CN102788985A - 广域加权伪距差分对定位误差的改正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种广域加权伪距差分对定位误差的改正方法，通过用户对距离其最近的M个基准站伪距误差进行加权平均对用户的伪距改正进行了仿真验证，将伪距差分与虚拟基准站技术相结合，利用虚拟基准站处广域加权伪距差分技术可以将星历误差与电离层误差对定位的影响控制在一定的范围内，最终可实现精度优于0.5米的伪距差分，进而实现较高精度的定位，保证定位准确，改善了传统伪距差分的适用范围。

Description

广域加权伪距差分对定位误差的改正方法

技术领域

本发明属于卫星导航差分技术领域，特别是伪距差分适用范围的改善以及伪距差分的定位精度提高的方法，具体是一种广域加权伪距差分对定位误差的改正方法。

背景技术

差分技术是提高卫星导航定位系统定位精度的一项重要技术。在卫星导航定位过程中，观测所受到的误差影响，如卫星星历、电离层和对流层等是空间相关的，卫星钟差是空间强相关的,因此,间隔在一定距离内的两个站,同步观测同一颗卫星,则两个站上的观测值可认为包含相同的误差。如果将一个站设为基准站,其坐标已知,该站的实时观测数据通过通信链路传输到另一个站,即用户站,则用户站同时差分处理来自两个站的观测数据,可消除共同误差的影响。差分主要分为位置差分、伪距差分、载波相位差分和广域差分。位置差分因为精度较低，已近较少采用。目前，最常用的是伪距差分、载波相位差分和广域差分。伪距差分定位精度约为5m，载波相位差分定位比伪距差分的精度可以提高几倍，但其设备技术较为复杂。广域差分是对观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以模型化，然后将计算出来的每个误差源的误差修正值通过数据通讯链路发送给用户，对用户的观测值加以修正，以达到削弱误差源影响的目的。伪距差分方法的优点是:(1)提供伪距改正数和伪距改正数变化率。当某些原因导致差分信号短暂丢失时，能够利用伪距改正数变化率继续进行差分定位。(2)基准站能够提供全部观测到的卫星的伪距改正数给用户。这样，就能够允许用户选用任意四颗卫星进行定位，不必考虑两站观测卫星是否完全相同。但是伪距差分也有自己的局限性，它的作用范围只能在40km左右内，若超出40km的区域外就会产生定位误差大、定位不准的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种能够提高伪距差分精度的广域加权伪距差分对定位误差的改正方法。

解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

（1）N个差分基准站监测该基准站的伪距误差Δρ_i，N为6～9；

（2）N个差分基准站将各自的伪距误差Δρ_i通过通信卫星发送到导航主控站；

（3）导航主控站将接收到的各站伪距误差输入通信卫星，通信卫星将各站伪距误差发送到用户；

（4）用户接收由通信卫星广播的各差分基准站所监测到的伪距误差Δρ_i；

（5）根据用户的位置，对距离用户最近的M个差分基准站的伪距误差进行加权平均，权值取用户与M个差分基准站距离的倒数，计算出用户所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_u=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{\frac{1}{r_i}}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{r_i}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_i---\left(1\right)$

式中：N≥M≥3，i表示所取的距离用户最近的差分基准站，r_i表示用户位置与所取差分基准站之间的距离，Δρ_i表示所取差分基准站的伪距误差；

（6）用户利用其所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u来修正用户的伪距ρ_u，得到用户到卫星的真实距离R_u：

R_u＝ρ_u+Δρ_u                （2）。

本发明通过用户对距离其最近的M个基准站伪距误差进行加权平均对用户的伪距改正进行了仿真验证，将伪距差分与虚拟基准站技术相结合，利用虚拟基准站处广域加权伪距差分技术可以将星历误差与电离层误差对定位的影响控制在一定的范围内，最终可实现精度优于0.5米的伪距差分，进而实现较高精度的定位，保证定位准确，改善了传统伪距差分的适用范围。

具体实施方式

现结合实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。

实施例1

本实施例的广域加权伪距差分方法的实现涉及中国区域内的六个差分基准站、一个用户、伪距差分精度仿真三部分。

伪距差分精度仿真主要是在用户处仿真星历误差和电离层误差引起的伪距误差与用户所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量作比较获得的伪距差分定位精度。

在国内设置6个伪距差分基准站，即N为6，分别位于西安、长春、喀什、三亚、上海、拉萨。每个站的时间都与国家授时中心的协调世界时同步，每个站放置共视接收机。选取成都用户进行仿真。卫星选为亚太1A卫星，采用2009年8月2日一天内卫星的位置作为卫星实际位置，实际位置加上一定误差作为广播星历。在一天中，星历x方向误差设为：

