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CN102305935B - 多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法和系统 - Google Patents

多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法和系统 Download PDF

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CN102305935B
CN102305935B CN 201110211258 CN201110211258A CN102305935B CN 102305935 B CN102305935 B CN 102305935B CN 201110211258 CN201110211258 CN 201110211258 CN 201110211258 A CN201110211258 A CN 201110211258A CN 102305935 B CN102305935 B CN 102305935B
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CN
China
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陈涤非
夏华龙
沈莉
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SHANGHAI AIWEI AEROSPACE ELECTRONIC CO Ltd
China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Original Assignee
SHANGHAI AIWEI AEROSPACE ELECTRONIC CO Ltd
China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
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Abstract

本发明公开了多卫星导航星基增强系统(SBAS)提高定位精度的方法和系统，可用于全球导航卫星系统(GNSS)接收机的定位运算，提高定位精度。其技术方案为：对多个星基增强系统的快速改正信息、长期误差改正信息、电离层延迟改正值进行数据融合，以数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与卫星导航系统的定位运算，来提高多卫星导航星基增强系统下的GNSS接收机的定位精度。

Description

多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种卫星导航的提高定位精度的计算方法，尤其涉及利用多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法和系统。
背景技术
卫星导航星基增强系统(SBAS)属于卫星导航广域增强系统中的一种，它通过地球同步卫星(GEO)将卫星导航系统的误差改正值和完好性数据播发给全球导航卫星(GNSS)接收机，GNSS接收机利用这些误差改正值对接收机的观测量进行修正，以消除这些误差对定位结果的影响，提高卫星导航定位的精度。
星基增强系统播发的卫星导航系统的误差改正值包括以下几个方面：
1)导航卫星星历误差改正值；
2)导航卫星星钟误差改正值；
3)导航卫星信号的电离层垂直传播延迟。
目前已经得到应用的星基增强系统包括美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(对地导航重叠服务)、日本的MSAS(多功能导航增强系统)和我国的SNAS(基于北斗GEO卫星播发增强信号的卫星导航增强系统)。还有一些星基增强系统在建设中，如印度的GAGAN(GEO增强导航系统)等。
亚太地区用户可接收到多个星基增强系统的信号，但目前一般采用单个星基增强系统播发的数据对GNSS接收机的定位运算进行修正。由于星基增强系统采用的广域增强技术不要求用户GNSS接收机与基准站之间保持严格的时空相关性要求，因此对多星基增强系统播发的数据进行融合优化成为可能。
星基增强系统为获得卫星导航系统的误差改正值，建立了地面观测网；不同星基增强系统的地面观测网覆盖区域不同，观测的区域也不同，导致的结果是，不同的星基增强系统在其观测的区域可以提供更好的误差改正值，特别是在电离层观测方面，需要区域的长期历史数据的积累和分析。例如日本的MSAS系统对其上空的电离层观测较好，而印度的GAGAN系统对东南亚和印度洋上空的电离层观测较好。不同星基增强系统发布的改正值的精度呈区域性分布。
国际GNSS服务组织IGS提供事后的高精度导航卫星星历、卫星星钟误差和电离层延迟，可对各个星基增强系统播发的卫星导航系统的误差改正值进行事后检验，所产生的误差统计值可作为该星基增强系统播发数据可信度的依据之一。
发明内容
本发明的目的在于改进解决上述问题，提供一种多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法，通过多星基增强系统数据融合，使用融合优化后数据，用于GNSS接收机的位置计算，提高定位精度。
本发明的另一目的在于提供一种多星基增强系统提高定位精度的系统。
本发明的技术方案为：一种多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法，包括以下步骤：
(1)接收多个星基增强系统的快速改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述快速改正信息的数据融合，其中，PRCf合为该编号卫星融合后的伪距改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，PRCfi为第i个星基增强系统中该编号卫星的伪距改正值，ki为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围为0～1且k1+k2+...+kn＝1，并且ki根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的用户差分距离误差指示UDREIi确定，即：当UDREIi＝14、15时或者该编号卫星空缺，ki＝0，否则ki与UDREIi成反比；
