一種偽衛(wèi)星厘米級定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及衛(wèi)星導航與無線電定位領域，特別是一種偽衛(wèi)星厘米級定位方法。
【背景技術】
[0002] 目前，定位的需求越來越迫切，人們希望能夠在大型商場、公共場所、較長的高速 隧道等知道自身所在的位置。
[0003] W北斗和GI^S為代表的衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用越來越廣泛，并且已經(jīng)成為智能手機、 車載導航儀等必不可少的功能。然而，衛(wèi)星導航信號因建筑物的遮擋效應，無法穿透建筑物 墻壁，從而使衛(wèi)星導航接收機失去定位功能。
[0004] 基于上述原因，需要一種兼容北斗和GI^S導航信號的偽衛(wèi)星設備，可在智能手機、 車載導航儀等配置的北斗/GI^S導航忍片軟硬件模塊不變動的條件下，實現(xiàn)厘米級的定位 方法。因此，針對衛(wèi)星導航信號因建筑物的遮擋無法實現(xiàn)高精度定位的應用領域，本專利提 供了一種基于偽衛(wèi)星的厘米級定位系統(tǒng)與方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是：針對衛(wèi)星導航信號因建筑物的遮擋無法實現(xiàn)高精度定位的應用 領域，設計一種偽衛(wèi)星厘米級定位方法。
[0006] 為了達到上述目的，一種偽衛(wèi)星厘米級定位方法，包括W下步驟：
[0007] ①構建偽衛(wèi)星厘米級定位系統(tǒng)；所述的偽衛(wèi)星厘米級定位系統(tǒng)包括主偽衛(wèi)星和不 少于3顆的從偽衛(wèi)星，主偽衛(wèi)星和從偽衛(wèi)星均包括偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器、自閉環(huán)同步接收機、 接收天線和發(fā)射天線；分別測量主偽衛(wèi)星的接收天線和發(fā)射天線的坐標和從偽衛(wèi)星的接收 天線和發(fā)射天線的坐標；
[0008] ②主偽衛(wèi)星分別向所有從偽衛(wèi)星和偽衛(wèi)星用戶機發(fā)射主信號，所有從偽衛(wèi)星分別 同時向主偽衛(wèi)星、自身的自閉環(huán)同步接收機和偽衛(wèi)星用戶機發(fā)射從信號；
[0009] ③所有從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機分別同時接收主信號和自身的從信號，并根 據(jù)接收的主信號和自身的從信號計算出主偽衛(wèi)星和從偽衛(wèi)星之間的鐘差，然后將該鐘差寫 入從偽衛(wèi)星各自的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器的導航電文后，將該導航電文分別發(fā)射至主偽衛(wèi)星的 自閉環(huán)同步接收機和偽衛(wèi)星用戶機；
[0010] ④主偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機接收和處理所有從偽衛(wèi)星發(fā)射的包含導航電文 的從信號，獲得偽距測量值和載波測量值，并按照RTCM標準協(xié)議編寫主偽衛(wèi)星的導航電 文；將該導航電文通過主偽衛(wèi)星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器發(fā)射至偽衛(wèi)星用戶機；
[0011] ⑥偽衛(wèi)星用戶機接收處理所有從偽衛(wèi)星發(fā)射的包含導航電文的從信號和主偽衛(wèi) 星發(fā)射的包含導航電文的主信號，獲得偽距測量值和載波測量值，并建立單差或雙差載波 相位測量方程后，基于衛(wèi)星導航RTK解算原理完成單差或雙差載波相位測量方程的厘米級 定位；
[0012] 完成偽衛(wèi)星厘米級定位方法。
[0013] 其中，步驟③中主偽衛(wèi)星和從偽衛(wèi)星之間的鐘差計算方法具體為：
[0014]
[0015] 其中：A化為從偽衛(wèi)星和主偽衛(wèi)星之間的鐘差；化PLAA為從偽衛(wèi)星的系統(tǒng)時間偏 差；化PL±為主偽衛(wèi)星的系統(tǒng)時間偏差.PfW-"、為從偽衛(wèi)星的偽距測量值；戶f-A為從偽衛(wèi)星 的自閉環(huán)同步接收機接收天線和從偽衛(wèi)星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器發(fā)射天線之間的幾何距離； Pf-*為主偽衛(wèi)星的偽距測量值；4為從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機接收天線和主偽衛(wèi) 星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器發(fā)射天線之間的幾何距離；C為光速。
