專利名稱：一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，尤其是一種衛(wèi)星導(dǎo)航分 布式地基區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導(dǎo)4元系統(tǒng)，如美國(guó)全5求定位系統(tǒng)(Golbal Position System,簡(jiǎn)稱 GPS)和俄羅斯全王求導(dǎo)4元衛(wèi)星系統(tǒng)(GL0bal NAvigation Satellite System, 簡(jiǎn)稱GL0NASS)，廣泛應(yīng)用于國(guó)家安全以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面。對(duì)于一些 應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，無(wú)增強(qiáng)的衛(wèi)星導(dǎo)航在精度等方面還不能達(dá)到應(yīng)用需求。在衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)方面主要有廣域增強(qiáng)、局域增強(qiáng)以及接收機(jī)自主增 強(qiáng)等方式。廣域增強(qiáng)針對(duì)較大的地理范圍(如半徑1000公里)，提供定位精 度一般為幾米的增強(qiáng)性能；局域增強(qiáng)針對(duì)較小的地理范圍(如半徑50公里)， 提供定位精度優(yōu)于一米的增強(qiáng)性能。因此，美國(guó)、歐盟、中國(guó)及日本等國(guó)家 已經(jīng)或即將建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)，如美國(guó)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(Wide Area Augmentation System,簡(jiǎn)稱WAAS)及歐盟的歐洲靜地星導(dǎo)航重疊服務(wù) (European Geostationary Navigation Overlay Service, 簡(jiǎn)稱EGN0S)， 能夠較大程度提高導(dǎo)航性能，但對(duì)于一些特殊的導(dǎo)航應(yīng)用來(lái)說(shuō)，如鐵路導(dǎo)航、 內(nèi)河導(dǎo)航及沿海港口導(dǎo)航等，其覆蓋的地理范圍大于局域增強(qiáng)系統(tǒng)，應(yīng)用的 性能要求又高于廣域增強(qiáng)系統(tǒng)，因此廣域增強(qiáng)系統(tǒng)與局域增強(qiáng)系統(tǒng)都無(wú)法滿 足，其性能還有一定的差距。如美國(guó)的WAAS系統(tǒng)，水平精度一般為5-IO米， 垂直為5-20米，在火車導(dǎo)航自動(dòng)駕駛、防撞及內(nèi)河航道導(dǎo)航等方面還不能完 全滿足要求。同時(shí)，對(duì)于地理覆蓋范圍較小的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用，美國(guó)等國(guó)家建 設(shè)了局域增強(qiáng)系統(tǒng)，可覆蓋半徑50公里左右的區(qū)域，精度可以達(dá)到1米以下， 較大增強(qiáng)了局域的衛(wèi)星導(dǎo)航性能。 對(duì)于特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，如內(nèi)河航道的船舶導(dǎo)航，沿海港口及其附近的精 確導(dǎo)航，鐵路交通的導(dǎo)航服務(wù)及自動(dòng)駕駛，集裝箱精確定位，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等， 既要達(dá)到1-2米的導(dǎo)航精度，覆蓋的區(qū)域又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于局域范圍，還需要一種 高性能的衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)。美國(guó)現(xiàn)有代表性的四種高性能衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)分別為 (l)獨(dú)立的地基增強(qiáng)系統(tǒng)(Ground Based Augmentation System,筒稱GBAS) 該系統(tǒng)應(yīng)用大量獨(dú)立的GBAS站，增加數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)的功率以提供較大的 覆蓋范圍。這些獨(dú)立的站建立了一系列的覆蓋小區(qū)，當(dāng)用戶端需要導(dǎo)航數(shù)據(jù) 時(shí)，需選擇能提供最好覆蓋和服務(wù)的小區(qū)(小區(qū)覆蓋區(qū)域可能重疊)。