專利名稱：一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法。
技術(shù)背景
隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在航天、航空、遙感、通信、測(cè)繪等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，全球衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)迅速的深入到人么你生活的各個(gè)領(lǐng)域，極大的提高了聲場(chǎng)效率。GNSS系統(tǒng)是具有全 球性、全時(shí)性、全天候性的導(dǎo)航、定位、授時(shí)、測(cè)速系統(tǒng)。近年來，隨著個(gè)人應(yīng)用的普及，市場(chǎng) 對(duì)GNSS定位、測(cè)速性能和穩(wěn)定性的要求迅速上升。
衛(wèi)星導(dǎo)航定位的方法主要包括載波相位定位和偽距定位兩種方式。載波相位定位 利用對(duì)衛(wèi)星信號(hào)實(shí)時(shí)相位的準(zhǔn)確最終，能夠獲得厘米級(jí)的距離測(cè)量精度，從而得到亞米級(jí) 乃至毫米級(jí)的定位精度；偽距定位采用速率相對(duì)較慢的偽隨機(jī)碼相位測(cè)量值作為衛(wèi)星與接 收機(jī)間距離的測(cè)量工具，其測(cè)量值的可用性高于載波相位測(cè)量，但測(cè)量精度較低，定位精度 通常在米級(jí)至10米級(jí)。
在城市環(huán)境下，直射信號(hào)收到建筑物和樹木等遮擋，GNSS接收機(jī)收到的直射信號(hào) 強(qiáng)度很低且包含大量多徑信號(hào)，鎖相環(huán)的輸入信噪比極低，無法完成對(duì)信號(hào)相位的跟蹤。在 接收機(jī)載體具有很大瞬時(shí)動(dòng)態(tài)的條件下，由于鎖頻環(huán)對(duì)多普勒的跟蹤存在延時(shí)，瞬時(shí)載波 相位旋轉(zhuǎn)可能大于2 π，此時(shí)鎖相環(huán)路會(huì)發(fā)生短暫失鎖，載波相位整周數(shù)變化測(cè)量發(fā)生跳 變。在上述條件下，接收機(jī)無法利用載波相位完成高精度定位。
利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)速方法主要包括位置差分和利用多普勒計(jì)算兩種方式。位置 差分法將前后兩個(gè)連續(xù)歷元間的位置估計(jì)結(jié)果求差后相對(duì)歷元間隔平均，該方法極易受到 位置估計(jì)結(jié)果中的噪聲影響，無法提供具有可靠精度的速度測(cè)量值；利用多普勒計(jì)算接收 機(jī)速度主要基于多普勒效應(yīng)的表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于它的步驟如下1)位置速度聯(lián)合估計(jì)單元在歷元到達(dá)時(shí)刻從接收機(jī)獲取當(dāng)前偽隨機(jī)碼相位、多普勒和 載噪比測(cè)量值；2)初始化階段，對(duì)當(dāng)前偽距測(cè)量值與接收機(jī)位置關(guān)系，以及當(dāng)前多普勒測(cè)量值與接收 機(jī)速度關(guān)系分別建模，利用加權(quán)最小二乘方法分別計(jì)算接收機(jī)位置和速度作為當(dāng)前歷元到 達(dá)時(shí)刻的位置速度估計(jì)值；3)初始化階段完成后，對(duì)當(dāng)前偽距測(cè)量值與接收機(jī)位置速度關(guān)系，以及當(dāng)前多普勒測(cè) 量值與接收機(jī)位置速度關(guān)系進(jìn)行建模，聯(lián)立偽距測(cè)量描述方程組和多普勒測(cè)量描述方程組 構(gòu)成測(cè)量方程組；以上一歷元到達(dá)時(shí)刻得到的接收機(jī)位置速度估計(jì)值作為當(dāng)前歷元到達(dá)時(shí) 刻測(cè)量方程組求解的初始值，利用加權(quán)最小二乘方法對(duì)上述測(cè)量方程組求解；4)加權(quán)最小二乘權(quán)重系數(shù)中，不同通道信號(hào)的偽距根據(jù)當(dāng)前載噪比估計(jì)值進(jìn)行加權(quán)， 不同通道信號(hào)的多普勒同樣根據(jù)當(dāng)前載噪比估計(jì)值進(jìn)行加權(quán)，偽距和多普勒測(cè)量方程組根 據(jù)接收機(jī)跟蹤通道輸出的偽隨機(jī)碼相位誤差和多普勒誤差的方差比值進(jìn)行加權(quán)。