一种基于差分的罗兰高精度定位解算方法

技术领域

本发明属于陆基定位的技术领域,特别涉及一种可以应用于罗兰系统实现高精度定位的方法。

背景技术

罗兰系统作为一种远程无线电导航系统，是陆基定位导航授时系统的重要组成部分，也是卫星导航授时系统的有效备份和补充。罗兰信号用于定位多采用沿地球表面传播的地波，但是由于地波传播沿途环境复杂，并且大气折射指数等因素受温度、湿度等环境因素的实时影响，使得罗兰接收机测量的传播时延既包含了一次时延，又包含了二次时延。其中，一次时延是指信号从罗兰发射台到罗兰接收机所处位置在大气中传播的相位延迟，与定位解算有直接关系，二次时延是指信号在实际路径中传播相对于空气中传播增加的相位延迟，虽然是一个较小的量，但它是影响定位精度的主要因素。在传统的双曲线及伪距定位解算中，通常不考虑二次时延对伪距值的影响，造成罗兰系统较大的定位误差。这些传统方法难以满足现代定位导航的需求，尤其是在港口精密渐进领域，需要采用其他方法提高罗兰系统的定位精度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于差分的罗兰高精度定位解算方法，提高罗兰系统的定位精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)在罗兰系统的工作区域内任意设置一个差分基准站，测量罗兰台站到差分基准站的伪距；

2)利用罗兰台站和差分基准站的准确坐标计算各个罗兰台站和差分基准站之间的一次时延值；

3)通过伪距和一次时延值相减，计算各个罗兰台站和差分基准站之间的二次时延值；将二次时延值用大地线距离的一次线性关系拟合，计算出拟合系数；

4)用户接收机同时接收罗兰台站到用户点的罗兰信号以及差分站提供的拟合系数，用于用户点上的差分定位解算，获得伪距方程组；

5)给定用户点的初始位置，在初始位置处对步骤4)中的伪距方程组进行泰勒展开，利用求解结果对初始位置进行修正后重复本步骤进行迭代计算，直到定位精度满足设定的阈值。

所述的罗兰台站到差分基准站的伪距ρ

所述的差分基准站的参考时钟与罗兰系统的时钟同步。

所述的罗兰台站和差分基准站的一次时延值

所述的罗兰台站到基准站的二次时延值用大地线距离的一次线性关系拟合，表示为SF

所述的差分定位解算中，考虑差分修正的伪距方程为ρ′

所述的伪距方程组进行泰勒展开，转化为矩阵形式A·X＝B，其中，

本发明的有益效果是：利用差分基准站对用户点的二次时延值进行预测，在用户的伪距观测方程中利用差分方法对伪距进行修正，可以有效的抑制伪距观测值中二次时延的影响，进而利用较为精确的伪距值进行差分定位解算，提高用户点的定位精度。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

罗兰接收机要实现定位，至少要测量三个台站的信号，并对其进行解调和解码获得时间信息，从而测量信号的传播时延。传播时延乘以光速转化为测量伪距，伪距方程可以表示为：

ρ

其中，ρ

有鉴于此，本发明提出一种基于差分的罗兰高精度定位解算方法，该方法利用差分基准站的测量数据拟合差分改正模型，用于用户点的伪距误差修正，可以有效地提高罗兰系统在定位方面的精度。

本发明包括以下步骤：

1)在罗兰系统的工作区域内设置一个差分基准站，测量罗兰台站到差分基准站的伪距，其方程形式为：

式中，ρ

2)利用罗兰台站和差分基准站的准确坐标计算步骤1)中方程组右边的一次时延值，其计算公式为：

其中，d

3)利用步骤1)和2)中的公式计算罗兰系统各个发播台到基准站的二次时延值，计算公式为：

将二次时延值用大地线距离的一次线性关系拟合，表示为：

将其表示为A·X＝B的形式，利用最小二乘方法计算出拟合系数a和b；

4)用户接收机同时接收罗兰台站到用户点的罗兰信号以及差分站提供的拟合参数模型，用于用户点上的差分定位解算，考虑差分修正的伪距方程为：

ρ′

ρ′

ρ′

其中，ρ′

ρ′

ρ′

ρ′

5)给定用户点的初始位置

其中，方程组左边d′

利用最小二乘法求出X后对初始位置进行修正，用新值代替原来的旧值后进一步迭代计算，直到X满足设定的阈值。

下面以我国某罗兰台链的三个台站为例对本发明进行说明，三个台站的坐标分别为(122.32°E，37.06°N)、(118.88°E，31.06°N)、(116.89°E，23.72°N)，为描述方便，将其分别编号为1、2、3号站。工作区域为均匀单一的海水界面，基于差分的罗兰高精度定位求解方法的步骤如下：

1)选择工作区域内一点作为差分基准站，将差分基准站的时钟与罗兰系统的时钟同步，测量差分基准站接收到的各罗兰台站的信号，并转化为伪距观测值。由于测量伪距中包含了一次时延和二次时延，测量的伪距主要包含上述的两个部分，考虑空气折射指数的影响，各具体参数见下表。

2)计算测量伪距中的一次时延值，具体见步骤1)中表格数据。

3)计算罗兰系统各个发播台到基准站的二次时延值并将二次时延值，用大地线距离的一次线性函数对数据进行拟合，表示为：

利用最小二乘方法拟合后的参数结果为：

a＝2.273*10^(-12)，b＝-3.765*10^(-7)。

4)在用户点利用罗兰接收机测量各罗兰台站到用户点的伪距值，构造用户点的伪距观测方程。这里假设用户点的坐标为(125°E，30°N)，接收机的钟差设为零，仿真观测的伪距值及其他参数见下表。如果接收机钟差不为零，则其具体数值将体现在伪距观测值中。

用户点的伪距观测方程组为：

822275.015＝(n

599378.535＝(n

1065082.580＝(n

在该伪距观测方程组中，d′

5)设置用户点的初始坐标为(123°E，27°N，0)，利用在初始位置处的泰勒级数展开并忽略高阶项，其形式进行表示：

其中，d′

由以上实施例可以看出，在基于差分的罗兰高精度定位求解方法中，用户接收机利用基准站提供的二次时延参数修正测量伪距，抑制了伪距中的观测误差，提高了罗兰系统的定位精度。