專利名稱：對靜止用戶基于時差的不足四顆衛(wèi)星定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位技術(shù)，適用于當(dāng)靜止用戶僅能檢測到不足四顆定位衛(wèi)星情況下的定位。算法的思想是終端多次收到定位數(shù)據(jù)，當(dāng)間隔很短時，鐘差變化造成的誤差在允許范圍內(nèi)可以忽略；當(dāng)間隔較長時，根據(jù)終端晶振變化的特性曲線進行校正，使鐘差變化造成的誤差在允許范圍內(nèi)可以忽略。從而達(dá)到在同一時刻終端檢測到不足四顆定位衛(wèi)星情況下也能定位的目的。本算法是在借鑒傳統(tǒng)定位算法的基礎(chǔ)上，解除了原有算法對時間的限制，從而使定位技術(shù)具有更強的適應(yīng)性。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星定位技術(shù)在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，除軍事應(yīng)用外，它已被廣泛應(yīng)用于航天、航空、航海、測量、勘探等諸多領(lǐng)域，其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的發(fā)展前景已經(jīng)引起越來越多人的關(guān)注，同時，這項技術(shù)的應(yīng)用也是第三代移動通信網(wǎng)3G中一個重要的增值業(yè)務(wù)。然而，傳統(tǒng)定位算法對適用條件的限制使它不能充分滿足現(xiàn)有需求，在很大程度上制約了這項技術(shù)的推廣。根據(jù)原有定位算法，GPS全球定位系統(tǒng)，伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)定位的前提是用戶必須能夠同時檢測到至少四顆衛(wèi)星的定位信號，但是在實際應(yīng)用中，實際測試數(shù)據(jù)表明，由于無線信道傳輸條件比較惡劣，可能會受到很多因素的影響，如傳輸中的信號衰減、陰影效應(yīng)和天氣狀況不理想等，致使在通常情況下能檢測到的衛(wèi)星數(shù)不足四顆，或者即使能夠搜索到四顆以上衛(wèi)星，但信號強度不能滿足要求，使得方程個數(shù)小于未知數(shù)個數(shù)，不能實現(xiàn)定位，嚴(yán)重影響了衛(wèi)星定位技術(shù)的推廣和普及。本發(fā)明就是針對這個矛盾，對原有算法進行改進，實現(xiàn)不足四顆衛(wèi)星定位的算法，使它能夠在更多情況下依然可用，這將是關(guān)系到衛(wèi)星定位能否更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種根據(jù)不足四顆衛(wèi)星進行定位的實現(xiàn)算法，該算法實現(xiàn)了當(dāng)終端僅能搜索到不足四顆衛(wèi)星時也能定位，進而解決了傳統(tǒng)算法中僅有不足四顆衛(wèi)星情況下不能定位的問題，無需添加附屬裝置，就可以提高衛(wèi)星的定位范圍，使衛(wèi)星定位得到廣泛使用。
具體實施例方式
1)確定衛(wèi)星與地面固定終端之間的偽距離ρ電磁波在空間中以光速c傳播，在已知星上發(fā)送時刻t1和終端接收時刻t2的情況下，根據(jù)
ρ＝c*Δt計算出偽距離，其中Δt＝t2-t1。
2)引入鐘差變量tu衛(wèi)星上使用穩(wěn)定性極高的原子鐘作為基準(zhǔn)時鐘，而接收機的時鐘則與基準(zhǔn)時鐘存在鐘差，影響了兩端之間距離計算的準(zhǔn)確度。因此，引入了偽距離的修正值c*tu，其中tu這個參數(shù)為星上基準(zhǔn)時鐘與接收機基準(zhǔn)時鐘間的差值。
3)顯然，在檢測到不足四顆衛(wèi)星的情況下，根據(jù)兩點間距離公式只能寫出少于四個方程，無法求解四個變量。
4)接收機分時接收定位信息在t時刻按照傳統(tǒng)定位算法根據(jù)當(dāng)前衛(wèi)星的位置，為用戶的三維位置(xu，yu，zu)和時間偏移量tu建立一個方程。當(dāng)靜止用戶只能檢測到不足四顆衛(wèi)星信號的時候，用戶每隔時間T觀測一次衛(wèi)星，根據(jù)衛(wèi)星顆數(shù)來確定連續(xù)觀測的次數(shù)，當(dāng)檢測到三或兩顆衛(wèi)星時，連續(xù)觀測的兩次次，當(dāng)只檢測到一顆衛(wèi)星時，需要連續(xù)觀測的四次，分時接收定位信息。而多個時刻檢測到的衛(wèi)星可以是相同的，也可以是不同的。影響晶振穩(wěn)定度的主要因素有溫度、電壓、負(fù)荷和壽命，然而當(dāng)時間間隔T滿足一定的范圍要求時，這些因素的影響不顯著，即tui(i＝1，2，3，4)近似相等。由此可以列出下列四個時刻的距離方程。從而可以解出用戶位置信息。
ρ1=(x1-xu)2+(y1-yu)2+(z1-zu)2+ctu1ρ2=(x2-xu)2+(y2-yu)2+(z2-zu)2+ctu2ρ3=(x3-xu)2+(y3-yu)2+(z3-zu)2+ctu3ρ4=(x4-xu)2+(y4-yu)2+(z4-zu)2+ctu4]]>可見，本發(fā)明所提供的利用不足四顆衛(wèi)星實現(xiàn)定位的算法，具有以下的優(yōu)點和特點1)本算法提出了分時的思想，晶振的穩(wěn)定性是影響本方案精確度的最重要因素。
2)本算法具有與具體實現(xiàn)平臺無關(guān)的特點，可以應(yīng)用在GPS全球定位系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。
3)除了算法本身的優(yōu)點外，算法的實現(xiàn)也是具有很多優(yōu)勢的。由于采用軟件編程的方式來實現(xiàn)，操作簡單、實現(xiàn)方便，而且可以靈活控制。
