專利名稱：一種利用載波相位中心值的多普勒差分補償測速方法
技術領域：
本發(fā)明屬于GPS高精度測速解算領域，具體涉及一種利用載波相位中心值的多普勒差分補償測速方法。
背景技術：
基于GPS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的測速就是通過安裝在運動載體上的接收機獲取GPS導航衛(wèi)星信號從而得到運動載體的運動速度。盡管運動載體的運行速度各不一樣， 但不管是否是勻速運動，只要在運動載體上安裝GPS導航衛(wèi)星信號接收機，就可以在進行動態(tài)定位的同時，實時地測量它們的運行速度?；贕PS的測速系統(tǒng)的系統(tǒng)具有許多傳統(tǒng)的速度測量系統(tǒng)(慣性導航系統(tǒng))所沒有的優(yōu)點(1) GPS測速系統(tǒng)具有GPS本身特有的優(yōu)點，不僅能提供載體的位置、航向等基本信息，而且能提供載體速度信息；(2) GPS測速精度高，因為測速系統(tǒng)利用的是GPS衛(wèi)星信號的載波相位觀測值；C3)沒有累積誤差，傳統(tǒng)的慣性器件的測量誤差會隨著時間積累，而 GPS不會；(4)受環(huán)境影響小，如傳統(tǒng)的慣性測速系統(tǒng)，受周圍環(huán)境影響較大，慣性器件等受溫度的影響較大；(5)不需要給定初始值，傳統(tǒng)的慣性測量系統(tǒng)常常還需要初始對準；可以說GPS測速系統(tǒng)是多種設備功能集于一身，具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性高且成本低廉等優(yōu)點οGPS測速主流有三種方法位置中心差分法、原始多普勒頻移法、載波相位中心差分法。一般說來如果沒有用載波相位確定了高精度位置，位置中心差分法的數(shù)據(jù)處理難度最大，因為用它來確定高精度的速度，需基于載波相位的高精度定位結(jié)果，而用載波相位定位的數(shù)據(jù)處理比較復雜；原始多普勒頻移法的數(shù)據(jù)處理難度最小，它用原始多普勒頻移和偽距觀測值即可獲得高精度的速度；載波相位中心差分法與原始多普勒頻移法的數(shù)據(jù)處理難度很相近，僅僅多了載波相位中心差分計算多普勒頻移這一步驟。位置中心差分法和載波相位中心差分法都要求載體作勻速運動，而載體一般只有在較短的時間內(nèi)才會保持勻速運動，因此這兩種方法都要求采樣間隔不能過大。位置中心差分法和載波相位中心差分法要用到前后歷元的觀測值，在時間上都滯后一個歷元，原始多普勒頻移可以利用當前歷元的觀測值來實時確定速度，沒有時間滯后。一般情況下，原始多普勒頻移法是比較精確的方法，其速度精度主要取決于多普勒頻移觀測值的精度，基本不受載體運動狀態(tài)的影響，載波相位觀測值的精度在數(shù)值上優(yōu)于多普勒頻移觀測值，如果載體作勻速運動，位置中心差分法和載波相位中心差分法所確定的速度精度將高于原始多普勒頻移法。但是，如果載體速度變化比較大，原始多普勒頻移法所確定的速度精度將優(yōu)于位置中心差分法和載波相位中心差分法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于GPS測速系統(tǒng)利用載波相位中心值的多普勒差分補償測速方法，建立靜態(tài)接收基站和載體流動接收站，利用靜態(tài)基站接
5收數(shù)據(jù)代入多普勒頻移測速方程求取載波相位中心值的修正量，再將基站的載波相位中心修正值、載體的位置坐標參數(shù)和當前歷元載波相位中心值代入多普勒頻移測速方程差分補償求取載體的速度。本發(fā)明提出一種利用載波相位中心值的多普勒差分補償測速方法，具體包括以下幾個步驟步驟一 C/A碼粗解靜態(tài)接收基站和載體流動接收站位置坐標(1)建立由靜態(tài)接收基站和載體流動接收站組成的GPS測速系統(tǒng)，分別利用靜態(tài)接收基站和載體流動接收站接收觀測報文中的C/A碼數(shù)據(jù)粗解靜態(tài)接收基站和載體坐標參數(shù)；完成觀測接收報文中載波相位觀測值對C/A碼偽距數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)平滑處理，抑制C/A 碼偽距數(shù)據(jù)信號的多徑誤差，平滑C/A碼偽距數(shù)據(jù)。(2)進行靜態(tài)接收基站和載體流動接收站的粗略定位
權利要求
