一种实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法。

背景技术：

1、基于全球卫星导航系统(global satellite navigation system,gnss)的实时运动学(real-time kinematic,rtk)技术以其精度高、初始化速度快、适应性好等独特优势，广泛应用于自动驾驶、无人机、精准农业、智能机器人导航等领域。理想情况下，应获得基站和流动站在同一历元的观测值，以完全消除各种误差项。否则，定位性能可能会变差。在大多数实际的实时应用中，基站数据是通过无线通信技术传输的，例如，在广泛应用于自动驾驶应用的rtk(nrtk)网络中，观测结果通过蜂窝移动通信网络广播。然而，由于无线电传播环境固有的不确定性，在向流动站传输基站观测时，会出现不确定性延迟或中断。因此，基站与流动站之间的异步时间是不可避免的，称为差龄，其实际值可能从不足一秒到几秒，有时甚至达到数百秒。在这种情况下，要保证rtk解决方案满足高动态应用的高连续性、可靠性和精确定位要求是相当具有挑战性的。解决这一问题的方法主要包括异步rtk(artk)和预测方法。

2、artk算法直接利用基站的历史观测数据和最新的流动站观测数据进行rtk处理。也就是说，在这些方法中忽略了差龄造成的误差。因此，随着差分时间的增大，卫星星历误差、时钟误差、大气误差等误差将急剧增大，导致artk的定位精度迅速下降。

3、预测方法主要包括状态空间表示(state-space representation,ssr)预测方法和观测空间表示(observation-space representation,osr)预测方法。实时ssr精确校正，如卫星时钟和轨道校正以及电离层延迟等，对于ppp-rtk应用是必不可少的。由于提供校正的频率较低，以及网络处理产生的延迟，用户必须及时预测这些校正。已经提出的几种预测方法，如卡尔曼滤波、多项式拟合和神经网络优化方法，其计算成本高，或仅预测gps轨道和时钟修正。另一方面，在基站存在差龄的情况下，也采用osr预测方法进行rtk处理。专利us5903236解决了飞机精确着陆应用中小差龄的特点，通过利用基站过去几个历元的载波相位观测数据，提出了一种基于最小二乘的基站载波相位观测时间多项式拟合方法。该方法预测观测值的精度与基站载波相位观测的历史历元数和外推时间有关。该方法的缺点是其预测观测值的精度随着外推时间的延长而迅速下降，因此，它只适用于小的基站差龄。

4、因此，提高大差龄下的rtk定位方案的连续性和可靠性是一个有价值的技术难题，需要本领域亟待解决。

技术实现思路

1、依据本发明的一个方面公开了一种实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，包括：构建卫星在t时刻的载波相位观测方程，利用双差分算法处理卫星i和卫星j向基站和流动站发出的载波相位观测方程，并提炼出由差龄引起的误差；对载波相位观测方程中的差龄引起的误差进行建模，并给出估计量表达；利用等价变换和顺序卡尔曼滤波简化载波相位观测方程中的差龄引起的误差的估计量表达；利用简化后的差龄引起的误差的估计量，补偿双差分操作中的差龄误差。

2、本申请公开的差龄误差估计和补偿算法，从载波相位观测方程出发，通过taylor展开对总体差龄误差进行建模，建立基于时间差载波相位(tdcp)的观测和状态转移模型。基于卡尔曼滤波构造了该模型的估计量。此外，采用等效变换和顺序滤波技术，显著降低了估计量的计算复杂度。由于每个相位观测的误差是单独建模的，因此当参考卫星频繁变化时，易于处理。解决了在许多rtk应用中，基站的观测数据与流星站的观测数据之间不可避免地存在时间延迟，导致rtk定位误差或定位失败迅速增加的技术问题。

技术特征：

1.一种实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，包括：

2.如权利要求1所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，其中，卫星i在t时刻的载波相位观测方程为：

3.如权利要求2所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，利用双差分算法处理卫星i和卫星j向基站和流动站发出的载波相位观测方程得到双差分观测值：

4.如权利要求3所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，通过定义函数fi(t)＝[ti(t)-ii(t)-cati(t)+oi(t)]，得到eageij(t；δt)的表达如下：

5.如权利要求4所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，定义时差载波相位比其中，将时差载波相位比进一步表达成：其中，

6.如权利要求5所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，通过近似得到αi(t)和ηr(t)的近似值：

7.如权利要求6所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，定义如下状态向量：x＝[α1 α2 ... αn ηr]t.，得到状态向量的近似值其中，其中f和nt分别为状态变换矩阵和过程噪声向量，nt服从零均值正态分布，nt～n(0,q)，q为协方差矩阵，

8.如权利要求7所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，定义观测向量得到观测函数z＝hx+∈，其中观测矩阵h为观测噪声∈是为具有对角协方差的高斯分布向量，ε～n(0,r)，其中r＝diag(eσ1eσ2…eσn)。

9.如权利要求8所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，根据等效变换原理，将观测函数变换为

10.如权利要求9所述的实时运动定位中差龄误差的估计和补偿方法，还包括，定义范数卫星与参考卫星之间的微分运算的微分矩阵d，估计的差分年龄误差为：

技术总结
本申请公开的差龄误差估计和补偿算法，从载波相位观测方程出发，通过Taylor展开对总体差龄误差进行建模，建立基于时间差载波相位(TDCP)的观测和状态转移模型。基于卡尔曼滤波构造了该模型的估计量。此外，采用等效变换和顺序滤波技术，显著降低了估计量的计算复杂度。由于每个相位观测的误差是单独建模的，因此当参考卫星频繁变化时，易于处理。解决了在许多RTK应用中，基站的观测数据与流星站的观测数据之间不可避免地存在时间延迟，导致RTK定位误差或定位失败迅速增加的技术问题。

技术研发人员：黄伟,朱晓章
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（衢州）
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5