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一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法

文檔序號:9431219閱讀:300來源:國知局
一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及導(dǎo)航信號增強(qiáng)信息提取算法,具體為一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取 算法,廣泛適用于精密定位導(dǎo)航場景中。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS,Global化vigationSatelliteSystem)快速發(fā)展的 近20年間,各個系統(tǒng)發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量不斷增加,合理利用運(yùn)些資源有助于提高GNSS的定位精 度。同時,需要實(shí)時精密定位的用戶數(shù)量快速增長,且動態(tài)環(huán)境導(dǎo)致的多普勒頻偏、城市建 筑物密集帶來的多徑效應(yīng)和峽谷森林等復(fù)雜環(huán)境造成的遮擋作用大大影響了接收機(jī)定位 導(dǎo)航的精度和實(shí)時性,單純依賴衛(wèi)星信號已無法滿足定位導(dǎo)航需求,因此為用戶提供輔助 信息來增強(qiáng)定位導(dǎo)航性能具有重要的研究意義。
[0003] 目前,國內(nèi)外提供的GNSS定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息主要是從靜態(tài)觀測站獲取數(shù)據(jù),尚未 從動態(tài)用戶接收機(jī)出發(fā)去研究,而動態(tài)用戶卻是GNSS提供服務(wù)的主要對象,也是擁有各類 原始信息的主要來源?;诤A縿討B(tài)歷史GNSS數(shù)據(jù)的區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法可 W解決靜態(tài)數(shù)據(jù)分析的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決基于靜態(tài)數(shù)據(jù)分析的定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法具有局限性的 問題,提供了一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法。
[0005] 本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法,包 括W下步驟:
[0006] 四個衛(wèi)星系統(tǒng)歷史中頻數(shù)據(jù)經(jīng)過衛(wèi)星信號接收機(jī)捕獲、跟蹤、位同步和帖同步處 理,由衛(wèi)星信號接收機(jī)輸出各路衛(wèi)星信號的偽距測量值和導(dǎo)航電文;
[0007] 四個衛(wèi)星系統(tǒng)各自的權(quán)矩陣分別為
4,分別代表GPS、抓S、化0ANSS、Galileo衛(wèi)星系統(tǒng),目i為第j顆衛(wèi)星的高度角;口!為單點(diǎn) 定位時觀測衛(wèi)星在天頂時的偽距觀測單位權(quán)方差,則初始權(quán)矩陣P= (Pi,P2,P3,P4);
[0008] 不同系統(tǒng)n顆衛(wèi)星的偽距測量值觀測方程組化矩陣AP=AAx+e;式中Ax為 位置偏差,A表示系統(tǒng)矩陣,e表示系統(tǒng)噪聲;
[0009] 對n顆衛(wèi)星的偽距測量值觀測方程組化矩陣?yán)贸跏紮?quán)矩陣P進(jìn)行加權(quán),得到 PAP=PAAx+Pe,利用序貫最小二乘原理求解得到位置偏差A(yù)X= (ATpA)lATpAP, 并結(jié)合偽距測量值觀測方程組化矩陣得到誤差V=AAX-AP ;
[0010] 選擇基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法來對誤差進(jìn)行迭代,使得誤差V最 小并得到最佳權(quán)矩陣P。:基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法的公式為:=W,式中
[0011]
[001引S。=k1付(N(i)NiN( "Ni)-化2付(N(i)Ni)+rii,i=1,2, 3, 4,
[001引Sij=kitr(N(i)NiN(i)Ni),i=l,2,3,4,j= 1,2,3,4,A^, =4^戶乂,其中A康 示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)單獨(dú)定位時的系統(tǒng)矩陣,ni表示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)的可見衛(wèi)星數(shù)目, N=N1+N2+N3+N4,其中