1. 一種利用載波相位中心值的多普勒差分補償測速方法，其特征在于具體包括以下幾個步驟步驟一 C/A碼粗解靜態(tài)接收基站和載體流動接收站位置坐標(1)建立由靜態(tài)接收基站和載體流動接收站組成的GPS測速系統(tǒng)，分別利用靜態(tài)接收基站和載體流動接收站接收觀測報文中的C/A碼數(shù)據(jù)粗解靜態(tài)接收基站和載體坐標參數(shù)； 完成觀測接收報文中載波相位觀測值對C/A碼偽距數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)平滑處理，抑制C/A碼偽距數(shù)據(jù)信號的多徑誤差，平滑C/A碼偽距數(shù)據(jù)；(2)進行靜態(tài)接收基站和載體流動接收站的粗略定位Pi =^(X-Xs)2 +(Y-Ys)2+(Z-Zs)2 +C-At(1)其中P ^為第j顆衛(wèi)星到載體流動接收站的偽距觀測量；(X，Y，Z)為載體流動接收站的地心地固坐標系三維坐標位置；(Xs，r, Zs)為第S顆衛(wèi)星在地心地固坐標系中的三維坐標位置；C為光速；At為載體流動接收站鐘差；當載體流動接收站天線同時接收到四顆以上的衛(wèi)星信號時，將每顆衛(wèi)星到載體流動接收站偽距數(shù)據(jù)代入公式(1)，聯(lián)立4個以上方程，解得載體流動接收站天線在地心地固坐標系中的位置坐標，利用從地心地固坐標系到當?shù)厮阶鴺讼档霓D(zhuǎn)換矩陣，計算得到當?shù)厮阶鴺讼递d體流動接收站的位置坐標，完成 C/A碼粗解靜態(tài)接收基站和載體流動接收站位置坐標；步驟二 多普勒頻移測速多普勒頻移值fd等于信號接收頻率f；與發(fā)射頻率f之間的差異fd = fr"f (2)多普勒頻移值fd為_(ν-ν-)·Γ _ (Vj-V)-Zj _-rfd= ~ ~ = ~ = T(3)其中Vs為衛(wèi)星的運行速度；λ為衛(wèi)星發(fā)射載波信號波長；V為載體流動接收站的速度； 衛(wèi)星S到載體流動接收站處觀測矢量的長度為Z = 4(x-XfHy-yfHzs-zf，衛(wèi)星到載體流'K1xs-x動接收站處的單位觀測矢量為〃=1 _ rsys-yKZs-Z；載體流動接收站相對于衛(wèi)星的運行速度(v-vs)與單位觀測矢量Γ的點積等于載體流動接收站向衛(wèi)星靠近的距離變化率-,+_，，代表衛(wèi)星與載體流動接收站之間的幾何距離r對時間的導數(shù)； 偽距觀測方程式為Pn =r" +Str +Stn +Γ +Τ" +ε"ρ(4)其中，P η是第η顆衛(wèi)星到載體流動接收站的偽距觀測值；rn是第η顆衛(wèi)星到載體流動接收站的真實幾何距離；δ tr是載體流動接收站鐘差；δ tn是第η顆衛(wèi)星的鐘差；In是第η 顆衛(wèi)星信號到載體流動接收站傳播路徑上的電離層延時量；Τη是第η顆衛(wèi)星信號到載體流動接收站傳播路徑上的對流層延時量為誤差總和； 將偽距觀測方程式對時間求導，得到 jDl = r" + Sfr -δ/" + " + Τ" +ερ(5)其中，P"是第η顆衛(wèi)星到載體流動接收站偽距觀測值的變化率；δ f；是未知的接收機時鐘頻漂；S fn是第η顆衛(wèi)星的時鐘頻漂；電離層延時變化率和對流層延時變化率”忽略不計；第η顆衛(wèi)星與載體流動接收站之間的幾何距離變化率廣與載體流動接收站相對衛(wèi)星的運行速度(V-Vn)之間的關系為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用載波相位中心值的多普勒差分補償測速方法，包括步驟一C/A碼粗解靜態(tài)接收基站和載體流動接收站位置坐標步驟二多普勒頻移測速步驟三利用載波相位中心值進行差分補償。速度的測量基于載波相位數(shù)據(jù)，且利用靜態(tài)接收基站接收數(shù)據(jù)進行差分補償載體流動接收站，有效地消除了靜態(tài)接收基站和載體流動接收站共有的星歷誤差和大氣傳輸誤差所引起的速度偏差，因此測速精度很高。
文檔編號G01S19/52GK102253399SQ20111011491
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權日2011年5月5日
發(fā)明者黨超, 單志明, 呂東澤, 周宇, 徐定杰, 李志強, 沈鋒, 王兆龍, 蓋猛, 賀瑞, 陳陽 申請人:哈爾濱工程大學