該方 案的好處是不需要建立連接各GBAS站龐大昂貴的地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)，同時(shí)單個(gè)站 的失效只影響其本身的覆蓋區(qū)域，對(duì)其他區(qū)域無(wú)影響。此方案的不利之處在 于需要大量的冗余GBAS站。 (2 )網(wǎng)絡(luò)化的GBAS地面站系統(tǒng)該系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)將所有GBAS站連接成一個(gè)系統(tǒng)，本地GBAS站提供對(duì)當(dāng) 地的增強(qiáng)服務(wù)，同時(shí)將校正和狀態(tài)信息傳送到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視節(jié)點(diǎn)。監(jiān)視節(jié)點(diǎn)維護(hù) 整個(gè)區(qū)域增強(qiáng)性能數(shù)據(jù)，并指示哪些區(qū)域目前能夠達(dá)到系統(tǒng)要求的性能指標(biāo)。 (3)重新播發(fā)基于衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)(Space Based Augmentation System,簡(jiǎn) 稱SBAS )該系統(tǒng)的本地站監(jiān)視導(dǎo)航衛(wèi)星和SBAS衛(wèi)星，從SBAS衛(wèi)星處獲取增強(qiáng)數(shù) 據(jù)并且將其轉(zhuǎn)換成GBAS格式播發(fā)出去。本地站的設(shè)備可以非常簡(jiǎn)單，只包含 一兩個(gè)參考接收機(jī)，同時(shí)本地站會(huì)監(jiān)視SBAS數(shù)據(jù)的完好性。 (4 )廣域網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)出本地校正信息的系統(tǒng)該系統(tǒng)并不是每個(gè)GBAS站監(jiān)測(cè)所有的導(dǎo)4元校正需要的信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將 信息共享即可，因此可以簡(jiǎn)化大量GBAS站結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)SBAS或GBAS格式 將校正等信息傳送給用戶。澳大利亞的地基區(qū)i或增強(qiáng)系統(tǒng)(Ground—based Regional Augmentation System,簡(jiǎn)稱GRAS )與SBAS類似采用分布式網(wǎng)絡(luò)通過(guò)各地的參考站來(lái)監(jiān)視 GPS系統(tǒng)，在各個(gè)參考站對(duì)SBAS信息進(jìn)行本地檢查和重新的格式化，以轉(zhuǎn)換 成GBAS形式的校正和完好性數(shù)據(jù)，通過(guò)甚高頻(Very High Frequency,簡(jiǎn) 稱VHF)數(shù)據(jù)鏈路采用時(shí)分多址(Time Division Multiple Access,簡(jiǎn)稱T匿A ) 共享方式發(fā)送出去。GRAS方式相對(duì)于SBAS方式來(lái)說(shuō)可以減少費(fèi)用，加快系 統(tǒng)實(shí)施進(jìn)度，同時(shí)對(duì)于具體國(guó)家來(lái)說(shuō)具有完全的自主權(quán)。上述地基區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)可以分為兩類， 一種為各個(gè)地面站增強(qiáng)系統(tǒng)相互 獨(dú)立，用戶來(lái)選擇使用哪個(gè)局域增強(qiáng)地面站的信息，對(duì)于局域增強(qiáng)來(lái)說(shuō)，當(dāng) 用戶與地面站的距離增加時(shí)，定位誤差相應(yīng)增加，超過(guò)一定距離將不滿足系 統(tǒng)要求；另外一種為系統(tǒng)將所有地面站的信息綜合，將定位誤差項(xiàng)按照種類 分開，對(duì)于其中起重要作用的電離層誤差采用基于地理位置的格形化標(biāo)示方 法，這種方法與美國(guó)的星基WAAS增強(qiáng)系統(tǒng)類似，可以解決大的地理覆蓋范圍 的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)，但定位精度不高。解決上述區(qū)域增強(qiáng)定位精度的問(wèn)題，可以從局域增強(qiáng)定位誤差的原因進(jìn)行 分析。對(duì)于局域增強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航來(lái)說(shuō)，當(dāng)用戶與地面站距離較近時(shí)，導(dǎo)航衛(wèi)星 定位信號(hào)到達(dá)地面站和用戶的路徑比較接近，定位的主要誤差電離層和對(duì)流 層延遲誤差基本一樣，因此局域增強(qiáng)可以獲得較好的定位精度；當(dāng)用戶與地 面站距離較遠(yuǎn)時(shí)，地面站與用戶的電離層和對(duì)流層延遲誤差有較大差別，定 位精度大大降低。