試論北斗導航定位系統單點定位中的一種定權方法

張益君

摘 要：當前我國的北斗衛星導航系統在我國范圍內得到了較為廣泛的應用，并在各個領域發揮著重要的作用，但目前北斗衛星導航系統的現有衛星數量相對較少，雖然我國區域定位精度較高，但全球范圍內精度還不夠高，這樣就導致北斗導航定位系統在全球的應用受到一定限制。為減少這種情況的出現，有必要將GPS模型應用其中，這樣不僅可以實現有效控制，還能提升定位精準性。本文將從單點定位定權方法入手，結合北斗測距信號分析，研究單點定位定權方法。

關鍵詞：北斗導航；定位系統單點；定權方法

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

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

1 單點定位定權方法

對于Bancroft算法來說，它是存在于R4維的Lorentz內積中的，也正因如此，Bancroft算法成為導航偽距觀測方程中不可缺少的一部分。同時，在單點定位定權方法下，還包括推導權矩陣，Bancroft算法也是在Lorentz內積準則下獲得相應非線性參數的。以往的計算中就是將偽距測量中的現有信息當做定權矩陣的一部分，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密狀態。然而，在讓偽距觀測方程向Lorentz內積方程轉變的過程中，需要再次對Lorentz內積權矩陣進行必要的推導，這也是有效提高單點定位定權方法的有效措施。

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量的重要依據。通過實證研究可以發現，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，還能最大程度的減少電離層延遲等情況的出現，因此，應重視這兩種組合在北斗測距信號分析中的運用。

3 算例分析與比較

3.1 單點定位定權方法分析

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

在收集了相關數據以后，還要對數據進行處理，所以，采用了三種單點定位方案：第一種方案用最小乘法，其作用是依據偽距觀測值定權；第二種方案是用Bancroft算法，其作用是依靠衛星觀測值定權；第三種方案也是利用Bancroft算法，用推導公式定權。因后面的研究需要用CC組合與MP組合，所以，在數據預處理的過程中，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據，還能準確的記錄出周跳位置。

通過實證研究可以發現，北斗導航系統是一種能夠提供高精度的單點定位系統，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內積下所獲得的定權公式相對于前兩種定權公式更為精準，也可以獲得更好的精度。

3.2 CC組合的運用

為了解北斗測距信號觀測噪聲，繪制了如下圖1所示的偽距標準差。

第一個圖形為GEO，第二個為IGEO，第三個為MEO。通過觀察可以發現，第一個圖形相對穩定，差距也很小，只有PRN1的標準差相對較大，余下兩者的差異較小，總的來說，在該過程中，衛星高度角基本在12度左右；第二個圖形與第三個圖形鎖戰術的偽距標準差相對第一個圖形要大一些，分析后得知這與衛星高度角有一定關系，也與衛星是否處于動態有關，通常情況下，動態衛星會帶來一定的多普勒現象。同時，在研究中還發現，第一種衛星并未發生周跳，而后兩者都出現了不同的周跳，由此可見，第一種衛星數據質量相對于后兩者數據質量高一些。此外，盡管衛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。總的來說，盡管在觀測時間段內盡管北斗衛星之間存在各種各樣的差異，但噪聲標準差數值卻很小，對單點定位精度的影響也不大。

3.3 MP組合的運用

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，通過研究發現，經過改正以后，獲得了以下結論：第一，由于偽距多路徑效益的存在，使得周期性愈加明顯，這與衛星軌道呈現周期性有直接關系，在GEO衛星出現低頻變化以后，IGSO、MEO衛星也出現了一定的高頻變化，這也是其他方案無法比擬的。第二，在多路徑效應經過改正以后，無論哪種方案下的單點定位精度都得以有效提升。第三，隨著多路徑效應改正的實現，新產生的定權公式依然可以有效提升北斗單點定位精度。由此可見，新型定權公式可以最大程度的強化北斗導航定位系統的單點定位精度。

4 結語

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

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