本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于終端轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的定位跟蹤方法。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)得到越來越廣泛的應用。通用的衛(wèi)星導航接收機可以方便地提供全球性、全天候和連續(xù)的精密三維定位能力。而輔助GNSS技術(shù)通過本地服務器和小區(qū)基站提供輔助信息使得接收和處理衛(wèi)星信號的步驟簡化了，使得需要從衛(wèi)星信號中得到的信息量和時間量最小化，從而可以可快的完成定位，可以處理更弱的信號。

終端的定位跟蹤在當今社會需求越來越大，比如終端的位置信息獲取與傳輸，牧場動物的檢測與定位，設(shè)備儀器的位置獲取等等。主要的技術(shù)是基于GPS定位模塊，通過終端內(nèi)置的GPS接收機接收并處理GPS信號，解算出終端的位置信息。可通過人工去取回定位數(shù)據(jù)或者采用終端建立UHF通訊進行數(shù)據(jù)下載，也可通過Argos衛(wèi)星傳送GPS定位數(shù)據(jù)，隨著時代發(fā)展，最新的技術(shù)可通過GSM等無線通信網(wǎng)絡接收定位數(shù)據(jù)和發(fā)送定位計劃給終端。對于野外的應用，由于定位耗能和電池續(xù)航的問題，一般定位不是持續(xù)進行的，采用間隔一段時間回傳定位數(shù)據(jù)的模式。比如由Lotek Wireless研制的GPS項圈，其系列產(chǎn)品可通過項圈內(nèi)置GPS接收機對鳥類、哺乳動物、魚類進行監(jiān)測定位，重量為200g到1250g不等。我國隨著北斗系統(tǒng)的日趨成熟，也發(fā)展出一套基于北斗系統(tǒng)的終端定位技術(shù)，利用北斗系統(tǒng)實現(xiàn)自身的定位，并通過北斗短報文傳輸定位信息。

但這些技術(shù)的缺點在于終端設(shè)備的重量較大、功耗較大，且成本較大，不適用于大規(guī)模的應用，需要終端小型化、輕便化的應用，以及能源更換困難的應用。因此，研究實現(xiàn)一種低成本低功耗的可對一定區(qū)域大規(guī)模終端進行長期連續(xù)時間的定位跟蹤方法是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于終端轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的定位跟蹤方法，將定位處理放在基站進行，降低終端模塊的功耗、成本和復雜性。實現(xiàn)對一定區(qū)域的大規(guī)模終端進行長期連續(xù)時間的高精度定位跟蹤。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種基于終端轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的定位跟蹤方法，該方法通過終端轉(zhuǎn)發(fā)導航衛(wèi)星信號，基站基于輔助GNSS和高靈敏GNSS技術(shù)處理轉(zhuǎn)發(fā)信號實現(xiàn)終端的定位跟蹤；該方法利用的系統(tǒng)由轉(zhuǎn)發(fā)式定位基站，低成本、低功耗的定位跟蹤模塊及集成終端，信息處理中心和主控站組成，可實現(xiàn)對終端位置和身份信息的自動獲取、傳輸與管理，可對一定區(qū)域的大規(guī)模終端進行長期連續(xù)時間的高精度定位跟蹤；該方法包括以下步驟：

步驟A，終端啟動GNSS信號接收器接收一小段GNSS信號，經(jīng)低噪放大和下變頻后，再加上帶終端信息的信號，二者正交調(diào)制通過發(fā)射天線轉(zhuǎn)發(fā)給基站；

步驟B，基站接收由終端轉(zhuǎn)發(fā)的GNSS信號，由該轉(zhuǎn)發(fā)信號的碼相位信息和基站本地接收機信息等獲得終端接收GNSS時刻的位置信息，通過解調(diào)終端信息信號得到終端個體身份信息和附加傳感器采集的信息；