[0016] 其中，步驟⑥中的偽衛(wèi)星用戶機建立單差載波相位測量方程為：
[0017]
[0018] 其中，繼是對第i個從偽衛(wèi)星的單差載波相位測量值，
dtu主=dtu_dt主；
對主偽衛(wèi)星對第i個從偽衛(wèi)星的載 波相位測量方程；#-心1'為偽衛(wèi)星用戶機U對第i個從偽衛(wèi)星的載波相位測量方程；趕 為主偽衛(wèi)星的同步接收機對第i個從偽衛(wèi)星的載波相位測量值；/革'"d為主偽衛(wèi)星和第i 個從偽衛(wèi)星之間的幾何距離；為偽衛(wèi)星用戶機U和第i個從偽衛(wèi)星之間的幾何距離； 化±為主偽衛(wèi)星同步接收機的時間偏差；化。為偽衛(wèi)星用戶機U的時間偏差；W置-"、-i為主偽 衛(wèi)星和第i個從偽衛(wèi)星之間的整周模糊度；為偽衛(wèi)星用戶機U和第i個從偽衛(wèi)星之 間的整周模糊度；為主偽衛(wèi)星自閉換同步接收機對第i個從偽衛(wèi)星之間的多徑和熱 噪聲；Ed背為偽衛(wèi)星用戶機U對第i個從偽衛(wèi)星之間的多徑和熱噪聲；A為信號波長；f為信號頻率。
[0019] 其中，步驟⑥中的偽衛(wèi)星用戶機建立雙差載波相位測量方程為：
[0020]
[0021] 其中，苗邊是雙差載波相位測量值，


貓^是對第i個從 偽衛(wèi)星的單差載波相位測量值；-A-'為偽衛(wèi)星用戶機U對第i個從偽衛(wèi)星的載波相位測 量方程；為主偽衛(wèi)星的同步接收機對第i個從偽衛(wèi)星的載波相位測量值；/革為 主偽衛(wèi)星和第i個從偽衛(wèi)星之間的幾何距離；口f-A-i為偽衛(wèi)星用戶機U和第i個從偽衛(wèi)星 之間的幾何距離；W堅'為主偽衛(wèi)星和第i個從偽衛(wèi)星之間的整周模糊度；產(chǎn)心''為偽衛(wèi) 星用戶機U和第i個從偽衛(wèi)星之間的整周模糊度；sr/d為主偽衛(wèi)星自閉換同步接收機對 第i個從偽衛(wèi)星之間的多徑和熱噪聲；韻;為偽衛(wèi)星用戶機U對第i個從偽衛(wèi)星之間的 多徑和熱噪聲；墻^；是對第j個從偽衛(wèi)星的單差載波相位測量值；知《-"、-j為偽衛(wèi)星用戶機U 對第j個從偽衛(wèi)星的載波相位測量方程；^^呈-"、-/為主偽衛(wèi)星的同步接收機對第j個從偽衛(wèi) 星的載波相位測量值；堪-"d'為主偽衛(wèi)星和第j個從偽衛(wèi)星之間的幾何距離；為偽 衛(wèi)星用戶機U和第j個從偽衛(wèi)星之間的幾何距離；為主偽衛(wèi)星和第j個從偽衛(wèi)星之 間的整周模糊度；必f-心J為偽衛(wèi)星用戶機U和第j個從偽衛(wèi)星之間的整周模糊度； <至"^' 為主偽衛(wèi)星自閉換同步接收機對第j個從偽衛(wèi)星之間的多徑和熱噪聲；為偽衛(wèi)星用 戶機U對第j個從偽衛(wèi)星之間的多徑和熱噪聲；A為信號波長；f為信號頻率。
[0022] 其中，所述的主偽衛(wèi)星和從偽衛(wèi)星的結構相同。
[0023] 本發(fā)明技術具有如下優(yōu)點：
[0024] (i)本發(fā)明采用偽衛(wèi)星厘米級定位系統(tǒng)，具有時間同步與組網(wǎng)實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。
[00巧](ii)本發(fā)明提出了利用主偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機作為基準站的偽衛(wèi)星RTK方法，該方法在載波相位測量方程、整周模糊度求解和厘米級定位解算方面與衛(wèi)星導航的 RTK方法兼容的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的偽衛(wèi)星厘米級定位系統(tǒng)示意圖；
[0027] 圖2是從偽衛(wèi)星與主偽衛(wèi)星的自閉換同步接收示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明的偽衛(wèi)星厘米級定位流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的描述。
[0030] 一種偽衛(wèi)星厘米級定位方法，包括W下步驟：
[0031] ①構建偽衛(wèi)星厘米級定位系統(tǒng)；所述的偽衛(wèi)星厘米級定位系統(tǒng)包括主偽衛(wèi)星和不 少于3顆的從偽衛(wèi)星，主偽衛(wèi)星和從偽衛(wèi)星均包括偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器、自閉環(huán)同步接收機、 接收天線和發(fā)射天線；主偽衛(wèi)星和從偽衛(wèi)星的接收天線和發(fā)射天線的坐標分別使用儀器進 行精確的測量。