(2)接收多个星基增强系统的长期误差改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000022
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴改正值数据融合，其中：
δx合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，δxi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴改正值；
aibi为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围0～1，且a1b1+a2b2+...+anbn＝1，并且ai根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的相应数据可用性确定，即：当数据不可用或者该编号卫星空缺时，ai＝0，否则ai＝1；bi取ai为1的个数总和之倒数；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴改正值数据融合，其中：δy合为该编号卫星融合后的卫星位置y轴改正值，δyi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000032
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴改正值数据融合，其中：δz合为该编号卫星融合后的卫星位置z轴改正值，δzi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000033
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴速度改正值数据融合，其中：δx′合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴速度改正值，δx′i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000034
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴速度改正值数据融合，其中：δy′合为该编号卫星融合后的卫星位置y轴速度改正值，δy′i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000041
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴速度改正值数据融合，其中：δz′合为该编号卫星融合后的卫星位置z轴速度改正值，δz′i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟偏改正值数据融合，其中：δαf0合为该编号卫星融合后的卫星钟偏改正值，δαf0i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟偏改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000043
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟漂改正值数据融合，其中：δαf1合为该编号卫星融合后的卫星钟漂改正值，δαf1i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟漂改正值，n和aibi的意义同上；
(3)接收多个星基增强系统的电离层格网点排序信息和电离层延迟改正值的报文，使用公式：
Figure BDA0000078716980000044
进行所述电离层延迟改正值的数据融合，其中：
VDi合为融合后的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，VDij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，
kijlij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值，其取值范围为0～1，且ki1li1+ki2li2+...+kinlin＝1，并且kij取值与第j个星基增强系统播发的第i个电离层格网点的电离层格网延迟误差GIVE成反比，lij＝1/n；
(4)以数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与卫星导航系统的定位运算。
上述的多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法，其中在步骤(2)中，所述第i个星基增强系统中的编号卫星的数据参与数据融合的加权值aibi，其中的bi根据第i个星基增强系统中该编号卫星的相应数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度导航卫星星历和卫星钟差数据之间的误差统计值确定，bi取值与该误差统计值成反比；
在步骤(3)中，所述第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值kijlij，其中的lij根据第j个星基增强系统的第i个电离层格网点电离层延迟改正值与国际GNSS服务组织IGS提供的电离层延迟数据之间的误差统计值确定，lij取值与该误差统计值成反比。
本发明还揭示了一种多卫星导航星基增强系统提高定位精度的系统，包括以下模块：
(1)快速改正信息数据融合模块，接收多个星基增强系统的快速改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000051
进行所述快速改正信息的数据融合，其中，PRCf合为该编号卫星融合后的伪距改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，PRCfi为第i个星基增强系统中该编号卫星的伪距改正值，ki为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围为0～1且k1+k2+...+kn＝1，并且ki根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的用户差分距离误差指示UDREIi确定，即：当UDREIi＝14、15时或者该编号卫星空缺，ki＝0，否则ki与UDREIi成反比；