步驟C，基站將終端的位置和身份信息通過數(shù)傳電臺發(fā)送給信息處理中心，信息處理中心進行匯總，然后發(fā)送給主控站；

步驟D，主控站管理大規(guī)模終端的位置信息，按終端種類、個體、日期和區(qū)域分門別類，并可在軟件端任意查詢。

其中，低成本、低功耗的定位跟蹤模塊包括接收天線、低噪放大部分、信號處理部分、時鐘控制部分和發(fā)射天線，所述步驟A具體實施方式包括：

步驟A1，轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的獲?。航K端打開GNSS信號接收器接收一小段長度的GNSS信號，采用前端噪聲系數(shù)小的低噪放大先對GNSS信號進行出處理，并進行下變頻、濾波和上變頻到發(fā)送頻段；

步驟A2，終端信息電文的生成：終端信息信號由多幀信息電文組成，每一幀的信息電文包括由PN碼組成的幀頭，64位的信息位以及16位CRC校驗位；幀頭由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生，用于信號檢測與同步，信道估計與均衡；64位信息位由終端所在區(qū)域、種類、個體信息等編碼生成；16位CRC校驗位是根據(jù)64位信息位相應生成，用于檢錯；

步驟A3，終端信號的發(fā)送：GNSS的轉(zhuǎn)發(fā)信號經(jīng)低噪聲、高增益的處理后調(diào)制到載頻的I支路上，終端信息電文采用旁瓣小、邊帶影響小的MSK調(diào)制到載頻的Q支路上，二者正交調(diào)制VHF或者UHF的載波上由發(fā)射天線發(fā)送給基站，可根據(jù)應用場景的不同選擇實際的發(fā)射載頻。

其中，所述步驟A3具體還包括：終端采用時分多址和頻分多址結(jié)合的信號發(fā)送體制以避免各終端信號相互間的干擾和實現(xiàn)終端的低功耗；將一段時間劃分成多個時隙，每個時隙只允許一個終端向基站發(fā)送信號，終端由內(nèi)部時鐘控制，間隔一定時間喚醒并在規(guī)定時隙內(nèi)發(fā)送信號；另外，將傳輸頻帶劃分為多個頻點，各終端按種類或同一種類按一定數(shù)量劃分，將信號調(diào)制到各規(guī)定頻點發(fā)送。

其中，所述步驟B具體實施方式包括：

步驟B1，基站本地GNSS接收機測得基站高精度位置信息和當前時刻的各衛(wèi)星的導航電文，提取輔助信息，并傳遞給處理終端信號的接收機；

步驟B2，接收機根據(jù)輔助信息對當前可見衛(wèi)星的信號進行捕獲，采用多普勒輔助的并行碼相位捕獲方法，并采用Nms長度相干積分的高靈敏捕獲，得到各衛(wèi)星的碼相位；

步驟B3，由各衛(wèi)星碼相位和輔助信息中當前時刻的導航電文，計算出各導航衛(wèi)星的偽距值；當前捕獲到四顆及以上衛(wèi)星信號時采用加權(quán)最小二乘法求解終端的位置；

步驟B4，接收機同時解調(diào)信號的正交支路上的信息電文，利用幀頭的PN碼實現(xiàn)信號的檢測和幀同步，利用16位CRC碼檢驗信息位的正確性，得到終端個體身份等信息。

其中，所述基站信號的處理可采用多接收機聯(lián)合工作，所述基站和信息處理中心可選擇同一位置。

其中，所述步驟B3具體還包括：利用所測得的碼相位、輔助時間、星歷以及將基站位置作為先驗位置，重構(gòu)全偽距，解決整數(shù)毫秒模糊問題。

其中，所述步驟B3通過求解下述導航定位方程組得到終端轉(zhuǎn)發(fā)時刻的位置：

$\sqrt{{(x_i-x_a)}^2+{(y_i-y_a)}^2+{(z_i-z_a)}^2}+{\mathrm{\δt}}_u+{\mathrm{\δt}}_s+{\mathrm{\δt}}_D+{\mathrm{\ϵ}}_i={\mathrm{\ρ}}_{ci},i=1,2,3,4,---\left(5\right)$