5)若當(dāng)前歷元到達(dá)時(shí)刻的位置速度估計(jì)失敗，位置速度估計(jì)值失效，位置速度聯(lián)合估 計(jì)單元進(jìn)入初始化階段，重新對(duì)估計(jì)流程進(jìn)行初始化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于所述的 在歷元到達(dá)時(shí)刻從接收機(jī)獲取當(dāng)前偽隨機(jī)碼相位和多普勒測(cè)量值步驟為1)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)捕獲GNSS衛(wèi)星信號(hào)，并實(shí)時(shí)跟蹤信號(hào)，測(cè)量信號(hào)的偽隨機(jī)碼相位、 多普勒和載噪比狀態(tài)；2)接收機(jī)根據(jù)其定時(shí)設(shè)置，在歷元到達(dá)時(shí)刻對(duì)當(dāng)前偽隨機(jī)碼相位、多普勒和載噪比測(cè) 量值進(jìn)行采樣，并發(fā)送給位置速度聯(lián)合估計(jì)單元；3)位置速度聯(lián)合估計(jì)單元獲取接收機(jī)發(fā)來的信息并以信息到達(dá)時(shí)刻作為歷元到達(dá)時(shí)刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于所述的 初始化階段，對(duì)當(dāng)前偽距測(cè)量值與接收機(jī)位置關(guān)系，以及當(dāng)前多普勒測(cè)量值與接收機(jī)速度 關(guān)系分別建模，利用加權(quán)最小二乘方法分別計(jì)算接收機(jī)位置和速度作為當(dāng)前歷元到達(dá)時(shí)刻 的位置速度估計(jì)值步驟為1)位置速度聯(lián)合估計(jì)單元中的權(quán)重計(jì)算模塊獲105取當(dāng)前各通道信號(hào)載噪比測(cè)量值， 將其按最大值歸一化后作為不同通道信號(hào)偽距權(quán)重系數(shù)和不同通道信號(hào)的多普勒權(quán)重系 數(shù)。2)位置速度聯(lián)合估計(jì)單元中的偽距測(cè)量建模模塊102將偽隨機(jī)碼相位對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā) 射時(shí)間和從計(jì)時(shí)器獲得的當(dāng)前時(shí)間求差，得到偽距時(shí)間，偽距時(shí)間乘以光速c得到偽距測(cè) 量值矢量P = Ip1, P2,…，Pn}。其中η為當(dāng)前可用于位置速度估計(jì)的GNSS衛(wèi)星信號(hào) 數(shù)量。偽距測(cè)量建模模塊102對(duì)偽距值建模如下假定接收機(jī)的三維位置為Pu = (xu, yu, zu)，計(jì)時(shí)器時(shí)間偏差量為tu，偽距測(cè)量值滿足方程組P1 =本XJ -Xuf+ (y； - Vtl f + O, -O2 + Ctu + COpj 7=1,2,···, (1)其中，Pj = (xj; yj; Zj)為第j顆衛(wèi)星的三維位置，ω pJ為第j顆衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的偽距測(cè)量值中的噪聲分量。