一種基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法。步驟如下：根據(jù)GNSS各通道跟蹤環(huán)路實(shí)時(shí)提供的多普勒頻移觀測(cè)值，基于α-β濾波方法平滑多普勒頻移消除電離層延時(shí)誤差；采用積分多普勒頻移平滑偽距，并對(duì)平滑偽距初始值進(jìn)行均值處理，提高平滑偽距的精度；確定GNSS接收機(jī)各通道狀態(tài)，結(jié)合觀測(cè)時(shí)間、衛(wèi)星星歷等信息實(shí)時(shí)計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻GNSS各通道衛(wèi)星的位置信息，基于偽距定位方法完成GNSS接收機(jī)的導(dǎo)航定位。本發(fā)明方法消除了電離層延時(shí)和相位跳變對(duì)平滑偽距的影響，提高了平滑偽距的精度和平滑度，改善了GNSS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和導(dǎo)航穩(wěn)定性，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說(shuō)明】一種基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是一種基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)(GlobalNavigat1n Satellite Systems, GNSS)可在全球范圍內(nèi)為多用戶全天候、全天時(shí)連續(xù)地提供高精度導(dǎo)航信息，在航天航空、測(cè)繪、交通等軍民用領(lǐng)域已取得巨大成功，但極易受到載體高機(jī)動(dòng)、障礙遮擋、信號(hào)干擾等因素影響，在很大程度上限制了其應(yīng)用范圍，隨著眾多軍民用導(dǎo)航產(chǎn)品對(duì)其導(dǎo)航性能需求的不斷提升，如何在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高精度定位導(dǎo)航已成為研究焦點(diǎn)。
[0003]載體處于高動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)、障礙遮擋、信號(hào)干擾、多路徑等復(fù)雜環(huán)境時(shí)，GNSS接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路容易產(chǎn)生信號(hào)失鎖和相位失周等現(xiàn)象，導(dǎo)致載波相位觀測(cè)值發(fā)生較大變化，采用載波相位平滑偽距將嚴(yán)重影響導(dǎo)航精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法，消除電離層延時(shí)和相位跳變對(duì)平滑偽距的影響，提高平滑偽距的精度和平滑度，改善GNSS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和導(dǎo)航穩(wěn)定性。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1，根據(jù)GNSS各通道跟蹤環(huán)路實(shí)時(shí)提供的多普勒頻移觀測(cè)值，基于α -β濾波方法平滑多普勒頻移觀測(cè)值；
[0007]步驟2，將步驟I中基于濾波方法所得到的多普勒頻移濾波值積分，基于Hatch濾波方法采用積分多普勒頻移平滑偽距，并取多項(xiàng)平滑偽距初始值進(jìn)行均值處理；
[0008]步驟3，確定GNSS接收機(jī)各通道狀態(tài)，根據(jù)觀測(cè)時(shí)間、衛(wèi)星星歷，實(shí)時(shí)確定GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置信息；
[0009]步驟4，根據(jù)步驟2所得的平滑偽距，結(jié)合步驟3所得的GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置信息，基于偽距定位方法確定GNSS接收機(jī)的位置信息。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:(1)針對(duì)載波相位平滑偽距現(xiàn)存缺點(diǎn)，基于α-β濾波方法實(shí)時(shí)平滑多普勒頻移，消除電離層延時(shí)誤差；(2)針對(duì)跟蹤環(huán)路信號(hào)失鎖和相位失周等現(xiàn)象，采用積分多普勒頻移平滑偽距，提高平滑偽距的精度和平滑度；(3)對(duì)平滑偽距初始值進(jìn)行均值處理，滿足快速高精度定位的導(dǎo)航需求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明電離層延時(shí)誤差校正曲線圖。
[0012]圖2是本發(fā)明基于積分多普勒平滑偽距導(dǎo)航定位的流程圖。
[0013]圖3是本發(fā)明基于載波相位平滑偽距導(dǎo)航定位靜態(tài)位置誤差圖。
[0014]圖4是本發(fā)明基于積分多普勒平滑偽距導(dǎo)航定位靜態(tài)位置誤差圖。
[0015]圖5是本發(fā)明基于載波相位平滑偽距導(dǎo)航定位動(dòng)態(tài)位置誤差圖。
[0016]圖6是本發(fā)明基于積分多普勒平滑偽距導(dǎo)航定位動(dòng)態(tài)位置誤差圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]電離層離地表高度為50?1000km，在太陽(yáng)光的強(qiáng)烈輻射下，存在大量的正離子和自由電子，不僅會(huì)造成衛(wèi)星信號(hào)傳播路徑的彎曲，而且會(huì)引起衛(wèi)星信號(hào)傳播速度的變化，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生延時(shí)，偽距和載波相位的電離層延時(shí)誤差主要由觀測(cè)時(shí)間、測(cè)點(diǎn)位置、衛(wèi)星高度角、季節(jié)變化等眾多復(fù)雜因素決定。
[0019]單頻GNSS接收機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定電離層延時(shí)誤差,一般采用Klobuchar模型估算電離層延時(shí)誤差予以校正和補(bǔ)償，衛(wèi)星信號(hào)電離層刺穿點(diǎn)的天頂電離層延時(shí)Iz:
5x10—9+Jcosf? —504002兀]I^50400I <f
[0020]Iz = jV T JCl；

