本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航與精密定位，具體為一種北斗大面積海域毫米級高精度定位方法。

背景技術：

1、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)gnss、中國的北斗系統(tǒng)bds，是海洋高精度定位和監(jiān)測的核心，在大型跨海工程毫米級實時監(jiān)測的場景中對衛(wèi)星定位的精度及可靠性的要求很高?，F(xiàn)有gnss技術在提升定位性能上雖取得了重要進展，但在廣闊且環(huán)境復雜的大面積海域，尤其在動態(tài)感知并精細化補償海洋環(huán)境對北斗衛(wèi)星信號傳播的影響，以及在不利海洋工況下保障定位服務的自適應能力等方面，仍存在提升空間。

2、當前，實時動態(tài)差分（rtk）、精密單點定位（ppp）及其增強技術是實現(xiàn)gnss高精度定位的主流。然而，當這些技術在對動態(tài)海洋環(huán)境的毫米級高精度定位時，依然存在一定的挑戰(zhàn)。對于影響毫米級北斗定位的包括潮汐形態(tài)、強涌潮沖擊及局部大氣水汽劇烈變化等復雜海洋環(huán)境，現(xiàn)有方法的實時感知精度與特征參數(shù)提取的有效性尚有不足，這限制了后續(xù)誤差補償?shù)男堋?/p>

3、雖有網(wǎng)絡rtk、ppp-rtk等方案為廣域精密衛(wèi)星定位提供支持，但如何將實時感知的精細化海洋環(huán)境影響特征，包括精確的天線相位中心位移、高精度路徑延遲改正，深度且動態(tài)地融入?yún)f(xié)同衛(wèi)星定位算法核心，在稀疏或動態(tài)海洋基準網(wǎng)絡下確保大面積用戶均能獲得一致的毫米級定位精度，仍是關鍵技術瓶頸。

4、盡管導航系統(tǒng)有多模態(tài)與容錯設計，但當海洋環(huán)境劇變導致北斗衛(wèi)星信號質(zhì)量惡化時，如何實現(xiàn)基于對不利工況的快速智能識別乃至預測的模式切換，并啟動針對該不利工況的更精細和強化的北斗信號傳播誤差補償機制，以最大限度維持定位服務的連續(xù)性并保障精度，相關技術仍需完善。

5、鑒于以上情況，為了克服現(xiàn)有技術在實現(xiàn)北斗大面積海域毫米級高精度衛(wèi)星定位時，尤其是在提升對復雜海洋環(huán)境動態(tài)影響的自適應感知與精細化補償能力、優(yōu)化基于環(huán)境信息的協(xié)同衛(wèi)星定位解算效能，以及增強對特定不利海洋工況的智能響應和定位性能保障水平等方面的不足，本發(fā)明提出一種北斗大面積海域毫米級高精度定位方法，以解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種北斗大面積海域毫米級高精度定位方法。該方法通過集成海洋環(huán)境自適應感知、基于環(huán)境影響的協(xié)同定位精細化補償，以及極端海洋工況下的定位策略自適應調(diào)整與強化處理，實現(xiàn)對大面積海域目標持續(xù)、可靠的毫米級高精度定位。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種北斗大面積海域毫米級高精度定位方法，包括：

4、實時采集并預處理海洋環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)及北斗觀測數(shù)據(jù)，從所述海洋環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)中提取與北斗衛(wèi)星信號傳播誤差及觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量相關的環(huán)境影響參數(shù)；

5、基于所述環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)、北斗衛(wèi)星信號傳播數(shù)據(jù)和天線相位中心數(shù)據(jù)建立量化模型；所述量化模型對環(huán)境影響參數(shù)進行分析，獲得傳播路徑延遲數(shù)據(jù)和天線相位中心變化數(shù)據(jù)；