(2)长期误差改正信息数据融合模块，接收多个星基增强系统的长期误差改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴改正值数据融合，其中：
δx合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，δxi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴改正值；
aibi为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围0～1，且a1b1+a2b2+...+anbn＝1，并且ai根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的相应数据可用性确定，即：当数据不可用或者该编号卫星空缺时，ai＝0，否则ai＝1；bi取ai为1的个数总和之倒数；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000061
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴改正值数据融合，其中：δy合为该编号卫星融合后的卫星位置y轴改正值，δyi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000062
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴改正值数据融合，其中：δz合为该编号卫星融合后的卫星位置z轴改正值，δzi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000063
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴速度改正值数据融合，其中：δx′合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴速度改正值，δx′i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure BDA0000078716980000064
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴速度改正值数据融合，其中：δy′合为该编号卫星融合后的卫星位置y轴速度改正值，δy′i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴速度改正值数据融合，其中：δz′合为该编号卫星融合后的卫星位置z轴速度改正值，δz′i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟偏改正值数据融合，其中：δαf0合为该编号卫星融合后的卫星钟偏改正值，δαf0i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟偏改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟漂改正值数据融合，其中：δαf1合为该编号卫星融合后的卫星钟漂改正值，δαf1i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟漂改正值，n和aibi的意义同上；
(3)电离层延迟改正值数据融合模块，接收多个星基增强系统的电离层格网点排序信息和电离层延迟改正值的报文，使用公式：
Figure BDA0000078716980000073
进行所述电离层延迟改正值的数据融合，其中：
VDi合为融合后的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，VDij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，
kijlij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值，其取值范围为0～1，且ki1li1+ki2li2+...+kinlin＝1，并且kij取值与第j个星基增强系统播发的第i个电离层格网点的电离层格网延迟误差GIVE成反比，lij＝1/n；
(4)定位运算模块，以数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与卫星导航系统的定位运算。
上述的多卫星导航星基增强系统提高定位精度的系统，在长期误差改正信息数据融合模块中，所述第i个星基增强系统中的编号卫星的数据参与数据融合的加权值aibi，其中的bi根据第i个星基增强系统中该编号卫星的相应数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度导航卫星星历和卫星钟差数据之间的误差统计值确定，bi取值与该误差统计值成反比；
在电离层延迟改正值数据融合模块中，所述第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值kijlij，其中的lij根据第j个星基增强系统的第i个电离层格网点电离层延迟改正值与国际GNSS服务组织IGS提供的电离层延迟数据之间的误差统计值确定，lij取值与该误差统计值成反比。
上述的多卫星导航星基增强系统提高定位精度的系统，所述快速改正信息数据融合模块、长期误差改正信息数据融合模块、电离层延迟改正值数据融合模块和定位运算模块具有多种配置运行方式，包括：
(1)所述快速改正信息数据融合模块、长期误差改正信息数据融合模块、电离层延迟改正值数据融合模块和定位运算模块，配置于每个用户端GNSS接收机并在其上运行；
(2)所述快速改正信息数据融合模块、长期误差改正信息数据融合模块和电离层延迟改正值数据融合模块为所有用户共用，所述数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值通过无线或有线的通信链路向所有用户广播，每个用户端GNSS接收机配置并运行定位运算模块，以接收到的所述数据融合后的伪距改正值、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与定位运算。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明对多个星基增强系统的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值进行数据融合，并采用这些融合数据参与定位运算，能有效提高GNSS接收机的定位精度。
