試論北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)單點定位中的一種定權(quán)方法

張益君

摘 要：當(dāng)前我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我國范圍內(nèi)得到了較為廣泛的應(yīng)用，并在各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，但目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)量相對較少，雖然我國區(qū)域定位精度較高，但全球范圍內(nèi)精度還不夠高，這樣就導(dǎo)致北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)在全球的應(yīng)用受到一定限制。為減少這種情況的出現(xiàn)，有必要將GPS模型應(yīng)用其中，這樣不僅可以實現(xiàn)有效控制，還能提升定位精準(zhǔn)性。本文將從單點定位定權(quán)方法入手，結(jié)合北斗測距信號分析，研究單點定位定權(quán)方法。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航；定位系統(tǒng)單點；定權(quán)方法

中圖分類號：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0023-01

為做好觀測值定權(quán)研究，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)單點定位需要得到Bancroft算法的支持，且在Lorentz下完成內(nèi)積方程設(shè)計，進(jìn)而獲得一種定權(quán)公式。通過長期的實踐研究得知，這種方法能夠有效提升北斗導(dǎo)航系統(tǒng)單點定位精度，因此，有必要對此展開研究。

1 單點定位定權(quán)方法

對于Bancroft算法來說，它是存在于R4維的Lorentz內(nèi)積中的，也正因如此，Bancroft算法成為導(dǎo)航偽距觀測方程中不可缺少的一部分。同時，在單點定位定權(quán)方法下，還包括推導(dǎo)權(quán)矩陣，Bancroft算法也是在Lorentz內(nèi)積準(zhǔn)則下獲得相應(yīng)非線性參數(shù)的。以往的計算中就是將偽距測量中的現(xiàn)有信息當(dāng)做定權(quán)矩陣的一部分，由于這種情況的存在也使得線性最小二乘在求解階段處于相對嚴(yán)密狀態(tài)。然而，在讓偽距觀測方程向Lorentz內(nèi)積方程轉(zhuǎn)變的過程中，需要再次對Lorentz內(nèi)積權(quán)矩陣進(jìn)行必要的推導(dǎo)，這也是有效提高單點定位定權(quán)方法的有效措施。

2 北斗測距信號分析

為了解北斗測距信號實際情況，應(yīng)用北斗偽距和相位方程來完成，通過分析可以獲得兩種觀測值，分別為偽距相位差值（CC組合）以及MP組合，它們也會成為研究測距信號質(zhì)量的重要依據(jù)。通過實證研究可以發(fā)現(xiàn)，在觀測高頻觀測值的過程中，這兩種組合不僅可以有效降低模糊度常數(shù)，還能最大程度的減少電離層延遲等情況的出現(xiàn)，因此，應(yīng)重視這兩種組合在北斗測距信號分析中的運(yùn)用。

3 算例分析與比較

3.1 單點定位定權(quán)方法分析

為做好本次研究，在西北、西南以及東北地區(qū)都進(jìn)行了觀測，時間為2015年10月到2015年11月，每隔1s收集一次數(shù)據(jù)，由于本次研究地點較多，所以，僅選擇西北地區(qū)作為研究對象。

在收集了相關(guān)數(shù)據(jù)以后，還要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以，采用了三種單點定位方案：第一種方案用最小乘法，其作用是依據(jù)偽距觀測值定權(quán)；第二種方案是用Bancroft算法，其作用是依靠衛(wèi)星觀測值定權(quán)；第三種方案也是利用Bancroft算法，用推導(dǎo)公式定權(quán)。因后面的研究需要用CC組合與MP組合，所以，在數(shù)據(jù)預(yù)處理的過程中，就需要用北斗三頻周條完成探測，這樣不僅可以去除其中各種差異數(shù)據(jù)，還能準(zhǔn)確的記錄出周跳位置。

通過實證研究可以發(fā)現(xiàn)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是一種能夠提供高精度的單點定位系統(tǒng)，無論哪種方案都可以將精度精確到25m以下。同時，第三種方案在定位精度上相對于前兩種有所提升。由此可見，Bancroft算法在Lorentz內(nèi)積下所獲得的定權(quán)公式相對于前兩種定權(quán)公式更為精準(zhǔn)，也可以獲得更好的精度。

3.2 CC組合的運(yùn)用

為了解北斗測距信號觀測噪聲，繪制了如下圖1所示的偽距標(biāo)準(zhǔn)差。

第一個圖形為GEO，第二個為IGEO，第三個為MEO。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，第一個圖形相對穩(wěn)定，差距也很小，只有PRN1的標(biāo)準(zhǔn)差相對較大，余下兩者的差異較小，總的來說，在該過程中，衛(wèi)星高度角基本在12度左右；第二個圖形與第三個圖形鎖戰(zhàn)術(shù)的偽距標(biāo)準(zhǔn)差相對第一個圖形要大一些，分析后得知這與衛(wèi)星高度角有一定關(guān)系，也與衛(wèi)星是否處于動態(tài)有關(guān)，通常情況下，動態(tài)衛(wèi)星會帶來一定的多普勒現(xiàn)象。同時，在研究中還發(fā)現(xiàn)，第一種衛(wèi)星并未發(fā)生周跳，而后兩者都出現(xiàn)了不同的周跳，由此可見，第一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量相對于后兩者數(shù)據(jù)質(zhì)量高一些。此外，盡管衛(wèi)星不同會帶來不同的偽距差，但總體差異并不大，基本都在0.1以下?？偟膩碚f，盡管在觀測時間段內(nèi)盡管北斗衛(wèi)星之間存在各種各樣的差異，但噪聲標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值卻很小，對單點定位精度的影響也不大。

3.3 MP組合的運(yùn)用

為了解偽距多路徑是否能夠影響北斗單點定位精度，可以用三頻觀測值提取與改正，通過研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改正以后，獲得了以下結(jié)論：第一，由于偽距多路徑效益的存在，使得周期性愈加明顯，這與衛(wèi)星軌道呈現(xiàn)周期性有直接關(guān)系，在GEO衛(wèi)星出現(xiàn)低頻變化以后，IGSO、MEO衛(wèi)星也出現(xiàn)了一定的高頻變化，這也是其他方案無法比擬的。第二，在多路徑效應(yīng)經(jīng)過改正以后，無論哪種方案下的單點定位精度都得以有效提升。第三，隨著多路徑效應(yīng)改正的實現(xiàn)，新產(chǎn)生的定權(quán)公式依然可以有效提升北斗單點定位精度。由此可見，新型定權(quán)公式可以最大程度的強(qiáng)化北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的單點定位精度。

4 結(jié)語

通過以上研究可以得知，在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，GEO衛(wèi)星所獲的信號質(zhì)量相對較好，衛(wèi)星高度也相對穩(wěn)定。同時，新型定權(quán)公式中融入了距離因素，不僅可以有效解決衛(wèi)星定權(quán)問題，還能最大程度的提升單點定位精度。由于北斗定位系統(tǒng)中容易受偽距多路徑效應(yīng)影響，所以將不同種類的衛(wèi)星應(yīng)用其中，發(fā)現(xiàn)GEO衛(wèi)星的變頻最小，變頻較高的衛(wèi)星在改正以后，變頻也得以有效降低，這種情況的出現(xiàn)也與新型定權(quán)公式可以最大程度的提升北斗單點定位精度有直接關(guān)系。

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