第i個系統(tǒng)的第K次更新后的權(quán)矩陣 式中C為任一常數(shù),迭代計(jì)算至<=<=< =< 時,誤差V最小,此時得到
, 的權(quán)矩陣P/W就是最佳權(quán)矩陣P。;
[0014] 衛(wèi)星信號的偽距測量值和導(dǎo)航電文通過最佳權(quán)矩陣P。進(jìn)行加權(quán)融合,得到定位導(dǎo) 航增強(qiáng)信息;
[0015] 定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息與相應(yīng)的=維位置坐標(biāo)進(jìn)行對應(yīng),得到區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信 息,完成區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息的提取。
[0016] 本發(fā)明在普通的方差分量估計(jì)法中加入了精密調(diào)控估計(jì)性能的M估計(jì),提高了方 差分量估計(jì)法的精確度和抗粗差性能,從而可W有效的解決多系統(tǒng)組合定位時,對多系統(tǒng) 偽距進(jìn)行有效加權(quán)的問題;同時,通過將定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息與位置信息進(jìn)行對應(yīng),為增強(qiáng)信 息增加區(qū)域?qū)傩?,從而提高增?qiáng)信息的精度。通過使用該種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算 法,可W有效的提高衛(wèi)星系統(tǒng)定位的精度和實(shí)時性,特別是在遮擋嚴(yán)重、多徑效應(yīng)嚴(yán)重、可 見衛(wèi)星數(shù)目不足的惡劣環(huán)境中,在本算法提取出來的區(qū)域增強(qiáng)信息的輔助下,可W實(shí)現(xiàn)偽 距精密單點(diǎn)定位。
【附圖說明】
[0017] 圖1為衛(wèi)星信號處理流程圖。
[001引圖2為區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法,包括W下步驟:
[0020] 四個衛(wèi)星系統(tǒng)歷史中頻數(shù)據(jù)經(jīng)過衛(wèi)星信號接收機(jī)捕獲、跟蹤、位同步和帖同步處 理,由衛(wèi)星信號接收機(jī)輸出各路衛(wèi)星信號的偽距測量值和導(dǎo)航電文;
[0021]四個衛(wèi)星系統(tǒng)各自的權(quán)矩陣分別為
,i=l,2,3, 4,分別代表GPS、抓S、化0ANSS、Galileo衛(wèi)星系統(tǒng),目i為第j顆衛(wèi)星的高度角;口>5為單點(diǎn) 定位時觀測衛(wèi)星在天頂時的偽距觀測單位權(quán)方差,則初始權(quán)矩陣P= (Pi,P2,P3,P4);
[0022] 不同系統(tǒng)n顆衛(wèi)星的偽距測量值觀測方程組化矩陣AP=AAx+e;式中Ax為 位置偏差,A表示系統(tǒng)矩陣,e表示系統(tǒng)噪聲;
[0023] 對n顆衛(wèi)星的偽距測量值觀測方程組化矩陣?yán)贸跏紮?quán)矩陣P進(jìn)行加權(quán),得到 PAP=PAAX+Pe,利用序貫最小二乘原理求解得到位置偏差A(yù)X= (ATpA)lATpAP, 并結(jié)合偽距測量值觀測方程組化矩陣得到誤差V=AAX-AP ;
[0024] 選擇基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法來對誤差進(jìn)行迭代,使得誤差V最 小并得到最佳權(quán)矩陣P。:基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法的公式為:沒=r.,式中

[0027]
,其中A康 示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)單獨(dú)定位時的系統(tǒng)矩陣,rii表示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)的可見衛(wèi)星數(shù)目, N=N1+N2+N3+N4,其中:
第i個系統(tǒng)的第K次更新后的權(quán)矩陣
式中C為任一常數(shù),迭代計(jì)算至
時,誤差V最小,此時得到 的權(quán)矩陣P/W就是最佳權(quán)矩陣P。;
[0028] 衛(wèi)星信號的偽距測量值和導(dǎo)航電文通過最佳權(quán)矩陣P。進(jìn)行加權(quán)融合,得到定位導(dǎo) 航增強(qiáng)信息;
