计了一种电离层误差的估计方法，并根据电离层误差与其它误差建立一个与卫星位置有关的加权矩阵，利用所建立的加权矩阵对系统内的卫星进行精确定位和完好性监测。

本发明提供的方法包括以下步骤：

步骤一：确定观测卫星导航系统，计算系统观测矩阵H，估计各卫星电离层误差。

步骤二：依据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，计算各系统的其他误差。

步骤三：根据步骤一得到的各卫星电离层误差和步骤二中得到各系统的其他误差，构造

系统权阵W，利用系统权阵W对观测矩阵H与伪距观测向量ρ进行归一化处理。

步骤四：利用归一化后的矩阵H_w与伪距观测向量ρ_w对系统卫星进行定位与完好性监测。

其中在步骤一所述的系统观测矩阵H与系统中卫星的仰角和方位角有关，因此通过计算系统观测矩阵H中的矩阵元素，建立卫星电离层误差与电离层延迟修正倍率R₁、R₂之间的关系表，对卫星电离层延迟修正倍率R₁、R₂进行估计，再根据不同系统的电离层延迟基数，估计系统中各卫星的电离层误差。

在步骤二所述的其他误差为星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声。

在步骤三所述的系统权阵W是与两部分误差(即各卫星电离层误差和各系统的其他误差)的均方差有关的矩阵，归一化处理所依据的公式为H_w＝W×H和ρ_w＝W×ρ。

本发明提供的方法有以下优点：

a.本发明提供的方法可以通过增强系统提供长期电离层状态预报，也可以仅通过双频观测信息估计电离层状态，因此本方法对增强系统的依赖性很小。

b.本发明提供的方法对系统中每颗星单独估计权值，相对原有按系统进行的权值设计方法，权值精度得到提高，使得利用本方法获得的权阵精度得到提高，从而保证系统定位和监测精度。

附图说明

图1是本发明的定位及监测方法的步骤流程图；

图2是应用本发明提供的方法所得到的定位误差曲线图；