本發(fā)明屬于衛(wèi)星定位導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種提升導(dǎo)航精度、加速定位的增強(qiáng)導(dǎo)航的方法。

背景技術(shù)：

在當(dāng)今社會(huì)，各行各業(yè)對(duì)導(dǎo)航定位的要求越來越高，尤其是在軍事領(lǐng)域，精確制導(dǎo)武器的運(yùn)用必須是依托在實(shí)時(shí)高精度導(dǎo)航定位的基礎(chǔ)上的。追求更高導(dǎo)航定位精度是最近幾年來的趨勢(shì)。

對(duì)于傳統(tǒng)定位方法大致有偽距定位和載波相位定位兩種。其中載波相位定位具有更高的定位精度，但在解算整周模糊度的過程中也更困難。定位精度越高，要求接收機(jī)觀測(cè)接收衛(wèi)星星歷的時(shí)間越長，定位收斂越慢。反之，在較短觀測(cè)時(shí)間內(nèi)并不能獲得高精度的定位。

目前，針對(duì)導(dǎo)航定位增強(qiáng)方法主要是采用雙差、三差方法以及一系列電離層對(duì)流層建模方法，由于差分方式定位導(dǎo)航精度受基線長度的影響，其適用范圍就受地理區(qū)域的影響，而且高準(zhǔn)確度的建模方式往往復(fù)雜度很高。

另外，目前在快速定位中取得比較好效果的方法包括基于模糊度初始解和相應(yīng)方差-協(xié)方差陣的快速模糊度解算法、LAMBDA法、ARCE算法等，但它們都是要基于精度較高的基線浮點(diǎn)解和相應(yīng)的方差-協(xié)方差陣，而現(xiàn)實(shí)是短時(shí)間內(nèi)觀察量的強(qiáng)相關(guān)性會(huì)使算法面臨病態(tài)性問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)中，采用差分方式其定位導(dǎo)航精度受基線長度的影響，而且高準(zhǔn)確度的建模方式往往復(fù)雜度很高，以及快速模糊度解算法、LAMBDA法和ARCE算法等，一旦出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)觀察量的強(qiáng)相關(guān)性，會(huì)使算法面臨病態(tài)性問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種基于低軌衛(wèi)星增強(qiáng)導(dǎo)航方法，其包括以下步驟：

S1：計(jì)算低軌衛(wèi)星與導(dǎo)航衛(wèi)星的星間距離；其中，低軌衛(wèi)星根據(jù)其接收地面注入站發(fā)送的衛(wèi)星鐘差校正參數(shù)，將其時(shí)鐘與導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)同步，并根據(jù)導(dǎo)航定位信號(hào)發(fā)射時(shí)間和低軌衛(wèi)星接收導(dǎo)航定位時(shí)間，得出星間距離；

S2：計(jì)算低軌衛(wèi)星與用戶終端的距離；

S3：建立低軌衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、用戶終端和地球的空間幾何模型，并根據(jù)幾何關(guān)系參數(shù)，計(jì)算出導(dǎo)航衛(wèi)星與用戶終端之間的距離。

根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，S2包括，

S201：確定觀測(cè)變量為載波相位，并根據(jù)低軌衛(wèi)星高度，確定觀測(cè)時(shí)間間隔Δt以及觀測(cè)時(shí)刻數(shù)k；觀測(cè)時(shí)刻為T₁,T₂,T₃,…T_k,k≥1，其中Δt＝t_i-t_i-1，i＝2,3,…k；

S202：建立載波相位雙差觀測(cè)方程，經(jīng)線性處理后的載波相位雙差觀測(cè)方程為y＝Aa+Bb+ε；其中，觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)為N+1，a為N維雙差整周模糊度向量，a∈Z^N；b表示三維基線參數(shù)向量，b∈R³；A,B為系數(shù)矩陣，A∈R^N×N,B∈R^N×3；ε為隨機(jī)噪聲向量，其服從均值為0，方差-協(xié)方差矩陣為Q_yy的正態(tài)分布；y為載波相位雙差觀測(cè)值，y∈R^N；R,Z分別表示實(shí)數(shù)域和整數(shù)域；