其中，ρ_ci為誤差校正及重構(gòu)后的全偽距，(x_a,y_a,z_a)為終端轉(zhuǎn)發(fā)時刻的位置，(x_i,y_i,z_i)為輔助得到的編號為i的衛(wèi)星當前位置，δt_u為接收機鐘差，δt_s為終端線路時延，δt_D為從終端到基站的傳播時延，此三項可歸為公共偏差δ_b，共同求解，ε_i為測量誤差。

其中，所述的定位求解方法還包括：在捕獲衛(wèi)星數(shù)量少于等于5顆時采用四狀態(tài)導航方程求解定位，在捕獲衛(wèi)星數(shù)量大于5顆時采用五狀態(tài)導航方程求解定位。

其中，所述步驟D具體實施方式包括：主控站采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)存儲和管理各個終端的位置信息，按種類、個體、日期和區(qū)域分類管理，在軟件端可以任意查詢各終端的位置信息和運行軌跡等。

本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：基于終端轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的定位跟蹤技術(shù)，實現(xiàn)了低功耗、低成本的大規(guī)模自主區(qū)域終端定位跟蹤：

(1)、本發(fā)明轉(zhuǎn)發(fā)式定位創(chuàng)新地采用基站輔助處理終端轉(zhuǎn)發(fā)導航衛(wèi)星信號精確定位的技術(shù)，使得在開闊地帶能用GNSS定位又降低了終端工作負荷；

(2)、本發(fā)明基于時分多址和頻分多址低干擾的信號體制設(shè)計，提升了系統(tǒng)區(qū)域容納檢測能力，實現(xiàn)了大規(guī)模終端信息監(jiān)測、跟蹤與管理，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)；

(3)、本發(fā)明終端精簡化設(shè)計將定位交由基站和信息處理中心進行，實現(xiàn)終端低成本低功耗；

(4)、本發(fā)明終端喚醒式的工作模式，是終端基本維持在休眠狀態(tài)，大大降低了功耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中系統(tǒng)的整體流程圖；

圖3是本發(fā)明中終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中終端所發(fā)送的信號結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中終端信號發(fā)送體制示意圖；

圖6是本發(fā)明中基站捕獲終端發(fā)送信號的框圖；

圖7是本發(fā)明中終端位置求解流程圖；

圖8是本發(fā)明中解決整毫秒模糊問題的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

本發(fā)明提出一種新的基于終端轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的定位跟蹤方法，該方法主要通過終端身上的終端轉(zhuǎn)發(fā)一段GNSS衛(wèi)星的導航信號，將終端的定位的解算工作交由基站處理。

圖1所示為本發(fā)明實施例基于終端轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的定位跟蹤方法的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)由終端、轉(zhuǎn)發(fā)式基站、信息處理中心和主控站組成。

圖2所示為本發(fā)明實施例基于終端轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號的定位跟蹤方法的整體流程圖，系統(tǒng)具體的步驟如下：

(1)終端在內(nèi)部時鐘的控制下，在規(guī)定的時間間隙內(nèi)啟動終端的接收天線、內(nèi)部處理電路和發(fā)射天線等。具體的啟動時序控制如圖5所示，本發(fā)明將一個時間段劃分為多個時隙，在每個時隙內(nèi)對應一個終端啟動和工作。在本具體實施例中，將時間段設(shè)置為1小時，時間隙的寬度為40ms。也就是在從整點到下一個整點的一個小時內(nèi)的規(guī)定40ms時間隙內(nèi)，終端在時間隙的起始啟動并工作。