附图说明
图1示出了本发明的多星基增强系统提高定位精度的方法的实施例的流程图。
图2示出了本发明的多星基增强系统提高定位精度的系统的实施例的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法的实施例
图1示出了本发明的多星基增强系统提高定位精度的方法的实施例的流程。请参见图1，本实施例的方法的各个步骤详述如下。
步骤S10：接收多个星基增强系统的快速改正信息的报文，对每个编号卫星数据融合计算PRCf合。
接收快速改正信息的报文，即美国联邦航空管理局FAA E-2892B中规定的2～5、24等类型的报文，从中提取每个编号卫星的伪距改正值(PRCf)和用户差分距离误差指示(UDREI)。
在对多个星基增强系统的数据融合处理中，对某号卫星进行伪距改正值数据融合的公式为：
Figure BDA0000078716980000091
其中，PRCf合为该编号卫星融合后的伪距改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，PRCfi为第i个星基增强系统中该编号卫星的伪距改正值，ki为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围为0～1且k1+k2+...+kn＝1，并且ki根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的用户差分距离误差指示UDREIi确定，即：当UDREIi＝14、15时或者该编号卫星空缺，ki＝0，否则ki与UDREIi成反比。
为了使ki同时满足上述条件，具体计算时应对ki作归一化处理。例如：
当n＝3，k1＝1、k2＝1/3、k3＝1/12时，
有k1+k2+k3＝1+1/3+1/12＝17/12，于是归一化后的ki：
k1＝1/(12/17)＝12/17；
k2＝(1/3)/(12/17)＝4/17；
k3＝(1/12)/(12/17)＝1/17。
步骤S12：接收多个星基增强系统的长期误差改正信息的报文，对每个编号卫星数据融合计算δx合、δy合、δz合、δx′合、δy′合、δz′合、δαf0合、δαf1合。
接收长期误差改正信息的报文，即接收FAA E-2892B中规定的24、25等类型的报文，从中提取每个编号卫星的卫星位置x轴改正值(δx)、卫星位置y轴改正值(δy)、卫星位置z轴改正值(δz)、卫星位置x轴改正值变化率(δx′)、卫星位置y轴改正值变化率(δy′)、卫星位置z轴改正值变化率(δz′)、卫星钟差改正值(δαf0)、卫星钟漂改正值(δαf1)和可用性信息。
在对多个星基增强系统的数据融合的处理中，对某号卫星进行卫星位置x轴改正值数据融合的公式为：
Figure BDA0000078716980000101
其中：
δx合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，δxi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴改正值；
aibi为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围0～1，且a1b1+a2b2+...+anbn＝1，并且ai根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的相应数据可用性确定，即：当数据不可用或者该编号卫星空缺时，ai＝0，否则ai＝1；bi取ai为1的个数总和之倒数，即每个可用的星基增强系统数据参与数据融合的加权值取相同的平均值。这是bi在实施时的一种取值方法。
bi取值在实施时还可采用另一种方法。国际GNSS服务组织IGS提供事后的高精度导航卫星星历、卫星星钟误差和电离层延迟，可对各个星基增强系统播发的卫星导航系统的误差改正值进行事后检验，所产生的误差统计值可作为bi取值的依据。即bi根据第i个星基增强系统中该编号卫星的相应数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度导航卫星星历和卫星钟差数据之间的误差统计值确定，bi取值与该误差统计值成反比。误差统计值事先保存在存储器中，并可定期或不定期更新。这样，bi取值与星基增强系统播发数据可信度挂钩，更能提高系统定位精度。
为了使aibi同时满足取值范围0～1，且a1b1+a2b2+...+anbn＝1等条件，具体计算时应对aibi作归一化处理。处理时将aibi结果作为一个数，套用步骤S10的ki的归一化例子即可。例如：
若n＝4，a1b1＝0.02，a2b2＝0.05，a3b3＝0.07，a4b4＝0.01，有：
0.02+0.05+0.07+0.01＝0.15，于是归一化后的aibi为：
a1b1＝0.02/0.15＝2/15，
a2b2＝0.05/0.15＝5/15，
a3b3＝0.07/0.15＝7/15，
a4b4＝0.01/0.15＝1/15。
对每个编号卫星的卫星位置y轴改正值(δy)、卫星位置z轴改正值(δz)、卫星位置x轴改正值变化率(δx′)、卫星位置y轴改正值变化率(δy′)、卫星位置z轴改正值变化率(δz′)、卫星钟差改正值(δαf0)和卫星钟漂改正值(δαf1)进行数据融合的方法与上述卫星位置x轴改正值数据融合的方法类似，代入公式的变量数据改为与因变量相应的数据即可。
步骤S14：接收多个星基增强系统的电离层格网点排序信息和电离层延迟改正值的报文，对电离层格网点的电离层延迟改正值数据融合计算VDi合。
在接收多个星基增强系统的电离层格网点的排序信息的步骤中，接收FAAE-2892B中规定的18等类型的报文。由于星基增强系统预先对电离层格网点(IGP)进行了定义和编号，形成电离层格网点的位置表，包括11个带(编号0～10)，其中在纬度N55～S55之间的区域，IGP的间隔为5°，在纬度N55～N85和S55～S85之间的区域，IGP的间隔为10°(详见FAA E-2892B)。上述的信息在电离层格网点排序信息(IGPM)的报文中播放。接收的电离层格网点的位置表保存在存储器中，不需要反复接收。
在接收多个星基增强系统的电离层延迟改正值的步骤中，接收FAA E-2892B中规定的26等类型的报文，提取第i个电离层格网点(IGPi)的电离层延迟改正值(记为VDi)和电离层格网延迟误差(记为GIVE)。
在对多个星基增强系统的数据融合的处理中，对第i个电离层格网点的电离层延迟改正值数据融合的公式为：