星历y方向误差设为

星历z方向误差设为

t为地方时，以星历误差A＝10米为例，广域加权伪距差分对定位误差的改正方法包括以下步骤：

（1）六个伪距差分基准站即西安、长春、喀什、三亚、上海、拉萨基准站监测由于星历误差而导致的伪距误差Δρ_Ei（i＝1,2,L,6）分别为13.70m、13.22m、13.96m、14.19m、13.60m、14.11m；由于电离层误差而导致的伪距误差Δρ_Ti（i＝1,2,L,6）分别为-6.42m、-4.62m、-6.24m、-8.99m、-6.02m、-7.56m，故各站的伪距误差Δρ_i=Δρ_Ei+Δρ_Ti（i＝1,2,L,6）分别为7.28m、8.60m、7.72m、5.20m、7.58m、6.55m；

（2）6个差分基准站将各自的伪距误差Δρ_i通过通信卫星发送到导航主控站；

（3）导航主控站将接收到的各个基准站的伪距误差输入通信卫星，由通信卫星将各个基准站的伪距误差发送到成都用户；

（4）成都用户接收由通信卫星广播的各差分基准站所监测到的伪距误差Δρ_i；

（5）根据成都的位置，对距离成都最近的3个伪距差分基准站即西安、三亚、拉萨的伪距误差进行加权平均，即M为3，权值取成都与这3个差分基准站距离的倒数，根据式（1）计算出成都所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_u=\left(\frac{\frac{1}{r_1}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_1+\left(\frac{\frac{1}{r_2}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_2+\left(\frac{\frac{1}{r_3}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_3=6.62m$

其中r₁、r₂、r₃分别表示成都与所取3个差分基准站西安、三亚、拉萨的距离，Δρ₁、Δρ₂、Δρ₃分别表示所取3个差分基准站西安、三亚、拉萨的伪距误差；

（6）成都用户利用其所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u来修正成都用户到卫星的伪距ρ_u，根据式（2）获得成都到卫星的真实距离：

R_u＝ρ_u+Δρ_u=37398429.32m+6.62m=37398435.94m

根据以上实施例，仿真成都用户由于星历误差而导致的伪距误差为13.90m，由于电离层误差而导致的伪距误差-7.08m，故成都用户的伪距误差为6.82m，伪距差分精度为6.82m-6.62m=0.2m＜0.5m,故伪距差分精度优于0.5m，对传统的伪距差分的适用范围有了一定的改善。

实施例2

在上述实施例1中，将国内设置9个伪距差分基准站，即N为9，分别位于西安、长春、喀什、三亚、上海、拉萨、呼和浩特、北京、厦门，选取成都用户进行仿真。卫星选为亚太1A卫星，采用2009年8月2日一天内卫星的位置作为卫星实际位置，实际位置加上一定误差作为广播星历。在一天中，星历x方向误差设为：

星历y方向误差设为

星历z方向误差设为

t为地方时，以星历误差A＝10米为例，广域加权伪距差分对定位误差的改正方法包括以下步骤：

（1）9个伪距差分基准站即西安、长春、喀什、三亚、上海、拉萨、呼和浩特、北京、厦门基准站监测由于星历误差而导致的伪距误差Δρ_Ei（i＝1,2,L,9）分别为13.70m、13.22m、13.96m、14.19m、13.60m、14.11m、13.50m、13.45m、13.85m；由于电离层误差而导致的伪距误差Δρ_Ti（i＝1,2,L,9）分别为-6.42m、-4.62m、-6.24m、-8.99m、-6.02m、-7.56m、-5.67m、-5.47m、-7.20m，故各站的伪距误差Δρ_i=Δρ_Ei+Δρ_Ti（i＝1,2,L,9）分别为7.28m、8.60m、7.72m、5.20m、7.58m、6.55m、7.83m、7.98m、6.65m；

（2）同实施例1相同；

（3）同实施例1相同；

（4）同实施例1相同；

（5）根据成都的位置，对距离成都最近的3个伪距差分基准站即西安、拉萨、呼和浩特的伪距误差进行加权平均，权值取成都与这3个差分基准站距离的倒数，根据式（1）计算出成都所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_u=\left(\frac{\frac{1}{r_1}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_1+\left(\frac{\frac{1}{r_2}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_2+\left(\frac{\frac{1}{r_3}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_3=7.22m$

其中r₁、r₂、r₃表示成都与所取3个差分基准站西安、拉萨、呼和浩特的距离，Δρ₁、Δρ₂、Δρ₃表示所取3个差分基准站西安、拉萨、呼和浩特的伪距误差；

（6）成都用户利用其所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u，通过式（2）计算，修正成都用户到卫星的伪距ρ_u，获得成都到卫星的真实距离为R_u＝ρ_u+Δρ_u=37398429.32m+7.22m=37398436.54m。