6、基于北斗協(xié)同衛(wèi)星定位算法處理所述北斗觀測數(shù)據(jù)及自適應基準網(wǎng)絡信息，獲取初步衛(wèi)星定位結果；

7、以歷史量化環(huán)境影響參數(shù)、歷史傳播路徑延遲數(shù)據(jù)、歷史天線相位中心變化數(shù)據(jù)作為輸入特征集構建衛(wèi)星信號誤差模型，對當前環(huán)境影響參數(shù)、傳播路徑延遲數(shù)據(jù)和天線相位中心變化數(shù)據(jù)分析，獲得定位誤差值；基于定位誤差值對初步衛(wèi)星定位結果調(diào)整，獲得定位結果；

8、對定位結果進行解算，獲得解算結果；依據(jù)解算結果閾值對解算結果判斷，劃分得到第一類工況和第二類工況；所述第二類工況將衛(wèi)星定位模式切換至應急模式，對北斗信號誤差強化補償，獲取衛(wèi)星定位結果。

9、優(yōu)選的，所述海洋環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)及北斗觀測數(shù)據(jù)，包括：

10、通過在定位海域部署的水下壓力傳感器網(wǎng)絡實時采集的潮汐高度及涌浪頻譜數(shù)據(jù)，及通過在岸基與海面平臺部署的自動氣象站網(wǎng)絡實時采集的定位區(qū)域多點溫度、氣壓及水汽含量數(shù)據(jù)的海洋環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)；由定位目標搭載的北斗接收機實時輸出的多個頻點的原始偽距、原始載波相位及原始多普勒觀測值的北斗觀測數(shù)據(jù)。

11、優(yōu)選的，所述環(huán)境影響參數(shù)獲取過程，包括：

12、基于實時潮汐高度及涌浪頻譜數(shù)據(jù)，通過一個基于線性波理論的平臺水動力響應反演算法，解算出因平臺受水動力擾動導致的三維gnss接收天線相位中心相對于標稱位置的三維瞬時偏移量；利用所述定位區(qū)域多點溫度、氣壓及水汽含量數(shù)據(jù)，通過一種結合了區(qū)域三維氣象格網(wǎng)信息的雙線性插值方法，并應用高程差異修正因子，實時生成定位目標上空天頂方向?qū)α鲗觽鞑パ舆t中的濕延遲分量的高精度實時改正值。

13、優(yōu)選地，基于所述環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)、北斗衛(wèi)星信號傳播數(shù)據(jù)和天線相位中心數(shù)據(jù)建立量化模型；所述量化模型對環(huán)境影響參數(shù)進行分析，獲得傳播路徑延遲數(shù)據(jù)和天線相位中心變化數(shù)據(jù)過程，包括：

14、利用歷史海洋環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)及北斗衛(wèi)星信號傳播的實際延遲特征數(shù)據(jù)、并結合接收天線相位中心的標定結果，構建一個基于涌浪擾動對接收天線相位中心位置產(chǎn)生影響的物理響應機制與基于大氣參數(shù)對衛(wèi)星信號傳播路徑產(chǎn)生延遲影響的氣象梯度實時修正機制的耦合量化模型；將所述接收天線相位中心三維瞬時偏移量及所述天頂對流層濕延遲實時高精度改正值作為當前的動態(tài)參數(shù)輸入到所述耦合量化模型中，通過所述耦合量化模型內(nèi)置的物理機制驅(qū)動的計算模塊，實時輸出當前各北斗衛(wèi)星信號傳播路徑延遲數(shù)據(jù)及所述接收天線相位中心的三維空間精確位置變化數(shù)據(jù)。

15、優(yōu)選地，構建衛(wèi)星信號誤差模型對環(huán)境影響參數(shù)、傳播路徑延遲數(shù)據(jù)和天線相位中心變化數(shù)據(jù)分析，獲得定位誤差值過程，包括：