Figure BDA0000078716980000111
其中：
VDi合为融合后的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，VDij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，
kijlij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值，其取值范围为0～1，且ki1li1+ki2li2+...+kinlin＝1，并且kij取值与第j个星基增强系统播发的第i个电离层格网点的电离层格网延迟误差GIVE成反比；而lij取值1/n，即每个可用的星基增强系统数据参与数据融合的加权值取相同的平均值。这是lij在实施时的一种取值方法。
如同步骤S12，lij取值在实施时还可采用另一种方法。国际GNSS服务组织IGS提供事后的高精度导航卫星星历、卫星星钟误差和电离层延迟，可对各个星基增强系统播发的卫星导航系统的误差改正值进行事后检验，所产生的误差统计值可作为lij取值的依据。即lij根据第j个星基增强系统中第i个电离层格网点电离层延迟数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度电离层延迟数据之间的误差统计值确定，lij取值与该误差统计值成反比。误差统计值事先保存在存储器中，并可定期或不定期更新。这样，lij取值与星基增强系统播发数据可信度挂钩，更能提高系统定位精度。
为了使kijlij同时满足取值范围0～1，且ki1li1+ki2li2+...+kinlin＝1等条件，具体计算时应对kijlij作归一化处理。处理时将kijlij结果作为一个数，套用步骤S12的aibi的归一化例子即可。
步骤S16：以上述数据融合的计算结果参与并完成卫星导航系统的定位运算。
用上述数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与并完成卫星导航系统的定位运算，以有效提高GNSS接收机的定位精度。
多卫星导航星基增强系统提高定位精度的系统的实施例
图2示出了本发明的的多星基增强系统提高定位精度的系统的实施例结构图。请参见图2，本实施例的系统包括：快速改正信息数据融合模块10、长期误差改正信息数据融合模块12、电离层延迟改正值数据融合模块14和定位运算模块16。各模块完成的工作详述如下。
快速改正信息数据融合模块10：接收多个星基增强系统的快速改正信息的报文，对每个编号卫星数据融合计算PRCf合。
接收快速改正信息的报文，即FAA E-2892B中规定的2～5、24等类型的报文，从中提取每个编号卫星的伪距改正值(PRCf)和用户差分距离误差指示(UDREI)。
在对多个星基增强系统的数据融合处理中，对某号卫星进行伪距改正值数据融合的公式为：
其中，PRCf合为该编号卫星融合后的伪距改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，PRCfi为第i个星基增强系统中该编号卫星的伪距改正值，ki为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围为0～1且k1+k2+...+kn＝1，并且ki根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的用户差分距离误差指示UDREIi确定，即：当UDREIi＝14、15时或者该编号卫星空缺，ki＝0，否则ki与UDREIi成反比。
为了使ki同时满足上述条件，具体计算时应对ki作归一化处理。例如：
当n＝3，k1＝1、k2＝1/3、k3＝1/12时，
有k1+k2+k3＝1+1/3+1/12＝17/12，于是归一化后的ki：
k1＝1/(12/17)＝12/17；
k2＝(1/3)/(12/17)＝4/17；
k3＝(1/12)/(12/17)＝1/17。
长期误差改正信息数据融合模块12：接收多个星基增强系统的长期误差改正信息的报文，对每个编号卫星数据融合计算δx合、δy合、δz合、δx′合、δy′合、δz′合、δαf0合、δαf1合。
接收长期误差改正信息的报文，即接收FAA E-2892B中规定的24、25等类型的报文，从中提取每个编号卫星的卫星位置x轴改正值(δx)、卫星位置y轴改正值(δy)、卫星位置z轴改正值(δz)、卫星位置x轴改正值变化率(δx′)、卫星位置y轴改正值变化率(δy′)、卫星位置z轴改正值变化率(δz′)、卫星钟差改正值(δαf0)、卫星钟漂改正值(δαf1)和可用性信息。
在对多个星基增强系统的数据融合的处理中，对某号卫星进行卫星位置x轴改正值数据融合的公式为：
Figure BDA0000078716980000132
其中：
δx合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，δxi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴改正值；
aibi为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围0～1，且a1b1+a2b2+...+anbn＝1，并且ai根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的相应数据可用性确定，即：当数据不可用或者该编号卫星空缺时，ai＝0，否则ai＝1；bi取ai为1的个数总和之倒数，即每个可用的星基增强系统数据参与数据融合的加权值取相同的平均值。这是bi在实施时的一种取值方法。
bi取值在实施时还可采用另一种方法。国际GNSS服务组织IGS提供事后的高精度导航卫星星历、卫星星钟误差和电离层延迟，可对各个星基增强系统播发的卫星导航系统的误差改正值进行事后检验，所产生的误差统计值可作为bi取值的依据。即bi根据第i个星基增强系统中该编号卫星的相应数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度导航卫星星历和卫星钟差数据之间的误差统计值确定，bi取值与该误差统计值成反比。误差统计值事先保存在存储器中，并可定期或不定期更新。这样，bi取值与星基增强系统播发数据可信度挂钩，更能提高系统定位精度。
为了使aibi同时满足取值范围0～1，且a1b1+a2b2+...+anbn＝1等条件，具体计算时应对aibi作归一化处理。处理时将aibi结果作为一个数，套用步骤S10的ki的归一化例子即可。例如：