因此，在地基增強(qiáng)覆蓋區(qū)域內(nèi)，可以考慮利用相鄰的局域 增強(qiáng)信息來(lái)提高用戶的定位精度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中用戶與地面站的距離增加定位誤差增大 的問(wèn)題，提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，該方法可以提高定位精度， 同時(shí)提高系統(tǒng)的健壯性和覆蓋效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法， 特別是一種衛(wèi)星導(dǎo)航分布式地基區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，包括步驟步驟1:用戶站接收相鄰參考站的信息，并確定用戶站和相鄰參考站的
共視衛(wèi)星，對(duì)用戶站某一時(shí)刻衛(wèi)星到用戶站的偽距進(jìn)行校正；步驟2:對(duì)多顆衛(wèi)星到用戶站校正后的偽距進(jìn)行定位解算，得到用戶站差分定位的三維坐標(biāo)；步驟3:使用所述用戶站與所有相鄰參考站差分定位得到的用戶站三維坐標(biāo)經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算得到最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果。 其中，所述步驟1具體為步驟101:用戶站接收所述相鄰參考站的信息為相鄰參考站的偽距校正 值及參考站的三維坐標(biāo)；步驟102:由衛(wèi)星到參考站連線與衛(wèi)星到用戶連線的夾角々'的余弦和所 述參考站的偽距校正值相乘可得到用戶站的偽距校正值；步驟103:利用所述用戶站的偽距校正值對(duì)用戶站的偽距進(jìn)行校正。在上述技術(shù)方案中，所述步驟2具體為步驟201:對(duì)于用戶站和相鄰參考站的共視衛(wèi)星，對(duì)所述多顆衛(wèi)星到用 戶站校正后的偽距進(jìn)行定位解算；步驟202:根據(jù)對(duì)所述用戶站校正后的偽距定位解算可以得到用戶的三 維坐標(biāo)，該坐標(biāo)即為利用此參考站差分后得到的用戶定位結(jié)果。在上述技術(shù)方案中，對(duì)所述多顆衛(wèi)星到用戶站校正后的偽距使用最小二 乘方進(jìn)行定位解算。在上述技術(shù)方案中，所述步驟3具體為步驟3Q1:根據(jù)參考站定位域定位誤差協(xié)方差函數(shù)獲得參考站定位誤差 與等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣；步驟302:用戶周圍有n個(gè)參考站，利用每個(gè)參考站得到的所述用戶定 位結(jié)果和所述參考站定位誤差與所述等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣 作加權(quán)平均，得到最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果。所述的參考站定位誤差與所述等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣為 一四階矩陣，所述系數(shù)矩陣體現(xiàn)參考站定位誤差與等效距離誤差四個(gè)未知量之間的誤差關(guān)系。為新的捕獲算法預(yù)留有開放性接口 ，用戶只需要在跟蹤模塊的跟蹤算法的基礎(chǔ)部 分多路選擇分支中加入新的一支擴(kuò)展部分，并將新算法在該分支中實(shí)現(xiàn)，并在調(diào) 用界面中加入相應(yīng)鏈接，如圖6所示，數(shù)值n+l表示新提出的碼鑒別器算法的 索引，模塊n+l表示新提出的碼鑒別器算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，這樣就可以方便的將 新的跟蹤算法嵌入到接收機(jī)中了 。參見(jiàn)圖3所示，BOC信號(hào)處理模塊303b用于處理由BOC中頻信號(hào)產(chǎn)生 模塊302生成的仿真BOC中頻信號(hào)。按順序主要包含捕獲模塊與跟蹤模塊。捕獲模塊中包含三種捕獲箅法基于FFT循環(huán)相關(guān)算法的傳統(tǒng)的BOC信 號(hào)捕獲算法、基于FFT循環(huán)相關(guān)法且消除邊峰影響的BOC信號(hào)捕獲算法與一 種新提出的合成處理捕獲箅法?；趂ft循環(huán)相關(guān)算法的傳統(tǒng)的boc信號(hào)捕獲算法與gps信號(hào)的fft循環(huán)相關(guān)算法相同?；贔FT循環(huán)相關(guān)法且消除邊峰影響的BOC信號(hào)捕獲算法通過(guò)在接收 機(jī)端，本地碼采用擴(kuò)頻信號(hào)PRN碼來(lái)代替BOC信號(hào)，本地載波也應(yīng)作相應(yīng)的處理，即采用/^土/;代替/u，下變頻到數(shù)字中頻后，本地載波基準(zhǔn)頻率為 /化±/;。