5x10 9|卜50400丨 >τ
111 4
[0021]式⑴中，t為觀測(cè)時(shí)間，A為余弦函數(shù)振幅且』=^>,尤、T為余弦函數(shù)周期且





H-O
Τ=Σβ?φ1,小?>為傳播路徑與中心電離層交點(diǎn)的地磁緯度，％和βη可由GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航
η~0
電文獲??；
[0022]衛(wèi)星傾斜率F:
[0023]F = l + 16.0x(0.53--)3(2)

π
[0024]式(2)中，Θ為衛(wèi)星高度角；
[0025]因此，衛(wèi)星信號(hào)電離層延時(shí)校正值Λ P 1no:

/
[0026]^P1no = ~^:Fh(3)

COS^
[0027]式(3)中，ζ為衛(wèi)星在電離層刺穿點(diǎn)的天頂角。
[0028]圖1為電離層延時(shí)誤差校正曲線圖，圖示表明:觀測(cè)時(shí)間、衛(wèi)星高度角對(duì)電離層延時(shí)誤差校正有顯著影響，白天(8?18h)延時(shí)誤差校正值較大，晚間較??；衛(wèi)星高度角越低，延時(shí)誤差校正值越大，采用Klobuchar模型校正電離層延時(shí)的模型誤差大約為I?3m,可校正真實(shí)電離層延時(shí)誤差的50%?60%。
[0029]結(jié)合圖2，本發(fā)明基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法，包括以下步驟:
[0030]步驟1，根據(jù)GNSS各通道跟蹤環(huán)路實(shí)時(shí)提供的多普勒頻移觀測(cè)值/基于α濾波方法平滑多普勒頻移觀測(cè)值，具體如下:
[0031]根據(jù)GNSS各通道跟蹤環(huán)路在k時(shí)刻實(shí)時(shí)提供的多普勒頻移觀測(cè)值//，有:

