[发明专利]一种基于球谐展开的GNSS单点定位方法

说明书

本发明属于卫星导航定位技术领域，具体公开了一种基于球谐展开的GNSS单点定位方法，该方法采用球谐展开描述与测站和卫星之间的高度角和方位角有关的误差项，包括对流层延迟误差以及电离层延迟误差，使用GNSS观测数据和卫星星历数据即可实现测站空间位置的计算。相比于现有的利用经验模型进行对流层延迟改正方法，本发明方法能够高效、快速地获得测点的位置信息，具有实际操作简单、数据处理便捷以及计算效率高等优势。

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，涉及一种基于球谐展开的GNSS单点定位方法。

背景技术

GNSS单点定位方法，是指根据卫星星历给出的观测瞬间卫星在空间的位置和卫星钟差，以及由一台GNSS接收机所测定的从卫星到GNSS接收机之间的距离，通过距离交会的方法，独立测定该GNSS接收机在地球坐标系中的三维坐标的定位方法。

利用广播星历提供的卫星位置和卫星钟差，以及伪距观测值进行的定位方式，称为标准单点定位。由于广播星历和伪距观测值精度的限制，且其数学模式中各项改正误差的影响又无法完全消除，因而，标准单点定位的精度通常只能达到米级。因此，标准单点定位主要用于导航定位及资源调查、勘测等低精度定位领域。利用精密星历和精密卫星钟差数据，由相位观测数据进行的定位方式，称为精密单点定位，精密单点定位的精度可以达到厘米量级。

在影响单点定位结果的三类误差源中，与信号传播有关的误差(主要是指电离层延迟和对流层延迟误差)无法很好地被模型化，因此，对定位的影响较大。

对于电离层延迟，单频接收机需要通过模型加以改正；双频接收机则可以通过线性组合法消除电离层延迟的影响；对于对流层延迟，由于对流层的性质为非弥散性，故不能用双频观测数据线性组合的方法消除对流层延迟误差，其对定位精度的影响不可以忽略。

对流层延迟分为干延迟和湿延迟两部分。在通常的定位解算策略中，天顶方向的干延迟由对流层延迟模型计算得出，通过映射函数将其映射到传播路径；而天顶方向的湿延迟则作为未知参数求解，并通过映射函数映射到传播路径。GNSS测量中对流层延迟模型或方法有萨斯塔莫宁模型、UNB3模型、气象元素法等。

以上三种对流层延迟改正方法存在如下问题：萨斯塔莫宁模型的精度相对较高，但是需要用到实测的气象数据，气象数据的获取问题，限制了萨斯塔莫宁模型的应用；UNB3模型不需要实测气象数据注入，但是UNB3模型的精度有限；气象元素法需要用到外部气象设备采集数据，不同设备的精度存在差异且设备笨重、昂贵，增加了外业采集数据的工作量；同时气象元素法也降低了单点定位的工作效率，很难为全天候的单点定位提供所需数据。

以上三种对流层延迟改正方法构建多种模型，以适应不同条件下改正对流层延迟的需要，考虑到实用性和普适性会使得测量外业和内业工作量增大，数据处理效率降低。此外，对于单点定位来说，对流层的延迟误差校正多采用经验模型，此类经验模型的参数估计也多采用经验值，因而，难以符合实际单点定位中的参数估计。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种基于球谐展开的GNSS标准单点定位方法，该方法基于球谐展开表示与测站和卫星间的方位角和高度角有关的误差项，以便能够快速、高效、准确地进行标准单点定位。本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于球谐展开的GNSS标准单点定位方法，包括如下步骤：

I.1.建立利用伪距观测值进行的标准单点定位观测方程，如公式(1)所示：