[0001] 本发明涉及卫星导航增强领域，是北斗星基增强系统(BeiDou Satellite Based Augmentation System，BDSBAS)用户定位过程中混合使用单双频增强电文实现用户定位精度提升的方法。

[0002] BDSBAS是我国按照国际标准自主建设的星基增强系统(Satellite Based Augmentation System，SBAS)，通过中国境内分布的监测站，实现对经过我国上空的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的增强，用户使用增强后的导航卫星得以实现定位精度提升与完好性保障。

[0003] BDSBAS通过地球同步静止卫星(Geosynchronous Earth Orbit，GEO)的B1C频点播发单频增强信息，包括慢变改正数(由电文MT24和MT25播发)、快变改正数(由电文MT2～5播发)、电离层格网改正信息(GIVD由电文MT18和MT26播发)及用户差分距离误差索引(UDREI由电文MT2～MT6)、降效参数相关信息(由电文MT7、MT10、MT27和MT28播发)，实现对GPS系统的差分增强。通过B2a频点播发双频增强信息，包括轨道钟差改正数(由电文MT32播发)、双频测距误差(DFREI由电文MT34～36播发)、降效参数信息(由电文MT37播发)，实现对BDS系统的差分增强。

[0004] BDSBAS用户在进行使用过程中一般仅使用单频和双频增强信息中的一种实现自身增强定位。当前，单频增强用户使用被增强的32颗GPS卫星轨道/钟差信息和增强电文中的电离层格网模型，实现定位增强；双频用户使用被增强的28颗北斗三号卫星轨道/钟差增强信息，通过B1C/B2a双频无电离层组合实现定位增强。由于B1C增强点文中的电离层模型精度有限，因而单频增强用户的精度提升有限，而双频用于由于播发B1C和B2a信号的北斗三号卫星偏少，其定位解算的几何构型较差，精度提升不明显。

[0052] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0053] 本发明是一种北斗星基增加混合增强定位方法，具体步骤如图1所示，步骤如下：

[0054] 步骤1：解算时刻t，观测数据、导航电文、BDSBAS增强电文获取

[0055] 在解算时刻t，用户接收机收到n1颗GPS卫星的L1C/A和L2P伪距观测，L1C/A频点导航电文；n2颗BD‑3卫星的B1C和B2a伪距观测，B2a频点导航电文；接收到BDSBAS B1C单频增强电文和B2a双频增强电文，进入步骤2。

[0056] 步骤2：构建伪距双频无电离层组合观测

[0057] GPS卫星L1C/A和L2P构建双频无电离层组合伪距观测；BD‑3卫星B1C和B2a构建双频无电离层组合伪距观测。

[0058] PIF，G，i＝2.547·PL1C/A，i‑1.547·PL2P，i

[0059] PIF，C，j＝2.260·PB1C，j‑1.260·PB2a，j

[0060] 上式中，PL1CA，i为第i颗GPS卫星L1C/A频点的伪距观测值，PL2P，i为第i颗卫星L2P频点的伪距观测值，PB1C，i为第j颗BD‑3卫星B1C频点的伪距观测值，PB2a，j为第j颗BD‑3卫星B2a频点的伪距观测值，PIF，G，i为第i颗GPS卫星的伪距双频无电离层组合观测值，PIF，C，i为第j颗BD‑3卫星的伪距双频无电离层组合观测值。进入步骤3。

[0061] 步骤3：BDSBAS增强电文解析

[0062] 依据RTCA于2016年发布的《Minimum Operational Performance Standards for Global Positioning System/Satellite‑Based Augmentation System Airborne Equipment》(DO‑229E)中附录A中对SBAS单频增强电文描述解析BDSBAS B1C单频增强电文，获得被增强GPS卫星的UDREI(电文类型2，3，4，5)和IOD、慢/快变改正数(电文类型25)。标准中SBAS单频电文信息类型如表1所示。

[0063] 表1 SBAS单频增强电文类型

[0064] 电文类型 电文内容0 SBAS测试
1 伪随机噪声码(Pseudo Random Noise，PRN)掩码
2，3，4，5 快变改正数
6 完好性信息
7 快变改正数降效因子
9 GEO星历
10 降效参数
12 SBAS网络时与UTC时差参数
17 GEO卫星历书
18 电离层格网点掩码
24 混合快/慢变改正数
25 慢变改正数
26 电离层延迟改止数
27 SBAS服务信息
28 轨道/钟差协方差阵
63 空电文