(2)整個終端的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。首先終端啟動GNSS信號接收天線接收一小段長度的GNSS信號，首先通過噪聲系數(shù)小的前端低噪放大先對信號進行處理，然后基準振蕩產(chǎn)生的基準頻率經(jīng)頻率綜合器產(chǎn)生混頻信號使GNSS信號下變頻，然后濾波放大，最后通過頻率綜合器產(chǎn)生混頻信號上變頻到發(fā)射載頻的I支路。

(3)同時，終端由時序邏輯控制同步生成終端信息電文，終端信息信號的組成如圖4所示。終端信息信號由多幀信息電文組成，每一幀的信息電文包括由PN碼組成的幀頭，64位的信息位以及16位的CRC校驗位。幀頭由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生，用于信號檢測與同步，信道估計與均衡；64位的信息位由其所在區(qū)域、種類、用途、個體信息等編碼生成；16位CRC校驗位根據(jù)64信號位經(jīng)過循環(huán)冗余校驗運算得到，用于檢錯。同時，由頻率綜合器產(chǎn)生載波頻率，經(jīng)過90°相移后對終端信息電文進行旁瓣小、邊帶影響小的MSK調(diào)制到發(fā)射載頻的Q支路。

(4)終端將GNSS轉(zhuǎn)發(fā)信號和終端信息信號正交調(diào)制到VHF或者UHF的載頻上，在本具體實施例中，載波頻率選為430.000～440.000MHz范圍內(nèi)。最終終端發(fā)射的信號結(jié)構(gòu)如圖4所示。在本具體實施例中，兩支路的信號均為20ms的長度。最終發(fā)送的信號s(t)可表示成：

$s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\sqrt{2P_c}{x}^{\left(i\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_i)D^{\left(i\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_i^D)\sin \left(2\mathrm{\π}\right(f_c+f_{di})t+\mathrm{\θ})+\sqrt{2P_c}y\left(t\right)\cos (2{\mathrm{\πf}}_{c}t+\mathrm{\θ})---\left(1\right)$

其中，前一項為轉(zhuǎn)發(fā)的導航衛(wèi)星信號，后一項為終端信息信號，P_c為信號的平均功率，x⁽ⁱ⁾(t)為衛(wèi)星i產(chǎn)生的C/A碼，D⁽ⁱ⁾(t)為衛(wèi)星i的導航電文，y(t)為信息電文，f_c為發(fā)射載波頻率，θ為初始相位，τ_i為碼相位延遲，為導航電文延遲，f_di為衛(wèi)星i與終端之間的多普勒偏移。

終端信號的發(fā)送體制如圖5所示，采用時分多址和頻分多址結(jié)合的方式以避免各終端信號相互間的干擾和實現(xiàn)終端的低功耗。

首先，依據(jù)終端的種類或同一種類不同數(shù)量將發(fā)射頻帶劃分為N個分別以f₁、f₂…和f_N為中心頻點的頻帶，各終端將信號調(diào)制到各自規(guī)定的頻點上。在本具體實施例中，N的取值可為10。

其次，每個頻點對應將一個時間段劃分為M個時隙，每個時隙對應一個終端，在每個時隙內(nèi)僅允許該終端發(fā)送信號。在本具體實施例中，時間段長度為1小時，M的取值為90000，時隙寬度為40ms。

當進入終端規(guī)定的40ms時隙時，終端喚醒并開始工作，將20ms長度的正交調(diào)制信號調(diào)制到規(guī)定的頻點上并發(fā)送給基站，發(fā)送完成后，終端進入低功耗的休眠模式，直到1小時后其規(guī)定時隙到來再喚醒工作。

(5)基站本地GNSS接收機一直工作，測得基站的高精度位置信息和當前時刻的各衛(wèi)星的導航電文，整合得到各衛(wèi)星的歷書、星歷、多普勒頻率、時間和位置信息，得到輔助數(shù)據(jù)，并傳遞給處理終端發(fā)送信號的接收機。