[0032] ②主偽衛(wèi)星分別向所有從偽衛(wèi)星和偽衛(wèi)星用戶機發(fā)射主信號，所有從偽衛(wèi)星分別 同時向主偽衛(wèi)星、自身的自閉環(huán)同步接收機和偽衛(wèi)星用戶機發(fā)射從信號。圖2是從偽衛(wèi)星 與主偽衛(wèi)星的自閉換同步接收示意圖。
[0033] ③所有從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機分別同時接收主信號和自身的從信號，并根 據(jù)接收的主信號和自身的從信號計算出主偽衛(wèi)星和從偽衛(wèi)星之間的鐘差，然后將該鐘差寫 入從偽衛(wèi)星各自的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器的導航電文后，并將該導航電文分別發(fā)射至主偽衛(wèi)星 的自閉環(huán)同步接收機和偽衛(wèi)星用戶機；
[0034] 其中，主偽衛(wèi)星與從偽衛(wèi)星之間的鐘差計算方法包括W下步驟：
[0035] (201)從偽衛(wèi)星對從信號的偽距測量，偽距測量方程如下：
[0036]
[0037] 其中：Pf-A為對從偽衛(wèi)星的從信號偽距測量值，由從偽衛(wèi)星自閉環(huán)同步接收機觀 測量獲得；嚴-為從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機接收天線和從偽衛(wèi)星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生 器發(fā)射天線之間的幾何距離，通過事先測量獲得；化f為從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機時間 偏差；化PL從為從偽衛(wèi)星的系統(tǒng)時間偏差；eptA為多徑和熱噪聲；C為光速。
[0038] (202)從偽衛(wèi)星對主信號偽距測量，偽距測量方程如下：
[0039]
[0040] 其中：pf-t為對主偽衛(wèi)星的主信號偽距測量值，由自閉環(huán)同步接收機觀測量獲 得。pf-S為從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機接收天線和主偽衛(wèi)星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器發(fā)射 天線之間的幾何距離，通過事先測量獲得；化f為自閉環(huán)同步接收機時間偏差；化Pt±為主偽 衛(wèi)星的系統(tǒng)時間偏差；e ±為多徑和熱噪聲；C為光速。
[0041] (203)計算主偽衛(wèi)星與從偽衛(wèi)星之間的鐘差。根據(jù)（201)中的從偽衛(wèi)星的偽距測 量方程與主偽衛(wèi)星的偽距測量方程（202)聯(lián)立方程組，通過對消處理，得到新的計算方程 為：
[0042]
[0043] 忽略多徑和接收機熱噪聲的影響，即（e化主-ePL從）=0。則步驟③中從偽衛(wèi)星 與主偽衛(wèi)星之間鐘差的計算方法為：
[0044]
[0045] 其中：A化為從偽衛(wèi)星和主偽衛(wèi)星的鐘差；PfM-"'為對從偽衛(wèi)星的偽距測量值； AfLW為從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機接收天線和從偽衛(wèi)星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器發(fā)射天線 之間的幾何距離；皆為對主偽衛(wèi)星的偽距測量值。/7戸-±為從偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收 機接收天線和主偽衛(wèi)星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器發(fā)射天線之間的幾何距離；C為光速。
[0046] ④主偽衛(wèi)星的自閉環(huán)同步接收機接收和處理所有從偽衛(wèi)星發(fā)射的包含導航電文 的從信號，獲得偽距測量值和載波測量值，并按照RTCM標準協(xié)議編寫主偽衛(wèi)星的導航電 文；該導航電文通過主偽衛(wèi)星的偽衛(wèi)星信號產(chǎn)生器發(fā)射至偽衛(wèi)星用戶機。
[0047] 其中，主偽衛(wèi)星對從偽衛(wèi)星和其自身發(fā)射的主信號的載波相位測量具體為：
[0048] 主偽衛(wèi)星對第i個從偽衛(wèi)星的載波相位測量方程趕為：
[0049]
[0050] 其中為主偽衛(wèi)星的