[0065] 依据IWG于2016年发布的《SBAS L5 DFMC Interface Control Document(SBAS L5 DFMC ICD)》中3.2节对SBAS双频增强电文的描述解析BDSBAS B2a双频增强电文，获得被增强BD‑3卫星的DFREI(电文类34，35，36，)和IOD、轨道/钟差改正数(电文类型32)。标准中SBAS双频电文信息类型如表2所示：

[0066] 表2 SBAS双频电文类型

[0067]

[0068] 解析BDSBAS B1C单频增强电文获得k1颗被增强GPS卫星的IOD、UDREI和慢/快边改正数；解析BDSBAS B2a双频增强电文获得k2颗被增强的BD‑3卫星的IOD、DFREI和轨道/钟差改正数。进入步骤4。

[0069] 步骤4：判断所有导航卫星是否循环完毕

[0070] 对接收机观测到的n1颗GPS卫星和n2颗BD‑3卫星的全部PRN号进行循环。若循环完毕，进入步骤11；否则进入步骤5。

[0071] 步骤5：判断该卫星是否存在增强信息

[0072] 判断该卫星的PRN号是否在解析到的单双频增强信息中。若不在，进入步骤9；若在，进入步骤6。

[0073] 步骤6：判断星历IOD是否匹配

[0074] 将该卫星导航电文的IODnav与BDSBAS增强电文的IODsbas进行匹配(取值相等)，GPS卫星L1C/A电文与BDSBAS B1C单频增强电文匹配，BD‑3卫星B2a电文与BDSBAS B2a双频增强电文匹配。若不匹配，进入步骤9；若匹配，进入步骤7。

[0075] 步骤7：判断增强信息是否超时

[0076] 判断该卫星的增强信息是否超时。BDSBAS根据步骤3中国际标准DO‑229E附录A 4.7节，GPS改正信息超时时间如表3所示；根据SBAS L5 DFMC ICD 3.3节，BD‑3改正信息超时时间如表4所示。

[0077] 表3 SBAS单频改正信息超时时间

[0078] 改正信息 超时时间/秒慢变改正数 360
快变改正数 27
UDREI 18

[0079] 表4 SBAS双频改正信息超时时间

[0080] 改正信息 超时时间/秒轨道钟差改正数 180
DFREI 12

[0081] 当前历元时间为t，解析得到的该GPS卫星慢变改正数参考时刻为toflc，快变改正数参考时刻为toffc，UDREI参考时刻为tofUDREI，或BD‑3卫星轨道/钟差改正数参考时刻为tofobt‑clk，DFREI参考时刻为tofDFREI。若t‑tof超过上表对应的该信息的超时时间，则该信息超时，否则未超时。

[0082] 若超时，进入步骤9；若未超时，进入步骤8。

[0083] 步骤8：判断卫星的UDREI/DFREI是否大于等于14

[0084] 判断被增强GPS卫星的UDREI是否大于等于14；若大于等于14，进入步骤9；若小于14，进入步骤10；

[0085] 判断被增强的BD‑3卫星的DFREI是否大于等于14；若大于等于14，进入步骤9；若小于14，进入步骤10；

[0086] 步骤9：卫星标记为“不可用”

[0087] 该卫星被标记为“不可用”，用户定位解算将不使用该卫星。进入步骤4。

[0088] 步骤10：卫星标记为“可用”

[0089] 该卫星被标记为“可用”，用户定位解算将使用该卫星。进入步骤4。

[0090] 步骤11：判断“可用”卫星总数是否大于等于5

[0091] 判断被标记为“可用”的卫星总数是否大于等于5。若小于5，进入步骤1，开始下一历元解算；若大于等于5，进入步骤12。

[0092] 步骤12：使用导航电文计算卫星轨道和钟差

[0093] 使用GPS L1C/A频点导航电文计算GPS卫星轨道钟差；使用BDS B2a频点导航电文计算BD‑3卫星轨道钟差。使用GPS L1C/A频点导航电文计算卫星轨道钟差方法参考GPS信号空间接口规范，使用BDS B2a频点导航电文计算卫星轨道钟差方法参考中国卫星导航系统办公室2017年12月发布的《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号B2a(1.0版)》第7节。进入步骤13。