[0029] 定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息與相應(yīng)的=維位置坐標(biāo)進(jìn)行對應(yīng),得到區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信 息,完成區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息的提取。
[0030] 具體實(shí)施時,基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法中的參數(shù)
現(xiàn)對ki與k2中的參數(shù)A1,,A,,,入3,做如下推導(dǎo):在使用基 于M殘差的方差分量估計(jì)時,設(shè)有m類彼此獨(dú)立的觀測,第i類觀測的個數(shù)為ni,相應(yīng) 的單位權(quán)方差為<,權(quán)矩陣為Pi,函數(shù)模型與隨機(jī)模型分別為:Vi=AlAX-Li(i=
正i. = (A.i,左,巧='塔(氣,C2,...,C, ).i= 1,2,. . .,m,根據(jù)Huber給出的關(guān)于M估計(jì)的定義,不同類觀測的解方程為:
,根據(jù) M估計(jì)理論,可引入前文中的=個參數(shù):

./ = ,分別是第i類觀測的第一、二S多余參數(shù)。
[0031] 多系統(tǒng)歷史中頻數(shù)據(jù)需經(jīng)歷捕獲、跟蹤、位同步和帖同步四個處理過程才能得到 各路衛(wèi)星信號的偽距和導(dǎo)航電文,運(yùn)是由GNSS軟件接收機(jī)完成的,在捕獲階段,接收機(jī)分 別從數(shù)字中頻數(shù)據(jù)中捜索、捕獲各顆可見衛(wèi)星信號,并且從中獲得當(dāng)前運(yùn)個衛(wèi)星信號的載 波頻率和C/A碼相位的粗略估計(jì)值,在跟蹤階段,跟蹤環(huán)路將通過碼環(huán)和載波環(huán)來逐步精 細(xì)估計(jì)運(yùn)兩個信號參量,再經(jīng)過位同步和帖同步之后輸出各路衛(wèi)星信號偽距和導(dǎo)航電文數(shù) 據(jù)比特。
[0032] 因?yàn)槊恳活w衛(wèi)星對應(yīng)著不相同的信號的多普勒頻移、C/A碼序列及其相位等一些 信號參量,所W必須對每顆衛(wèi)星的信號分別進(jìn)行獨(dú)立的跟蹤與處理。在典型接收機(jī)的基帶 數(shù)字信號處理部分,常有N個圖1所示的處理通道,中頻數(shù)據(jù)需要從全部N個接收機(jī)信號 通道的入口輸入到處理通道,然后各個通道各自輸出其所跟蹤的那顆衛(wèi)星的偽距和導(dǎo)航電 文。
[0033] 得到海量偽距測量值和導(dǎo)航電文后,需要對海量歷史GNSS偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行 加權(quán)融合,再將加權(quán)融合后的定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息與相應(yīng)的=維位置坐標(biāo)進(jìn)行對應(yīng),來完成 區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息的提取,因此海量歷史GNSS偽距和導(dǎo)航電文的最佳權(quán)矩陣的確定 是區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取的關(guān)鍵。本發(fā)明使用高度角先驗(yàn)定權(quán)和基于M殘差的方差 分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法來確定最佳權(quán)矩陣,區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法流程圖如圖2所 /J、- 〇
[0034] 由于導(dǎo)航電文中包含了鐘差、軌道誤差等重要信息,加權(quán)后的導(dǎo)航電文即為精度 較高的鐘差、軌道誤差校正值等等,也即本發(fā)明中所指的增強(qiáng)信息。在導(dǎo)航電文加權(quán)的過 程中,已經(jīng)根據(jù)偽距觀測方程對其進(jìn)行了定位解算,也即得到了各個定位點(diǎn)的位置坐標(biāo),因 此將各個加權(quán)后的導(dǎo)航電文與相應(yīng)的位置坐標(biāo)對應(yīng)起來,形成一個數(shù)值對(locationID, ANSI),完成區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息的提取。