若n＝4，a1b1＝0.02，a2b2＝0.05，a3b3＝0.07，a4b4＝0.01，有：
0.02+0.05+0.07+0.01＝0.15，于是归一化后的aibi为：
a1b1＝0.02/0.15＝2/15，
a2b2＝0.05/0.15＝5/15，
a3b3＝0.07/0.15＝7/15，
a4b4＝0.01/0.15＝1/15。
对每个编号卫星的卫星位置y轴改正值(δy)、卫星位置z轴改正值(δz)、卫星位置x轴改正值变化率(δx′)、卫星位置y轴改正值变化率(δy′)、卫星位置z轴改正值变化率(δz′)、卫星钟差改正值(δαf0)和卫星钟漂改正值(δαf1)进行数据融合的方法与上述卫星位置x轴改正值数据融合的方法类似，代入公式的变量数据改为与因变量相应的数据即可。
电离层延迟改正值数据融合模块14：接收多个星基增强系统的电离层格网点排序信息和电离层延迟改正值的报文，对电离层格网点的电离层延迟改正值数据融合计算VDi合。
在接收多个星基增强系统的电离层格网点的排序信息的工作中，接收FAAE-2892B中规定的18等类型的报文。由于星基增强系统预先对电离层格网点(IGP)进行了定义和编号(详见FAA E-2892B)，在电离层格网点排序信息(IGPM)的报文中播放。接收的电离层格网点的位置表保存在存储器中，不需要反复接收。
在接收多个星基增强系统的电离层延迟改正值的工作中，接收FAA E-2892B中规定的26等类型的报文，提取第i个电离层格网点(IGPi)的电离层延迟改正值(记为VDi)和电离层格网延迟误差(记为GIVE)。
在对多个星基增强系统的数据融合的处理中，对第i个电离层格网点的电离层延迟改正值数据融合的公式为：
其中：
VDi合为融合后的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，VDij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，
kijlij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值，其取值范围为0～1，且ki1li1+ki2li2+...+kinlin＝1，并且kij取值与第j个星基增强系统播发的第i个电离层格网点的电离层格网延迟误差GIVE成反比；而lij取值1/n，即每个可用的星基增强系统数据参与数据融合的加权值取相同的平均值。这是lij在实施时的一种取值方法。
如同模块12，lij取值在实施时还可采用另一种方法。国际GNSS服务组织IGS提供事后的高精度导航卫星星历、卫星星钟误差和电离层延迟，可对各个星基增强系统播发的卫星导航系统的误差改正值进行事后检验，所产生的误差统计值可作为lij取值的依据。即lij根据第j个星基增强系统中第i个电离层格网点电离层延迟数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度电离层延迟数据之间的误差统计值确定，lij取值与该误差统计值成反比。误差统计值事先保存在存储器中，并可定期或不定期更新。这样，lij取值与星基增强系统播发数据可信度挂钩，更能提高系统定位精度。
为了使kijlij同时满足取值范围0～1，且ki1li1+ki2li2+...+kinlin＝1等条件，具体计算时应对kijlij作归一化处理。处理时将kijlij结果作为一个数，套用模块12的aibi的归一化例子即可。
定位运算模块16：以上述数据融合的计算结果参与并完成卫星导航系统的定位运算。用上述数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与并完成卫星导航系统的定位运算，以有效提高GNSS接收机的定位精度。
上述的快速改正信息数据融合模块10、长期误差改正信息数据融合模块12、电离层延迟改正值数据融合模块14和定位运算模块16可以有多种配置运行的实施方式：
一种实施方式是，快速改正信息数据融合模块10、长期误差改正信息数据融合模块12、电离层延迟改正值数据融合模块14和定位运算模块16，配置于每个用户端GNSS接收机并在其上运行。
另一种实施方式是，快速改正信息数据融合模块10、长期误差改正信息数据融合模块12和电离层延迟改正值数据融合模块14为所有用户共用，配置运行于类似基站的系统端，数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值通过无线或有线的通信链路向所有用户广播，每个用户端GNSS接收机配置并运行定位运算模块16，以接收到的数据融合后的伪距改正值、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与并完成定位运算。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的发明范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (5)

1.一种多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接收多个星基增强系统的快速改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000011
进行所述快速改正信息的数据融合，其中，PRCf合为该编号卫星融合后的伪距改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，PRCfi为第i个星基增强系统中该编号卫星的伪距改正值，ki为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围为0～1且k1+k2+…+kn＝1，并且ki根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的用户差分距离误差指示UDREIi确定，即：当UDREIi＝14、15时或者该编号卫星空缺，ki＝0，否则ki与UDREIi成反比；
(2)接收多个星基增强系统的长期误差改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000012
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴改正值数据融合，其中：
δx合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，δxi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴改正值；