4)該方法不需要增加附屬的裝置或配件，對用戶來說克服了附屬物使用上的麻煩，可保持終端原有的輕、小、巧特點，且攜帶方便。
權(quán)利要求
1.基于時差的不足四顆衛(wèi)星實現(xiàn)定位的方法，其特征在于該算法包括以下的步驟根據(jù)定位衛(wèi)星進行用戶定位時，為確定用戶的三維位置(xu，yu，zu)和時間偏移量tu，需要四個獨立的方程才能求解，采用對衛(wèi)星進行偽距測量的方法，可產(chǎn)生如下的方程組ρ1=(x1-xu)2+(y1-yu)2+(z1-zu)2+ctuρ2=(x2-xu)2+(y2-yu)2+(z2-zu)2+ctuρ3=(x3-xu)2+(y3-yu)2+(z3-zu)2+ctuρ4=(x4-xu)2+(y4-yu)2+(z4-zu)2+ctu]]>其中，(xj，yj，zj)是第j顆星的三維位置，j＝1，2，3，4；c為光速。因此，需要至少同時接收四顆不同定位衛(wèi)星的定位信息才能現(xiàn)實定位，本發(fā)明提供了一種靜止用戶僅能觀測到不足四顆定位衛(wèi)星時的定位方法當(dāng)靜止用戶只能檢測到不足四顆衛(wèi)星信號的時候，用戶每隔時間T觀測一次衛(wèi)星，根據(jù)衛(wèi)星顆數(shù)來確定連續(xù)觀測的次數(shù)，當(dāng)檢測到三或兩顆衛(wèi)星時，連續(xù)觀測的兩次，當(dāng)只檢測到一顆衛(wèi)星時，需要連續(xù)觀測的四次，分時接收定位信息，在時間間隔T滿足一定范圍要求時，在某t時刻接收到一組定位衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，再于另外多個不同的時刻t+T、t+2T、t+3T分別接收一次衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，多次接收到不少于四組衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，構(gòu)造四個獨立的衛(wèi)星偽距測量方程，進行求解xu，yu，zu，tu，從而實現(xiàn)定位。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于在t時刻可接收到不足四顆定位衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，在t+T、t+2T、t+3T多個時刻所測得的定位數(shù)據(jù)不少于三組即可，即只有每次只能觀測到不足四顆衛(wèi)星時才需要接收多次，若某次觀測得到了兩顆以上的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，那么就可以相應(yīng)地減少測量次數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利1或2所述的方法，其特征在于多個時刻檢測到的衛(wèi)星可以是相同的，也可以是不同的。
4.根據(jù)權(quán)利1或2所述的方法，其特征在于在t時刻接收到不足四顆定位衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，在其它時刻可能接收到四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，也可能一顆也接收不到衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于在t和t+T、t+2T、t+3T多個時刻，由定位終端晶振的不穩(wěn)定度所引起的tu的變化極小可以忽略，就可以把多次接收的數(shù)據(jù)代入方程求解，實現(xiàn)定位。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于發(fā)明中所說的定位衛(wèi)星可以是任何現(xiàn)有的和將來出現(xiàn)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如GPS全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，等等。
7.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于在不同時刻定位數(shù)據(jù)所源自的衛(wèi)星屬于同一個衛(wèi)星定位系統(tǒng)，比如是GPS全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)以及將來的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位技術(shù)，針對傳統(tǒng)定位技術(shù)中在衛(wèi)星數(shù)目小于四顆的情況下不能定位的問題提出了改進算法。當(dāng)靜止用戶只能檢測到不足四顆衛(wèi)星信號的時候，用戶每隔時間T觀測一次衛(wèi)星，根據(jù)衛(wèi)星顆數(shù)來確定連續(xù)觀測的次數(shù)，當(dāng)檢測到三或兩顆衛(wèi)星時，連續(xù)觀測的兩次，當(dāng)只檢測到一顆衛(wèi)星時，需要連續(xù)觀測的四次，分時接收定位信息，在時間間隔T滿足一定范圍要求時，鐘差穩(wěn)定、近似相等，從而可以根據(jù)四個方程，解出用戶位置信息。該算法提出分時思想，創(chuàng)新了傳統(tǒng)理論。
文檔編號G01S19/42GK101074990SQ20061008140
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者任春陽, 馬明輝, 張炎明, 桂荊京 申請人:任春陽