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法,其特征在于包括以下步驟: 四個衛(wèi)星系統(tǒng)歷史中頻數(shù)據(jù)經(jīng)過衛(wèi)星信號接收機(jī)捕獲、跟蹤、位同步和幀同步處理,由 衛(wèi)星信號接收機(jī)輸出各路衛(wèi)星信號的偽距測量值和導(dǎo)航電文; 四個衛(wèi)星系統(tǒng)各自的權(quán)矩陣分別為:,1 = 1,2,3,4,分 別代表GPS、BDS、GLOANSS、Galileo衛(wèi)星系統(tǒng),Θ j為第j顆衛(wèi)星的高度角;為單點(diǎn)定位 時觀測衛(wèi)星在天頂時的偽距觀測單位權(quán)方差,則初始權(quán)矩陣P= (PubP3J4); 不同系統(tǒng)η顆衛(wèi)星的偽距測量值觀測方程組化矩陣Λ P =ΑΛχ+ε ;式中Λ X為位 置偏差,A表不系統(tǒng)矩陣,ε表不系統(tǒng)噪聲; 對η顆衛(wèi)星的偽距測量值觀測方程組化矩陣?yán)贸跏紮?quán)矩陣P進(jìn)行加權(quán),得到P Λ P =PA Λ χ+Ρ ε,利用序貫最小二乘原理求解得到位置偏差Λ X = (AtPA) 1AtP Λ P,并結(jié)合 偽距測量值觀測方程組化矩陣得到誤差V = A Λ X- Λ P ; 選擇基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法來對誤差進(jìn)行迭代,使得誤差V最小 并得到最佳權(quán)矩陣Pc:基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法的公式為:,式中Slj= k!tr(N( 1}ΝΧΝ( liN1), i = I, 2, 3, 4, j = I, 2, 3, 4,,其中 A1 表示第 i 個 衛(wèi)星系統(tǒng)單獨(dú)定位時的系統(tǒng)矩陣,Ii1表示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)的可見衛(wèi)星數(shù)目,N = Ni+N2+N3+N4,其中: ,第i個系統(tǒng)的第K次更新后的權(quán)矩陣 式中c為 , 任一常數(shù),迭代計(jì)算至,誤差V最小,此時得到的權(quán)矩陣P1(k)就是最佳 權(quán)矩陣P。; 衛(wèi)星信號的偽距測量值和導(dǎo)航電文通過最佳權(quán)矩陣Pc進(jìn)行加權(quán)融合,得到定位導(dǎo)航增 強(qiáng)信息; 定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息與相應(yīng)的三維位置坐標(biāo)進(jìn)行對應(yīng),得到區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息,完 成區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息的提取。
【專利摘要】本發(fā)明涉及導(dǎo)航信號增強(qiáng)信息提取算法,具體為一種區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息提取算法,包括以下步驟:多系統(tǒng)歷史中頻數(shù)據(jù)經(jīng)過衛(wèi)星信號接收機(jī)處理,由衛(wèi)星信號接收機(jī)輸出各路衛(wèi)星信號的偽距和導(dǎo)航電文;通過高度角先驗(yàn)定權(quán)確定初始權(quán)矩陣;初始權(quán)矩陣通過基于M殘差的方差分量估計(jì)驗(yàn)后定權(quán)法來確定最佳權(quán)矩陣;各路衛(wèi)星信號的偽距和導(dǎo)航電文與最佳權(quán)矩陣進(jìn)行加權(quán)融合,得到定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息;定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息與三維坐標(biāo)進(jìn)行對應(yīng),完成區(qū)域定位導(dǎo)航增強(qiáng)信息的提取。本發(fā)明有效的提高衛(wèi)星系統(tǒng)定位的精度和實(shí)時性,特別是在遮擋嚴(yán)重、多徑效應(yīng)嚴(yán)重、可見衛(wèi)星數(shù)目不足的惡劣環(huán)境中,在本算法提取出來的區(qū)域增強(qiáng)信息的輔助下,可以實(shí)現(xiàn)偽距精密單點(diǎn)定位。
【IPC分類】G01S19/37
【公開號】CN105182379
【申請?zhí)枴緾N201510651325
【發(fā)明人】李燈熬, 吳剛, 趙菊敏
【申請人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月10日
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