成都用户的伪距差分精度为6.82m-7.22m=-0.4m＜0.5m。

实施例3

在上述实施例1中，将国内设置8个伪距差分基准站，即N为8，分别位于长春、喀什、三亚、上海、拉萨、呼和浩特、北京、厦门，选取成都用户进行仿真。卫星选为亚太1A卫星，采用2009年8月2日一天内卫星的位置作为卫星实际位置，实际位置加上一定误差作为广播星历。在一天中，星历x方向误差设为：

星历y方向误差设为

星历z方向误差设为

t为地方时，以星历误差A＝10米为例，广域加权伪距差分对定位误差的改正方法包括以下步骤：

（1）8个伪距差分基准站即长春、喀什、三亚、上海、拉萨、呼和浩特、北京、厦门基准站监测由于星历误差而导致的伪距误差Δρ_Ei（i＝1,2,L,8）分别为13.22m、13.96m、14.19m、13.60m、14.11m、13.50m、13.45m、13.85m；由于电离层误差而导致的伪距误差Δρ_Ti（i＝1,2,L,8）分别为-4.62m、-6.24m、-8.99m、-6.02m、-7.56m、-5.67m、-5.47m、-7.20m，故各站的伪距误差Δρ_i=Δρ_Ei+Δρ_Ti（i＝1,2,L,8）分别为8.60m、7.72m、5.20m、7.58m、6.55m、7.83m、7.98m、6.65m；

（2）同实施例1相同；

（3）同实施例1相同；

（4）同实施例1相同；

（5）根据成都的位置，对距离成都最近的3个伪距差分基准站即三亚、拉萨、呼和浩特的伪距误差进行加权平均，权值取成都与这3个差分基准站距离的倒数，根据式（1）计算出成都所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_u=\left(\frac{\frac{1}{r_1}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_1+\left(\frac{\frac{1}{r_2}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_2+\left(\frac{\frac{1}{r_3}}{\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_3=6.58m$

其中r₁、r₂、r₃表示成都与所取3个差分基准站三亚、拉萨、呼和浩特的距离，Δρ₁、Δρ₂、Δρ₃表示所取3个差分基准站三亚、拉萨、呼和浩特的伪距误差；

（6）成都用户利用其所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u，通过式（2）计算，修正成都用户到卫星的伪距ρ_u，获得成都到卫星的真实距离为R_u＝ρ_u+Δρ_u=37398429.32m+6.58m=37398435.90m。

成都用户的伪距差分精度为6.82m-6.58m=0.24m＜0.5m。

实施例4

上述实施例1～3的广域加权伪距差分对定位误差的改正方法中，在步骤5中，根据成都的位置，对距离成都最近的6个伪距差分基准站即西安、拉萨、呼和浩特、三亚、北京、厦门加权平均，即M为6，权值取成都与这6个差分基准站距离的倒数，根据式（1）计算出成都所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u，其它的操作与相应的实施例相同。

其它的步骤与相应的实施例相同，得出成都到卫星的真实距离。

实施例5

上述实施例1～3的广域加权伪距差分对定位误差的改正方法中，在步骤5中，根据成都的位置，对距离成都最近的4个伪距差分基准站即西安、拉萨、呼和浩特、三亚加权平均，即M为4，权值取成都与这4个差分基准站距离的倒数，根据式（1）计算出成都所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u，其它的操作与相应的实施例相同。

其它的步骤与相应的实施例相同，得出成都到卫星的真实距离。

Claims (1)

1.一种广域加权伪距差分对定位误差的改正方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）N个差分基准站监测该基准站的伪距误差Δρ_i，N为6～9；

（2）N个差分基准站将各自的伪距误差Δρ_i通过通信卫星发送到导航主控站；

（3）导航主控站将接收到的各站伪距误差输入通信卫星，通信卫星将各站伪距误差发送到用户；

（4）用户接收由通信卫星广播的各差分基准站所监测到的伪距误差Δρ_i；

（5）根据用户的位置，对距离用户最近的M个差分基准站的伪距误差进行加权平均，权值取用户与M个差分基准站距离的倒数，计算出用户所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_u=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{\frac{1}{r_i}}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{r_i}}\right)\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_i---\left(1\right)$

式中：N≥M≥3，i表示所取的距离用户最近的差分基准站，r_i表示用户位置与所取差分基准站之间的距离，Δρ_i表示所取差分基准站的伪距误差；

（6）用户利用其所在位置的虚拟基准站的广域加权伪距改正量Δρ_u来修正用户的伪距ρ_u，得到用户到卫星的真实距离R_u：

R_u＝ρ_u+Δρ_u                  （2）。