[0094] 步骤13：BDSBAS轨道/钟差改正

[0095] 使用解析得到的BDSBAS B1C单频增强信息的慢变改正数改正GPS卫星轨道，[0096]

[0097] 上式中， 为ECEF坐标系下经修正后的GPS卫星轨道位置；为L1C/A基本导航电文解算得到的ECEF坐标系下GPS卫星轨道位置；
为BDSBAS单频慢变轨道改正数。

[0098] 使用慢变改正数改正GPS卫星钟差，

[0099] (Δtsv)corrected＝(Δtsv)L1C/A+δafl‑TGDL1C/A+DCBp1c1

[0100] 上式中，(Δtsv)corrected为经修正后的GPS卫星钟差；(Δtsv)L1C/A为L1C/A基本导航电文解算得到的GPS卫星钟差；δafl为BDSBAS单频慢变钟差改正数；TGDL1C/A为L1C/A基本导航电文中的TGD参数；DCBp1c1为GPS L1P(Y)与L1C/A伪距硬件延迟偏差，需用户自行从外部获取。

[0101] 使用快变改正数改正GPS卫星双频无电离层组合伪距，

[0102] PIF，Gcorrected(t)＝PIF，G(t)+PRC(tof)+RRC(tof)×(t‑tof)

[0103] 上式中，t为当前时刻；tof为最近的快变改正数PRC接收时刻；PIF，G(t)为t时刻的双频无电离层伪距；PIF，Gcorrected(t)为t时刻经修正后的双频无电离层伪距；PRC(tof)为tof时刻接收的快变改正数；RRC(tof)为tof时刻用户计算的测距速率改正数。式中RRC(tof)可由下式计算：

[0104]

[0105] 式中tof，prseious为上一次快变改正数PRC的接收时刻。

[0106] 使用解析得到的BDSBAS B2C双频增强信息的轨道/钟差改正数改正BD‑3卫星轨道位置和钟差，

[0107]

[0108] (Δtsv)corrected＝(Δtsv)B2a+δaclk

[0109] 上式中， 为ECEF坐标系下经修正后的BD‑3卫星轨道位置；为B2a基本导航电文解算得到的ECEF坐标系下BD‑3卫星轨道位置；
为BDSBAS双频慢轨道改正数；(Δtsv)corrected为经修正后的BD‑3卫星钟差；
(Δtsv)B2a为B2a基本导航电文解算得到的BD‑3卫星钟差；δaclk为BDSBAS双频钟差改正数；

[0110] 进入步骤14。

[0111] 步骤14：对流层误差修正

[0112] 使用对流层模型修正双频无电离层伪距观测的对流层误差，对流层模型计算方法参考D0‑229E附录A4.2.4节。进入步骤15。

[0113] 步骤15：最小二乘估计用户位置与钟差

[0114] 采用最小二乘法解算用户接收机位置与钟差。经过上述增强信息提取，卫星筛选后，被增强可用GPS卫星为k1颗，k1小于等于n1，被增强可用BDS卫星为k2颗，k2小于等于n2，则经过对流层误差改正后的双频无电离层组合伪距观测残差泰勒展开并保留一阶项如下：

[0115]

[0116] 上式中，ΔPIF，G，i(i＝1...k1)和ΔPIF，C，j(j＝1...k2)分别为经过对流层模型改正后的GPS和BDS双频无电离层组合伪距残差； 和 分别为接收机到GPS和BD‑3卫星的单位视线向量；xr，yr，zr分别为用户接收机在地球固连坐标系中的三轴坐标值；c为真空中的光速；δtr为用户接收机钟差；Δtsys为GPS系统与BDS系统时间偏差；εG，i(i＝1...k1)和εc，j(j＝1...k2)，分别为GPS和BDS的双频无电离层组合伪距噪声。将上式写为矩阵形式如下：

[0117] Z＝H·X+W

[0118] 则使用最小二乘估计，得到当前用户位置、钟差的估计值为：

[0119] X＝inv(HTH)·HTZ

[0120] 其中，inv()为矩阵求逆算子，得到当前历元用户位置信息。进入步骤1，开始下一历元解算。

[0121] 通过上述步骤，本发明详细具体地阐述了一种北斗星基增强混合增强定位方法。该方法具有可操作性，能够明显改善传统BDSBAS增强定位精度提升有限的问题，在BDSBAS用户接收机导航定位算法设计、BDSBAS应用领域拓展、推广方面具有实际价值。