aibi为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围0～1，且a1b1+a2b2+…anbn＝1，并且ai根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的相应数据可用性确定，即：当数据不可用或者该编号卫星空缺时，ai＝0，否则ai＝1；bi取ai为1的个数总和之倒数；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴改正值数据融合，其中：δy合为该编号卫星融合后的卫星位置y轴改正值，δyi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000021
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴改正值数据融合，其中：δz合为该编号卫星融合后的卫星位置z轴改正值，δzi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000022
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴速度改正值数据融合，其中：
Figure FDA00001977156000023
为该编号卫星融合后的卫星位置x轴速度改正值，为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000025
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴速度改正值数据融合，其中：为该编号卫星融合后的卫星位置y轴速度改正值，
Figure FDA00001977156000027
为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000028
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴速度改正值数据融合，其中：
Figure FDA00001977156000029
为该编号卫星融合后的卫星位置z轴速度改正值，
Figure FDA000019771560000210
为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA000019771560000211
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟偏改正值数据融合，其中：δαf0合为该编号卫星融合后的卫星钟偏改正值，δαf0i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟偏改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000031
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟漂改正值数据融合，其中：δαf1合为该编号卫星融合后的卫星钟漂改正值，δαf1i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟漂改正值，n和aibi的意义同上；
(3)接收多个星基增强系统的电离层格网点排序信息和电离层延迟改正值的报文，使用公式：
进行所述电离层延迟改正值的数据融合，其中：
VDi合为融合后的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，VDij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，
kijlij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值，其取值范围为0～1，且ki1li1+ki2li2+…+kinlin＝1，并且kij取值与第j个星基增强系统播发的第i个电离层格网点的电离层格网延迟误差GIVE成反比，lij＝1/n；
(4)以数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与卫星导航系统的定位运算。
2.根据权利要求1所述的多卫星导航星基增强系统提高定位精度的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述第i个星基增强系统中的编号卫星的数据参与数据融合的加权值aibi，其中的bi采用另一种取值方式：根据第i个星基增强系统中该编号卫星的相应数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度导航卫星星历和卫星钟差数据之间的误差统计值确定，bi取值与该误差统计值成反比；
在步骤(3)中，所述第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值kijlij，其中的lij采用另一种取值方式：根据第j个星基增强系统的第i个电离层格网点电离层延迟改正值与国际GNSS服务组织IGS提供的电离层延迟数据之间的误差统计值确定，lij取值与该误差统计值成反比。
3.一种多卫星导航星基增强系统提高定位精度的系统，其特征在于，包括以下模块：
(1)快速改正信息数据融合模块，接收多个星基增强系统的快速改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述快速改正信息的数据融合，其中，PRCf合为该编号卫星融合后的伪距改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，PRCfi为第i个星基增强系统中该编号卫星的伪距改正值，ki为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围为0～1且k1+k2+…+kn＝1，并且ki根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的用户差分距离误差指示UDREIi确定，即：当UDREIi＝14、15时或者该编号卫星空缺，ki＝0，否则ki与UDREIi成反比；
(2)长期误差改正信息数据融合模块，接收多个星基增强系统的长期误差改正信息的报文，对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000042