此時(shí)本地碼生成器中產(chǎn)生的是不含副載波的prn擴(kuò)頻碼，本地載波分為上邊帶路厶+y;和下邊帶路厶-a。然后，對(duì)每一個(gè)支路作基于fft的循 環(huán)相關(guān)，然后各支路結(jié)果的平方相加，并與門限進(jìn)行比較完成捕獲。參見(jiàn)圖4B所示，新提出的合成處理捕獲算法的實(shí)現(xiàn)方法如下 合成處理捕獲方法是根據(jù)BOC( 1 ， 1 )信號(hào)自相關(guān)函數(shù)以及BOC( 1, l)信號(hào)和 擴(kuò)頻碼PRN序列的互相關(guān)函數(shù)特點(diǎn)提出的。BOC(l，l)自相關(guān)函數(shù)的平方與 BOC(l,l)和PRN互相關(guān)函數(shù)的平方差所構(gòu)成的新的函數(shù)，恰好消除了 BOC信
在上述技術(shù)方案中，步驟1用戶站U接收所述相鄰參考站Rj的信息為相鄰參考站R.i的偽距校正值A(chǔ)pK (U,Si,ig及參考站Ri的三維坐標(biāo)，由衛(wèi)星Si 到參考站Rj連線與衛(wèi)星Si到用戶U連線的夾角々的余弦和所述參考站的偽距 校正植APr ( U，Si，Rj)相乘可得到用戶站的偽距校正值A(chǔ)pu ( tk，Si,U),利用 所述用戶站的偽距校正值A(chǔ)pu ( U, Si，U)對(duì)用戶站的偽距( U， Si, U)進(jìn) 行校正，本發(fā)明對(duì)用戶站U校正后的偽距定義為pc。 = P (tk， Si， U) +Apu (tk，Si,U)在步驟2中，對(duì)于用戶站U和相鄰參考站Rj的共視衛(wèi)星Si,使用最小二 乘方對(duì)所述多顆衛(wèi)星(4顆以上衛(wèi)星)到用戶站U校正后的偽距p,r進(jìn)行定位解 算，可以得到用戶的三維坐標(biāo)，該坐標(biāo)即為利用參考站Rj差分后得到的用戶 定位結(jié)果(Xj， yj, Zj)。在步驟3中，最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果的實(shí)現(xiàn)方式為步驟301:根據(jù)參考站Rj定位域定位誤差協(xié)方差函數(shù)獲得參考站定位誤 差與等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣；步驟302:用戶周圍有n個(gè)參考站，利用每個(gè)參考站Rj得到的所述用戶 定位結(jié)果(x.,, y」，z,)利用所述參考站定位誤差與所述等效距離誤差之間的 誤差關(guān)系系數(shù)矩陣作加權(quán)平均，得到最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果。 實(shí)現(xiàn)所述技術(shù)方案的計(jì)算式為
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式中，x， y, z表示為最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果，Xl..x" yi...yn， z,...Zn表示利用n個(gè)參考站得到的用戶定位結(jié)果，C、,.,r33表示利用該參考站 的定位誤差與所述等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣的元素。本發(fā)明涉及的分布式區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)定位方法通過(guò)對(duì)利用多個(gè)參考站得到 的用戶定位結(jié)果的加權(quán)平均，可以部分消參考站接收機(jī)的噪聲。圖2為本發(fā)明分布式地基區(qū)域增強(qiáng)定位方法的原理示意圖，如圖2所示，
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過(guò)程中基于的原理具體如下地基區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)由多個(gè)相鄰的本地差分參考站組成，用戶進(jìn) 行差分定位時(shí)利用相鄰的差分參考站的偽距修正信息，按照相應(yīng)的算法獲得 用戶站的偽距校正值，用戶利用此偽距校正值進(jìn)行差分定位。參考站和用戶 站的偽距測(cè)量采用載波相位平滑偽距算法，以參考站為例進(jìn)行說(shuō)明，具體方法如下設(shè)參考站到第i個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)導(dǎo)航衛(wèi)星的偽距和相位觀 測(cè)方程為、A+0/r + v, 公式(工) +的=+ O/r + v2 公式(2 )式中，P'為參考站到衛(wèi)星的偽距；^為鐘差；P'為觀測(cè)的相位小數(shù)；W'為整周相位模糊度；義為波長(zhǎng)；^為參考站至衛(wèi)星的真實(shí)距離，其中包括參 考站的三維坐標(biāo)；\ h為接收機(jī)測(cè)量噪聲。公式(2)中包含著相位模糊度w。由于W的求解是相當(dāng)困難的，因此采用歷元間的相位變化量來(lái)平滑偽距。