(6)處理終端發(fā)送信號的接收機利用輔助信息對轉(zhuǎn)發(fā)的導航衛(wèi)星信號進行高靈敏捕獲，得到碼相位，計算偽距，進行終端位置計算。

(6.1)首先，接收機對終端轉(zhuǎn)發(fā)的GNSS信號進行并行碼相位捕獲，其捕獲框圖如圖6所示。輸入的中頻采樣信號轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號部分可以表示如下：

$s_{IF-1}\left(t\right)={\Σ}_{i=1}^N\sqrt{2P_i}{x}^{\left(i\right)}(t_k-{{\mathrm{\τ}}_i}^{\′})D^{\left(i\right)}(t_k-{{\mathrm{\τ}}_i^D}^{\′})sin\left(2\mathrm{\π}\right(f_{IF}+f_{di}+f_d)t+{\mathrm{\θ}}^{\′})---\left(2\right)$

其中，t_k＝kT_s＝k/f_s，是A/D的采樣頻率；τ_i′是經(jīng)過終端線路延遲和信號傳播延遲之后的碼相位延遲，是經(jīng)過終端線路延遲和信號傳播延遲之后的導航電文延遲，f_d是終端和基站之間的多普勒偏移。

從輔助數(shù)據(jù)中得知當前的可見衛(wèi)星的編號，由信號捕獲控制邏輯控制捕獲對應的衛(wèi)星信號。從輔助數(shù)據(jù)中得到當前捕獲衛(wèi)星的運動引起的多普勒頻移值f_di0作為捕獲多普勒搜索空間的中心點。

下面確定頻率搜索空間大小，其由接收機時間精度，輔助頻率和位置，以及終端的速度所決定的：

基站的接收機時間精度可由GNSS系統(tǒng)授時，其精度能達毫秒級以下，而時間誤差一起的多普勒偏移為0.8Hz/s，時間誤差引起的多普勒誤差在0.0008Hz以下，可忽略。輔助頻率若由星歷計算得到，多普勒精度為0.001Hz，可忽略，若由歷書計算得到，能達±100ppb范圍，那么對于L1的頻率誤差達157.5Hz。本具體實施例設(shè)定均由星歷計算得到輔助多普勒，則可忽略輔助頻率引起的多普勒誤差。

參考位置即為基站的位置，基站設(shè)定覆蓋范圍為方圓100km，則參考位置有50km半徑的水平誤差，設(shè)定高度誤差為±100m，則總的參考位置誤差幅度為位置引起的多普勒誤差為1Hz/km，則50km引起50Hz的多普勒誤差。

終端的速度影響接收衛(wèi)星信號的頻率，本具體應用實例考慮終端的最大移動速度為100km/h，而1km/h引起約1.46Hz多普勒，則終端速度引起146Hz終端接收頻率偏差。同樣，終端的速度引起基站接收信號的頻率，因此，終端引起的總體多普勒為292Hz。

則得到最終的最大輔助頻率搜索空間大小為50+292＝342Hz，也即搜索頻率空間為-342～+342Hz。

接收機以f_di0為中心的-342～+342Hz的頻率搜索空間對可見衛(wèi)星進行并行碼相位搜索。通過輔助數(shù)據(jù)提供精確時間和當前時刻的導航電文，進行Nms的相干積分，在本具體實施例中N取20。通常，相干積分不能超過10ms，此處實現(xiàn)20ms相干積分的步驟如下：

(a)事先通過統(tǒng)計測得終端的線路延遲t1，在本具體實施例終端與基站的最大距離為50km，則傳播時延最大為六分之一毫秒，綜合考慮二者時間誤差，補償?shù)捷o助時間中；