【權(quán)利要求】
1.一種基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，根據(jù)GNSS各通道跟蹤環(huán)路實(shí)時(shí)提供的多普勒頻移觀測(cè)值，基于α-β濾波方法平滑多普勒頻移觀測(cè)值； 步驟2，將步驟I中基于α-β濾波方法所得到的多普勒頻移濾波值積分，基于Hatch濾波方法采用積分多普勒頻移平滑偽距，并取多項(xiàng)平滑偽距初始值進(jìn)行均值處理； 步驟3，確定GNSS接收機(jī)各通道狀態(tài)，根據(jù)觀測(cè)時(shí)間、衛(wèi)星星歷，實(shí)時(shí)確定GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置信息； 步驟4，根據(jù)步驟2所得的平滑偽距，結(jié)合步驟3所得的GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置信息，基于偽距定位方法確定GNSS接收機(jī)的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法，其特征在于，步驟I中所述根據(jù)GNSS各通道跟蹤環(huán)路實(shí)時(shí)提供的多普勒頻移觀測(cè)值?；基于α-β濾波方法平滑多普勒頻移觀測(cè)值，具體如下: 同_「1 Tl fix 尸一 O I }?
^」L_ J k-\ — <廠_! Γ A.~..-] /yP —.-| ririClri Jk Jk/ T1 Jk、
c = +β(Λ -1 ο γ ) fi fl— fl |_Λ」LA」j1Ljk _ 式中，i是GNSS接收機(jī)通道編號(hào)且i = 1，2，...Ν且12彡N彡16，T為跟蹤環(huán)路積分時(shí)間且I彡T彡20ms, fl {為k-Ι時(shí)刻多普勒頻移濾波值、}?_χ為k-Ι時(shí)刻多普勒頻移變化率濾波值，α、β是α _β濾波器參數(shù)且α = 0.005、β = 10 α 2/(2_α )，//為k時(shí)刻多普勒頻移先驗(yàn)估計(jì)值、/力k時(shí)刻多普勒頻移變化率先驗(yàn)估計(jì)值力k時(shí)刻多普勒頻移濾波值、Ji為k時(shí)刻多普勒頻移變化率濾波值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法，其特征在于，步驟2中所述基于α-β濾波方法所得到的多普勒頻移濾波值積分，基于Hatch濾波方法采用積分多普勒頻移平滑偽距，并取多項(xiàng)平滑偽距初始值進(jìn)行均值處理，具體步驟如下: (2.1)將步驟I中基于α-β濾波方法所得到的多普勒頻移濾波值//進(jìn)行積分計(jì)算，確定觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信號(hào)的積分多普勒頻移./:丨.:
fiPP=\)+kT h—dt=fsh—r)k k=0 式中，i是GNSS接收機(jī)通道編號(hào)且i = 1，2，...Ν且12彡N彡16，tQ為積分多普勒起始時(shí)刻，K為導(dǎo)航解算周期內(nèi)跟蹤環(huán)路更新次數(shù)且100 < K < 1000，T為跟蹤環(huán)路積分時(shí)間且I彡T彡20ms ； (2.2)基于Hatch濾波方法計(jì)算在k時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信號(hào)的積分多普勒平滑偽距P.
式中，A為GNSS接收機(jī)i通道衛(wèi)星信號(hào)在k時(shí)刻的偽距觀測(cè)值P η力在k-Ι時(shí)刻積分多普勒平滑偽距，入為衛(wèi)星信號(hào)波長(zhǎng)，M為Hatch濾波平滑時(shí)間常數(shù)且10≤M≤20 ; (2.3)取多項(xiàng)平滑偽距初始值進(jìn)行均值處理，平滑偽距初始平均值Pi1:1N
式(7)中，Pi為第η次積分多普勒平滑偽距初始值，N為均值處理常數(shù)且10≤N≤20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分多普勒平滑偽距的導(dǎo)航定位方法，其特征在于，步驟4中根據(jù)步驟2所得的平滑偽距P1 ；，結(jié)合步驟3所得的GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置信息(夂y1, Zi)，基于偽距定位方法確定GNSS接收機(jī)的位置信息(xu，yu, zu)，具體步驟如下:(4.1)根據(jù)積分多普勒平滑偽距、衛(wèi)星鐘差校正值％和對(duì)流層延時(shí)校正值7；，計(jì)算平滑偽距校正值/^_:
(4.2)根據(jù)步驟3所得GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置信息(夂y1, Zi)，前一時(shí)刻成功導(dǎo)航定位的位置信息和鐘差信息作為GNSS接收機(jī)觀測(cè)時(shí)刻初始概略位置(?,、Ztl)和初始概略鐘差St-，有:
式中，IiIpni為GNSS接收機(jī)i通道衛(wèi)星的偽距定位矩陣參數(shù)；
式中，η為可視衛(wèi)星數(shù)且4≤η≤12 ; (4.3)GNSS接收機(jī)的位置信息和鐘差信息由概略位置、概略鐘差和校正量組成，根據(jù)幾何矩陣G和誤差矩陣b得:
式中，(xu, yu, zu)為觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)的位置信息，δ tu為觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)的鐘差信息。
【文檔編號(hào)】G01S19/42GK104133231SQ201410366673
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】陳帥, 金磊, 丁翠玲, 劉亞玲, 徐芹麗, 趙鵬, 常耀偉, 鐘潤(rùn)伍, 王磊杰, 余威 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)