我們?nèi) , ^兩時(shí)刻的相位觀測(cè)量之差=- + c鄉(xiāng)2)-a^(" +《 公式(3)公式(3)中整周模糊度被消除了。若基準(zhǔn)站與用戶站相距不太遠(yuǎn)，GPS相位測(cè)量的噪聲電平為毫米量級(jí)，所以相對(duì)偽距觀測(cè)而言，可視v〉0。此時(shí)，在^時(shí)刻的偽距觀測(cè)量為/y("^^) + OM" + v, 公式(4)將公式(3)代入公式(4)中，得p' (,2) = ) + a/堆)+轉(zhuǎn),〃2) + v！ 公式(5)考慮到差分偽距觀測(cè)量的噪聲呈高斯白噪聲，均值為零，則根據(jù)公式(5) 可由^時(shí)刻差分偽距觀測(cè)量經(jīng)相位變化量回推^時(shí)刻的差分偽距觀測(cè)量
由公式(6)看出，可由不同時(shí)段的相位差回推求出"寸刻的偽距值。假 定有k個(gè)歷元的觀測(cè)值,(O， …，,A)，利用相位觀測(cè)量可求出從^到^'的相位差^'"，"，…，^'"，U。利用上述兩個(gè)差可求出^時(shí) 刻k個(gè)偽距觀測(cè)量/y.(0/y.(f2)-轉(zhuǎn)一2)對(duì)所有推出值取平均，得到,!時(shí)刻偽距平均值:<formula>formula see original document page 12</formula>公式(7 )<formula>formula see original document page 12</formula>公式(8 )公式(8)為相位平滑偽距觀測(cè)量，大大減小了噪聲電平。每時(shí)刻的噪聲 都服從于以上假設(shè)的分布，且其方差記為—(p),則差分偽距平滑值的誤差方產(chǎn)為 & 。求出^時(shí)刻的平滑值后，可推得其它各時(shí)刻的平均值:設(shè)起始條件為則可推得:<formula>formula see original document page 12</formula>公式(9 )<formula>formula see original document page 12</formula>公式(10)公式(10)為本發(fā)明使用的載波相位平滑偽距計(jì)算公式。 tk時(shí)刻接收機(jī)與第i個(gè)衛(wèi)星載波相位平滑后的偽距用尸("，&)表示，則有獲得參考站到衛(wèi)星的偽距后，我們就可以計(jì)算偽距改正數(shù)。利用接收到 的導(dǎo)航電文，計(jì)算出衛(wèi)星Si在某一時(shí)刻U的瞬間位置(^， &， zO ，由于 參考站j的坐標(biāo)精確已知(札,H ),這樣，利用衛(wèi)星和參考站的坐標(biāo)就可 以計(jì)算出衛(wèi)星到參考站的真實(shí)距離為:_<formula>formula see original document page 12</formula> 公式(11)由于軌道誤差、電離層折射和對(duì)流層折射等影響，基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)直
接測(cè)量的偽距存在有誤差，與真實(shí)距離不同。兩者之間的差值就是偽距改正 數(shù)A/9HA)"w(","U,A) 公式(12 )式中，P^'&，"為tk時(shí)刻衛(wèi)星Si與參考站Rj之間載波相位偽距平滑算法得到的偽距值。如圖2所示，用戶周圍有n個(gè)參考站，設(shè)衛(wèi)星Si到參考站Rj的偽距校正 值為△ p R( U, Si， R」)，衛(wèi)星Si到參考站Rj連線與衛(wèi)星到用戶連線的夾角為々, 則用戶的偽距校正值△ p u=A p Rxcos々' 公式(13)式中，Apu表示用戶站的偽距校正值，ApR表示參考站Rj的偽距校正值。則用戶校正后偽距為Pc。rr= PCU+厶Pu 公式(14 )式中，P。肌表示用戶校正后偽距，Poj表示衛(wèi)星到用戶站的經(jīng)過(guò)平滑和修 正的偽距。利用上述公式，獲得4顆衛(wèi)星以上的用戶改正后偽距就可以解算出用戶的三維坐標(biāo)，該坐標(biāo)即為參考站Rj差分后的定位結(jié)果，記為(Xj, y」，z,)。參考站Rj定位域定位誤差協(xié)方差函數(shù)為cov(A,)-可&,公式(15 )式中，dx.i表示參考站定位域定位誤差，'表示用戶站三維坐標(biāo)與用戶時(shí)鐘之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣，《皿G')表示用戶等效距離誤差。"i殳有下式成立( '=.......Wl *^32 h、 *^34~ 公式(16)用戶周圍有n個(gè)參考站，利用參考站Rj得到的用戶定位結(jié)果為(Xj, yj， Zj ),將該結(jié)果針對(duì)所述參考站定位誤差與所述等效距離誤差之間的誤差關(guān)系 系數(shù)矩陣作加權(quán)平均，得到最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果則最終的分1^22布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果。