S203：運(yùn)用最小二乘法計(jì)算整周模糊度的浮點(diǎn)解和計(jì)算方差-協(xié)方差矩陣再運(yùn)用LAMBDA算法，得到整周模糊度的整數(shù)解進(jìn)而計(jì)算出計(jì)算三維基線參數(shù)向量b；

S204：根據(jù)三維基線參數(shù)向量b，計(jì)算低軌衛(wèi)星與用戶終端之間的距離

根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，S203中，通過Z變換對(duì)進(jìn)行降相關(guān)處理，即將整周模糊度參數(shù)轉(zhuǎn)換到另一空間域上，即其中，Z表示Z變換矩陣；

然后，基于和搜索整周模糊度的整數(shù)解搜索過程的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為搜索過程展開為

其中，χ²表示搜索空間的大小，為條件估計(jì)，σ_i|i+1,...,n²為條件估計(jì)方差，σ_i|i+1,...,n＝d_i^-1，d_i為協(xié)方差矩陣經(jīng)過L^TDL分解后D的第i個(gè)對(duì)角元；

最后，將搜索到的整周模糊度的整數(shù)解轉(zhuǎn)換為雙差整周模糊度的整數(shù)解即并通過載波相位雙差觀測(cè)方程計(jì)算出三維基線參數(shù)向量b。

根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，若用戶終端位于地面平臺(tái)，則幾何關(guān)系參數(shù)包括：低軌衛(wèi)星與地心之間連線與星間連線的夾角α，低軌衛(wèi)星與地心之間連線與低軌衛(wèi)星與地面用戶之間連線的夾角β，地球半徑R_e。

根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，若用戶終端位于高空平臺(tái)，則幾何關(guān)系參數(shù)包括：低軌衛(wèi)星與地心之間連線與星間連線的夾角α，低軌衛(wèi)星與地心之間連線與低軌衛(wèi)星與地面用戶之間連線的夾角β，地球半徑R_e，高空平臺(tái)的高度h，低軌衛(wèi)星與地心之間連線與導(dǎo)航衛(wèi)星與地心之間連線的夾角γ，高空平臺(tái)與地心之間連線與導(dǎo)航衛(wèi)星與地心之間連線的夾角θ。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明方法通過計(jì)算低軌衛(wèi)星與導(dǎo)航衛(wèi)星的星間距離，避開了對(duì)流層和電離層的影響，并建立更趨于對(duì)角化的方差-協(xié)方差矩陣，使計(jì)算的低軌衛(wèi)星與地面的距離更高效精確。本發(fā)明利用低軌衛(wèi)星幾何位置改變大的特點(diǎn)，通過幾何關(guān)系間接實(shí)現(xiàn)偽距的快速高精度計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航增強(qiáng)的效果。

附圖說明：

圖1本發(fā)明地面平臺(tái)幾何關(guān)系示意圖；

圖2本發(fā)明高空平臺(tái)幾何關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明基于低軌衛(wèi)星增強(qiáng)導(dǎo)航方法，其包括以下步驟：

S1：計(jì)算低軌衛(wèi)星S_c與導(dǎo)航衛(wèi)星S_p的星間距離D_PC；其中，低軌衛(wèi)星S_c根據(jù)其接收地面注入站發(fā)送的衛(wèi)星鐘差校正參數(shù)，將其時(shí)鐘與導(dǎo)航衛(wèi)星S_p導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)同步，并根據(jù)導(dǎo)航定位信號(hào)發(fā)射時(shí)間t₁和低軌衛(wèi)星接收導(dǎo)航定位時(shí)間t₂，得出星間距離為D_PC＝c·(t₂-t₁)，c表示光速。

S2：計(jì)算低軌衛(wèi)星S_c與用戶終端u的距離D_CU；

S3：建立低軌衛(wèi)星S_c、導(dǎo)航衛(wèi)星S_p、用戶終端u和地球的空間幾何模型，并根據(jù)幾何關(guān)系參數(shù)，計(jì)算出導(dǎo)航衛(wèi)星S_p與用戶u之間的距離D_UP。