16、以采集的歷史量化環(huán)境影響參數(shù)、歷史傳播路徑延遲數(shù)據(jù)、歷史天線相位中心變化數(shù)據(jù)作為輸入特征集，通過高精度處理獲取的定位結果與所述初步衛(wèi)星定位結果之間的偏差作為訓練輸出目標，通過機器學習算法來捕捉并利用輸入特征間的時序依賴關系，并訓練得到衛(wèi)星信號誤差預測模型；將當前實時獲取的所述量化環(huán)境影響參數(shù)、所述傳播路徑延遲數(shù)據(jù)及所述天線相位中心變化數(shù)據(jù)輸入到訓練的衛(wèi)星信號誤差預測模型中，由該模型輸出一個表征當前綜合定位誤差的三維定位誤差修正矢量。

17、優(yōu)選地，對定位結果進行解算，獲得解算結果；依據(jù)解算結果閾值對解算結果判斷，劃分得到第一類工況和第二類工況過程，包括：

18、對經(jīng)過誤差模型調(diào)整后獲得的定位結果序列，實時計算一組能夠綜合反映當前定位性能的質(zhì)量評估指標，所述指標包括定位結果的一致性表征指標、載波相位模糊度解算的狀態(tài)表征指標及定位殘差序列的波動性表征指標，將這些指標構成一個多維度的定位質(zhì)量狀態(tài)向量；當所述定位質(zhì)量狀態(tài)向量中的多個預設的關鍵性能指標在預定的評估時長內(nèi)持續(xù)地偏離其在滿足預設高精度定位條件下的正常運行區(qū)間時，判定當前海洋工況為對北斗衛(wèi)星定位解算構成不利影響的第二類工況；反之，則判定為滿足預設高精度定位條件的第一類工況。

19、優(yōu)選地，第二類工況將衛(wèi)星定位模式切換至應急模式，對北斗信號誤差強化補償，獲取衛(wèi)星定位結果，包括：

20、所述應急模式為：依據(jù)識別出的第二類工況的具體誘因，激活相應的補償算法模塊，包括啟用一種多路徑效應抑制算法，一種載波相位周跳探測與修復算法，一種基于慣性測量單元數(shù)據(jù)與北斗觀測數(shù)據(jù)緊密耦合的動態(tài)補償算法；基于對各北斗衛(wèi)星信號實時質(zhì)量的在線評估結果，調(diào)低受到當前不利工況影響的衛(wèi)星信號，優(yōu)先采用來自北斗系統(tǒng)具備更強抗干擾能力的特定頻段信號，以維持定位解的整體穩(wěn)定性與連續(xù)性；通過執(zhí)行上述針對性的誤差補償與數(shù)據(jù)融合權重優(yōu)化調(diào)整，由所述應急模式下的定位算法輸出在所述第二類工況下保持連續(xù)穩(wěn)定的衛(wèi)星定位結果。

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

22、1、本發(fā)明通過建立對海洋環(huán)境因素影響北斗衛(wèi)星信號傳播及接收天線相位中心的精細化量化模型，并實時提取與衛(wèi)星信號傳播誤差及觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量相關的量化環(huán)境影響參數(shù)以動態(tài)融入?yún)f(xié)同衛(wèi)星定位算法核心，實現(xiàn)了對復雜海洋特有誤差源的精確補償，從而顯著提升了毫米級定位的絕對精度與結果可靠性。

23、2、本發(fā)明通過采用能夠處理由岸基固定站與海面移動平臺組成的混合自適應基準網(wǎng)絡信息的北斗協(xié)同衛(wèi)星定位算法，并結合依據(jù)預設性能目標函數(shù)動態(tài)調(diào)整算法內(nèi)部參數(shù)及應用環(huán)境影響補償?shù)臋C制，增強了北斗系統(tǒng)在大面積海域?qū)崿F(xiàn)一致性毫米級高精度協(xié)同定位的適用性與整體性能。

24、3、本發(fā)明通過對定位結果進行解算并智能劃分海洋工況，在識別出不利海洋工況時自適應切換至應急模式，啟動針對該工況的北斗信號傳播誤差強化補償，及動態(tài)優(yōu)化數(shù)據(jù)融合權重的綜合應對策略，提高了北斗定位系統(tǒng)在不利海洋工況下的自適應響應能力、定位服務的連續(xù)性及最終結果的可靠性。