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴改正值数据融合，其中：
δx合为该编号卫星融合后的卫星位置x轴改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，δxi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴改正值；
aibi为第i个星基增强系统中该编号卫星的数据参与数据融合的加权值，取值范围0～1，且a1b1+a2b2+…anbn＝1，并且ai根据第i个星基增强系统播发的该编号卫星的相应数据可用性确定，即：当数据不可用或者该编号卫星空缺时，ai＝0，否则ai＝1；bi取ai为1的个数总和之倒数；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000043
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴改正值数据融合，其中：δy合为该编号卫星融合后的卫星位置y轴改正值，δyi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴改正值数据融合，其中：δz合为该编号卫星融合后的卫星位置z轴改正值，δzi为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000051
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置x轴速度改正值数据融合，其中：
Figure FDA00001977156000052
为该编号卫星融合后的卫星位置x轴速度改正值，为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置x轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置y轴速度改正值数据融合，其中：
Figure FDA00001977156000055
为该编号卫星融合后的卫星位置y轴速度改正值，
Figure FDA00001977156000056
为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置y轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA00001977156000057
进行所述长期误差改正信息中的卫星位置z轴速度改正值数据融合，其中：
Figure FDA00001977156000058
为该编号卫星融合后的卫星位置z轴速度改正值，
Figure FDA00001977156000059
为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星位置z轴速度改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
Figure FDA000019771560000510
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟偏改正值数据融合，其中：δαf0合为该编号卫星融合后的卫星钟偏改正值，δαf0i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟偏改正值，n和aibi的意义同上；
对每个编号卫星数据使用公式：
进行所述长期误差改正信息中的卫星钟漂改正值数据融合，其中：δαf1合为该编号卫星融合后的卫星钟漂改正值，δαf1i为第i个星基增强系统中该编号卫星的卫星钟漂改正值，n和aibi的意义同上；
(3)电离层延迟改正值数据融合模块，接收多个星基增强系统的电离层格网点排序信息和电离层延迟改正值的报文，使用公式：
进行所述电离层延迟改正值的数据融合，其中：
VDi合为融合后的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，n为接收到的星基增强系统的总数，VDij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值，
kijlij为第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值，其取值范围为0～1，且ki1li1+ki2li2+…+kinlin＝1，并且kij取值与第j个星基增强系统播发的第i个电离层格网点的电离层格网延迟误差GIVE成反比，lij＝1/n；
(4)定位运算模块，以数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与卫星导航系统的定位运算。
4.根据权利要求3所述的多卫星导航星基增强系统提高定位精度的系统，其特征在于，在长期误差改正信息数据融合模块中，所述第i个星基增强系统中的编号卫星的数据参与数据融合的加权值aibi，其中的bi采用另一种取值方式：根据第i个星基增强系统中该编号卫星的相应数据与国际GNSS服务组织IGS提供的高精度导航卫星星历和卫星钟差数据之间的误差统计值确定，bi取值与该误差统计值成反比；
在电离层延迟改正值数据融合模块中，所述第j个星基增强系统的第i个电离层格网点的电离层延迟改正值的加权值kijlij，其中的lij采用另一种取值方式：根据第j个星基增强系统的第i个电离层格网点电离层延迟改正值与国际GNSS服务组织IGS提供的电离层延迟数据之间的误差统计值确定，lij取值与该误差统计值成反比。
5.根据权利要求3或4所述的多卫星导航星基增强系统提高定位精度的系统，其特征在于，所述快速改正信息数据融合模块、长期误差改正信息数据融合模块、电离层延迟改正值数据融合模块和定位运算模块具有多种配置运行方式，包括：
(1)所述快速改正信息数据融合模块、长期误差改正信息数据融合模块、电离层延迟改正值数据融合模块和定位运算模块，配置于每个用户端GNSS接收机并在其上运行；
(2)所述快速改正信息数据融合模块、长期误差改正信息数据融合模块和电离层延迟改正值数据融合模块为所有用户共用，所述数据融合后的快速改正信息、长期误差改正信息和电离层延迟改正值通过无线或有线的通信链路向所有用户广播，每个用户端GNSS接收机配置并运行定位运算模块，以接收到的所述数据融合后的伪距改正值、长期误差改正信息和电离层延迟改正值参与定位运算。
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