3)位置速度聯(lián)合估計(jì)單元中的加權(quán)最小二乘位置估計(jì)模塊106以當(dāng)前的接收機(jī)位置 估計(jì)值為(U ,^JW)，估計(jì)值與中心值誤差為(ΔΧι1，Ayu，Azu, Atu)，將方程組⑴線性 化為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于所述的 初始化階段完成后，對(duì)當(dāng)前偽距測(cè)量值與接收機(jī)位置速度關(guān)系，以及當(dāng)前多普勒測(cè)量值與 接收機(jī)位置速度關(guān)系進(jìn)行建模，聯(lián)立偽距測(cè)量描述方程組和多普勒測(cè)量描述方程組構(gòu)成測(cè) 量方程組步驟為位置速度聯(lián)合估計(jì)單元中的聯(lián)合估計(jì)建模模塊104將偽隨機(jī)碼相位對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)射 時(shí)間和從計(jì)時(shí)器獲得的當(dāng)前時(shí)間求差，得到偽距時(shí)間，偽距時(shí)間乘以光速c得到偽距測(cè)量 值矢量P = (P1, P2,…，PnI ；得到多普勒測(cè)量值矢量fd= {fdl，fd2，…，fdn}，其中η為 當(dāng)前可用于位置速度估計(jì)的GNSS衛(wèi)星信號(hào)數(shù)量；聯(lián)合估計(jì)建模模塊對(duì)測(cè)量值建模如下假定接收機(jī)的三維位置為Pu = (xu, yu，zu)，接收機(jī)的三維速度為Vu = (vxu，vyu, vzu)，計(jì) 時(shí)器時(shí)間偏差量為tu，測(cè)量值滿足方程組
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于所述的 以上一歷元到達(dá)時(shí)刻得到的接收機(jī)位置速度估計(jì)值作為當(dāng)前歷元到達(dá)時(shí)刻測(cè)量方程組求 解的初始值，利用加權(quán)最小二乘方法對(duì)上述測(cè)量方程組求解步驟為1)位置速度聯(lián)合估計(jì)單元中的權(quán)重計(jì)算模塊105獲取當(dāng)前各通道信號(hào)載噪比測(cè)量值， 將其按最大值歸一化后作為不同通道信號(hào)偽距權(quán)重系數(shù)和不同通道信號(hào)的多普勒權(quán)重系 數(shù)；將接收機(jī)跟蹤通道偽隨機(jī)碼相位誤差和多普勒誤差的方差比值作為偽距和多普勒測(cè)量 方程組權(quán)重系數(shù)。2)位置速度聯(lián)合估計(jì)單元中的加權(quán)最小二乘位置速度聯(lián)合估計(jì)模塊108以當(dāng)前的接 收機(jī)位置速度估計(jì)值為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導(dǎo)航位置速度聯(lián)合估計(jì)方法。它利用多普勒測(cè)量值與接收機(jī)位置的相關(guān)性，通過對(duì)接收機(jī)復(fù)現(xiàn)的多普勒測(cè)量值進(jìn)行建模，并與偽距測(cè)量模型聯(lián)立求解，解決了無法獲取準(zhǔn)確載波相位測(cè)量值時(shí)的接收機(jī)位置速度實(shí)時(shí)估計(jì)的問題。該方法在每一新歷元時(shí)刻根據(jù)當(dāng)前的偽距和多普勒測(cè)量值進(jìn)行定位測(cè)速聯(lián)合估計(jì)，以非線性方程組加權(quán)最小二乘求解迭代過程中的估計(jì)位置代替?zhèn)尉喽ㄎ唤Y(jié)果作為接收機(jī)速度估計(jì)的參考位置，使速度估計(jì)值隨位置估計(jì)逐次收斂。同時(shí)，估計(jì)誤差中包含了速度誤差，使得算法收斂判決更為嚴(yán)格，算法在實(shí)際位置周圍的搜索步進(jìn)減小，以獲得更高的估計(jì)精度。本發(fā)明能夠可靠的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位測(cè)速，適用于GPS、GLONASS等多種系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01S19/27GK102033236SQ20101051655
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者李立言, 王悅, 趙民建, 鐘杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)