圖3為本發(fā)明一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法具體實(shí)施例2的流程 圖，該實(shí)施例在上述實(shí)施例的步驟1之前，為實(shí)現(xiàn)參考站Rj偽距校正值A(chǔ)pR (tk， Si, Ri)的獲取，加入了如下步驟步驟A1:參考站Rj接收機(jī)從導(dǎo)航電文中提取數(shù)據(jù)信息，包括衛(wèi)星星歷、 衛(wèi)星時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延等參數(shù)；步驟A2:由步驟Al所述參數(shù)可得到U時(shí)刻衛(wèi)星Si到參考站Rj的測(cè)碼偽 距Pr ( tk， Si， Rj);步驟A3:參考站Rj接收機(jī)獲得U時(shí)刻衛(wèi)星載波信號(hào)的相位，所述步驟 A3與步驟A1、步驟A2是無(wú)序的；步驟A4:利用所述載波信號(hào)的相位與載波相位平滑偽距計(jì)算公式對(duì)步驟 2所述的測(cè)碼偽距PK (U, S" Rj)進(jìn)行平滑；步驟A5:對(duì)平滑后的偽距進(jìn)行修正，包括衛(wèi)星鐘差、電離層時(shí)延、對(duì)流 層時(shí)延，修正后的測(cè)碼偽距記為PeR (U， S。 Rj)。其中，衛(wèi)星鐘差使用所述 導(dǎo)航電文中的參數(shù)進(jìn)行修正，電離層時(shí)延使用導(dǎo)航電文中的時(shí)延參數(shù)進(jìn)行修 正，對(duì)流層時(shí)延使用Hopfield模型進(jìn)行修正；步驟A6:利用已知的參考站Rj三維坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷計(jì)算出參考站Rj到衛(wèi) 星Si的真實(shí)距離，記為pR(U， Si, Rj)，通過(guò)參考站Rj到衛(wèi)星Si的真實(shí)距離 Pr (U, S。 Rj)與平滑、修正后的測(cè)碼偽距Pa ( U， Si， Rj)作差得到參考站 Rj的偽距校正值A(chǔ)pR (U, Si， Rj)。所述步驟A6之后，將參考站的偽距校正值A(chǔ)pR ( U, Si， Rj)及參考站三 維坐標(biāo)發(fā)送給用戶。圖4為本發(fā)明一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法具體實(shí)施例3的流程 圖，該實(shí)施例在所述實(shí)施例1步驟1的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)用戶站U偽距校正值 ApJU，S"U)和用戶站U經(jīng)平滑、修正后的測(cè)碼偽距Peu(U, Si， U)的獲取, 其具體步驟如下步驟ll:用戶站U接收機(jī)從導(dǎo)航電文中提取數(shù)據(jù)信息，包括衛(wèi)星星歷、
衛(wèi)星時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延等參數(shù)；步驟12:利用步驟11所述參數(shù)可獲得U時(shí)刻衛(wèi)星Si到用戶站U的測(cè)碼 偽距Pu ( tk, Si， U);步驟13:用戶站U接收機(jī)獲得U時(shí)刻衛(wèi)星載波信號(hào)的相位，所述步驟13 與步驟ll、步驟12是無(wú)序的；步驟14:對(duì)所述用戶站U測(cè)碼偽距Pu (tk, Si, U)利用載波相位進(jìn)行平滑；步驟15:對(duì)平滑后的偽距進(jìn)行修正，包括衛(wèi)星鐘差、電離層時(shí)延、對(duì)流 層時(shí)延，記為Peu(tk， Si， U)。其中衛(wèi)星鐘差使用導(dǎo)航電文中的參數(shù)進(jìn)行修 正，電離層時(shí)延使用導(dǎo)航電文中的時(shí)延參數(shù)進(jìn)行修正，對(duì)流層時(shí)延使用 Hopfield模型進(jìn)行修正；步驟16:用戶接收相鄰參考站Rj的偽距校正值A(chǔ)pR ( U, Si, Rj)及參考 站的三維坐標(biāo)；并由相鄰參考站Rj的偽距校正值A(chǔ)pR ( tk， Si， Rj)和衛(wèi)星Si 到參考站R,連線與衛(wèi)星Si到用戶U連線的夾角々'的余弦值相乘，經(jīng)計(jì)算得到 用戶站U偽距校正值△ p " tk， Si, U);步驟17:利用用戶站U偽距校正值△ p " U, Si, U)對(duì)用戶站U某一時(shí)刻 U衛(wèi)星S,到用戶站U的修正后偽距Poj (tk， Si, U)進(jìn)行校正。在上述各實(shí)施例中，地基區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)由多個(gè)相鄰的本地差分 參考站組成，用戶進(jìn)行差分定位時(shí)利用相鄰的差分參考站的偽距校正值，按 照相應(yīng)的算法獲得用戶站的偽距校正值，用戶利用此偽距校正值進(jìn)行差分定 位。