具體的，S2包括以下步驟：

S201：確定觀測(cè)變量為載波相位，并根據(jù)低軌衛(wèi)星高度，確定觀測(cè)時(shí)間間隔△t以及觀測(cè)時(shí)刻數(shù)k；觀測(cè)時(shí)刻為T₁,T₂,T₃,…T_k,k≥1，其中△t＝t_i-t_i-1，i＝2,3,…k。

S202：建立載波相位雙差觀測(cè)方程，并對(duì)建立的載波相位雙差觀測(cè)方程進(jìn)行線性處理，經(jīng)線性處理后的載波相位雙差觀測(cè)方程為：

y＝Aa+Bb+ε

其中，觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)為N+1，a為N維雙差整周模糊度向量，a∈Z^N；b表示三維基線參數(shù)向量，b∈R³；A,B為系數(shù)矩陣，A∈R^N×N,B∈R^N×3；ε為隨機(jī)噪聲向量，其服從均值為0，方差-協(xié)方差矩陣為Q_yy的正態(tài)分布；y為載波相位雙差觀測(cè)值，y∈R^N；R,Z分別表示實(shí)數(shù)域和整數(shù)域。

S203：運(yùn)用最小二乘法計(jì)算整周模糊度的浮點(diǎn)解和計(jì)算方差-協(xié)方差矩陣再運(yùn)用LAMBDA算法，得到整周模糊度的整數(shù)解進(jìn)而計(jì)算出計(jì)算三維基線參數(shù)向量b。

S204：根據(jù)三維基線參數(shù)向量b，計(jì)算低軌衛(wèi)星S_c與用戶終端u之間的距離

具體的，在S203中，通過Z變換對(duì)進(jìn)行降相關(guān)處理，即將模糊度參數(shù)轉(zhuǎn)換到另一空間域上，即其中，Z表示Z變換矩陣。

然后，基于和搜索整周模糊度的整數(shù)解搜索過程的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為搜索過程展開為

其中，χ²表示搜索空間的大小，為條件估計(jì)，σ_i|i+1,...,n²為條件估計(jì)方差，σ_i|i+1,...,n＝d_i^-1，d_i為協(xié)方差矩陣經(jīng)過L^TDL分解后D的第i個(gè)對(duì)角元。

最后，將搜索到的整周模糊度的整數(shù)解轉(zhuǎn)換為雙差整周模糊度的整數(shù)解即并通過方程計(jì)算出三維基線參數(shù)向量b。

結(jié)合圖1所示的本發(fā)明地面平臺(tái)幾何關(guān)系示意圖；其中，用戶終端u位于地面平臺(tái)，則幾何關(guān)系參數(shù)包括：低軌衛(wèi)星與地心之間連線與星間連線的夾角α，低軌衛(wèi)星與地心之間連線與低軌衛(wèi)星與地面用戶之間連線的夾角β，地球半徑R_e，低軌衛(wèi)星與地心之間連線與導(dǎo)航衛(wèi)星與地心之間連線的夾角γ。

那么，相應(yīng)的幾何關(guān)系參數(shù)，求解關(guān)系式分別為：

其中，通過式(1)求解α_，通過式(2)求解β，通過式(3)求解D_UP。

結(jié)合圖2所述的本發(fā)明高空平臺(tái)幾何關(guān)系示意圖；其中，用戶終端u位于高空平臺(tái)，則幾何關(guān)系參數(shù)包括：低軌衛(wèi)星與地心之間連線與星間連線的夾角α，低軌衛(wèi)星與地心之間連線與低軌衛(wèi)星與地面用戶之間連線的夾角β，地球半徑R_e，高空平臺(tái)的高度h，低軌衛(wèi)星與地心之間連線與導(dǎo)航衛(wèi)星與地心之間連線的夾角γ，高空平臺(tái)與地心之間連線與導(dǎo)航衛(wèi)星與地心之間連線的夾角θ。

那么，相應(yīng)的幾何關(guān)系參數(shù)，求解關(guān)系式分別為：

其中，通過式(4)求解α_，通過式(5)求解γ，通過式(6)求解h與β的關(guān)系，通過式(7)求解θ與β的關(guān)系，通過式(8)、(9)和(10)求解D_UP。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限制于上述實(shí)施方式，在不脫離本申請(qǐng)的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出各種修改或改型。