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果對(duì)于單個(gè)的局域增強(qiáng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用常規(guī)的偽距修正算法時(shí)，導(dǎo)航精度會(huì)隨著用戶與參考站距離的增加而降低，因此采用分布式區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)的定 位方法可以部分克服此現(xiàn)象。用戶位于區(qū)域增強(qiáng)覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，可以利用本 地及相鄰局域增強(qiáng)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)獲得更好的導(dǎo)航性能。分布式區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)定位方法通過(guò)多個(gè)參考站的偽距修正，可以減少參
考站的接收機(jī)噪聲。對(duì)于單個(gè)本地差分系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)偽距差分可以校正參 考站和用戶站定位誤差中的公共項(xiàng)，如電離層誤差、對(duì)流層誤差以及衛(wèi)星星 歷誤差。對(duì)于接收機(jī)噪聲來(lái)講，由于用戶站和參考站之間接收機(jī)噪聲不具有 相關(guān)性，因此不能通過(guò)偽距差分校正。分布式區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)定位方法通過(guò)對(duì) 多個(gè)參考站偽距修正值的加權(quán)平均，可以部分消除參考站接收機(jī)的噪聲。當(dāng)某個(gè)本地差分系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使用相鄰的差分系統(tǒng)獲得本地的增強(qiáng) 信息，提高系統(tǒng)的健壯性。分布式區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)定位方法利用用戶站鄰近的 參考站偽距修正值來(lái)提供差分信息，當(dāng)鄰近的參考站有一個(gè)或若干個(gè)出現(xiàn)故 障不能提供偽距修正值時(shí)，用戶站依然可以使用其它正常的參考站進(jìn)行區(qū)域 增強(qiáng)定位，因此提高了系統(tǒng)的健壯性。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)差分參考站來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用分布式區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)定位方 法可以擴(kuò)大每個(gè)差分參考站的覆蓋范圍，在相同定位精度下，每個(gè)參考站覆蓋半徑可以擴(kuò)大30% - 50%，增加了系統(tǒng)的覆蓋效率，減少系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用。采用載波相位平滑偽距算法可以減少用戶端以及參考站的偽距測(cè)量噪聲。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非 對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行 修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并 不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1用戶站接收相鄰參考站的信息，并確定用戶站和相鄰參考站的共視衛(wèi)星，對(duì)用戶站某一時(shí)刻衛(wèi)星到用戶站的偽距進(jìn)行校正；步驟2對(duì)多顆衛(wèi)星到用戶站校正后的偽距進(jìn)行定位解算，得到用戶站差分定位的三維坐標(biāo)；步驟3使用所述用戶站與所有相鄰參考站差分定位得到的用戶站三維坐標(biāo)經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算得到最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于， 所述步驟1具體為步驟101:用戶站接收所述相鄰參考站的信息為相鄰參考站的偽距校正 值及參考站的三維坐標(biāo)；步驟102:由衛(wèi)星到參考站連線與衛(wèi)星到用戶連線的夾角々和所述參考 站的偽距校正值計(jì)算可得到用戶站的偽距校正值；步驟103:利用所述用戶站的偽距校正值對(duì)用戶站的偽距進(jìn)行校正。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于， 所述步驟101相鄰參考站的偽距由參考站到導(dǎo)航衛(wèi)星的偽距和相位觀測(cè)方程 得到，所述參考站到導(dǎo)航衛(wèi)星的偽距和相位觀測(cè)方程為式中， 〃表示參考站到衛(wèi)星的偽距；^"表示鐘差；—表示觀測(cè)的相位小 數(shù)；w'表示整周相位模糊度；A表示波長(zhǎng)；^表示參考站至衛(wèi)星的真實(shí)距離，其中包括參考站的三維坐標(biāo)；"，^表示接收機(jī)測(cè)量噪聲。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于， 所述步驟102中所述用戶站的偽距校正值可由下面公式得到= xcos々式中，AP"表示用戶站的偽距校正值，Apfl表示參考站的偽距校正值， cos々'表示衛(wèi)星到參考站連線與衛(wèi)星到用戶連線的夾角々的余弦。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于， 所述步驟2具體為步驟201:對(duì)于用戶站和相鄰參考站的共視衛(wèi)星，對(duì)所述多顆衛(wèi)星到用 戶站校正后的偽距進(jìn)行定位解算；步驟202:根據(jù)對(duì)所述用戶站校正后的偽距定位解算可以得到用戶的三 維坐標(biāo)，該坐標(biāo)即為利用此參考站差分后得到的用戶定位結(jié)果。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于 所述步驟201中，對(duì)于所述用戶站和相鄰參考站的共視衛(wèi)星，使用最小二乘 方對(duì)所述多顆衛(wèi)星到用戶站校正后的偽距進(jìn)行定位解算。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于 所述步驟201中包括獲得四顆以上的衛(wèi)星到用戶站校正后的偽距進(jìn)行定位解 算，可以解算出用戶的三維坐標(biāo)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于， 所述步驟3具體為步驟301:根據(jù)參考站定位域定位誤差協(xié)方差函數(shù)獲得參考站定位誤差 與等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣；步驟302:用戶周圍有n個(gè)參考站，利用每個(gè)參考站得到的所述用戶定 位結(jié)果和所述參考站定位誤差與所述等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣 作加權(quán)平均，得到最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于， 所述參考站定位誤差與所述等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣為一四階 矩陣，所述系數(shù)矩陣體現(xiàn)參考站定位誤差與所述等效距離誤差四個(gè)未知量之 間的誤差關(guān)系。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，其特征在于，所述最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果由下式得到<formula>formula see original document page 4</formula>式中，x, y, z表示為最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果，x...xn， yi...yn, z:...Zn表示利用n個(gè)參考站得到的用戶定位結(jié)果，C、…r33表示參考站定位誤差與等效距離誤差之間的誤差關(guān)系系數(shù)矩陣的元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的定位方法，包括步驟用戶站接收相鄰參考站的信息，并確定用戶站和相鄰參考站的共視衛(wèi)星，對(duì)用戶站某一時(shí)刻衛(wèi)星到用戶站的偽距進(jìn)行校正；利用用戶站相鄰的某一參考站對(duì)多顆衛(wèi)星到用戶站校正后的偽距進(jìn)行定位解算，得到用戶站差分定位的三維坐標(biāo)；使用用戶站與所有相鄰參考站差分定位的三維坐標(biāo)經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算得到最終的分布式區(qū)域增強(qiáng)用戶定位結(jié)果。本發(fā)明針對(duì)用戶與地面站距離較遠(yuǎn)時(shí)，地面站與用戶的電離層和對(duì)流層延遲誤差有較大差別，定位精度大大降低的缺點(diǎn)，在地基增強(qiáng)覆蓋區(qū)域內(nèi)，利用多個(gè)相鄰的局域增強(qiáng)信息來(lái)提高用戶的定位精度。
文檔編號(hào)H04Q7/38GK101109805SQ20071012019
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者強(qiáng) 劉, 軍 張, 朱衍波, 王志鵬, 瑞 薛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)