(b)通過輔助時間和導航電文查的當前時刻數(shù)據(jù)的符號位，并在相干積分累加時乘上對應的符號；

由于是20ms的相干積分，前面頻率搜索的頻槽大小應該為500/20＝25Hz。

N次相干積分帶來的處理增益：G(dB)＝10log₁₀N＝10log₁₀20≈13dB，也即20ms相干積分能處理比正常GNSS信號低13dB的信號。

在得到相干積分值之后計算檢測信噪比，并將次檢測信噪比與門限值進行比較，若檢測信噪比大于門限值，則存在該衛(wèi)星信號，輸出對應碼相位值和多普勒值。

(6.2)然后，接收機利用捕獲得到的各衛(wèi)星的碼相位值計算偽距，進行終端位置解算，其求解流程圖如圖7所示。

(6.2.1)由于基站只從終端轉(zhuǎn)發(fā)的GNSS信號中得到了碼相位和多普勒信息，基站需要借助輔助的星歷、時間以及一個先驗位置來計算偽距。首先我們獲取GNSS接收機測得的基站高精度位置作為首次先驗位置。

以光毫秒為單位的全偽距包括整數(shù)部分和小數(shù)部分，整數(shù)部分可由輔助信息提供的周計數(shù)、周內(nèi)時、幀同步位，位同步位和精確時間計算得到，捕獲得到的碼相位偏移可以計算出全偽距小數(shù)部分。但是，由傳播時延和線路時延等引起的公共偏差亞毫秒部分是未知的，其與碼相位偏移算出的亞毫秒部分一起運算后可能會引起全偽距整數(shù)部分的翻轉(zhuǎn)，最終定位解算會得到錯誤的結(jié)果。因此，需要先解決整毫秒模糊和重構(gòu)全偽距，其實現(xiàn)流程圖如圖8所示。

(a)首先，由星歷和先驗位置計算出所有已捕獲到衛(wèi)星的期望全偽距。利用星歷得到相應的衛(wèi)星位置，計算從先驗位置到各衛(wèi)星的全偽距值(以光毫秒為單位，下同)作為期望的偽距值，記為k為衛(wèi)星的編號，上標^代表其為預期值。

(b)選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，用下標0代表。選擇的依據(jù)是將當前捕獲到的所有衛(wèi)星按照衛(wèi)星仰角排序，其他衛(wèi)星均選擇仰角最大的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星；或者將當前捕獲到的所有衛(wèi)星按照衛(wèi)星仰角排序，仰角第二大的衛(wèi)星以仰角最大的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，仰角第三大的衛(wèi)星以仰角第二大的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，以此類推。

(c)給參考衛(wèi)星指定一個整毫秒偽距值N₀。選取的規(guī)則是取N₀使得期望的偽距值和測量的偽距值盡可能接近，即使得全偽距N₀+z₀接近z₀為參考衛(wèi)星亞毫秒偽距，由捕獲所得參考衛(wèi)星的碼相位和輔助時間計算得到。則：

round為四舍五入運算，下同(3)

N₀的取值中包括了重構(gòu)的全偽距N₀+z₀的公共偏差，由測量的亞毫秒偽距引起的亞毫秒部分和N₀取值引起的毫秒部分。重構(gòu)的參考衛(wèi)星全偽距和其期望偽距的關(guān)系如下：

$N_0+z_0=r_0-{\mathrm{\δ}}_{t0}+b+{\mathrm{\ϵ}}_0=\widehat{r_0}-d_0-{\mathrm{\δ}}_{t0}+b+{\mathrm{\ϵ}}_0---\left(4\right)$

其中，r₀為參考衛(wèi)星真實的偽距值，δ_t0為衛(wèi)星時鐘偏差，可由導航電文算出，b為公共偏差，ε₀為測量的誤差，d₀為期望全偽距本身的誤差，由先驗位置的不準確引起。

(d)計算k號衛(wèi)星的整毫秒偽距值N_k。k號衛(wèi)星重構(gòu)的全偽距和其期望偽距的關(guān)系如下：

$N_k+z_k=r_k-{\mathrm{\δ}}_{tk}+b+{\mathrm{\ϵ}}_k=\widehat{r_k}-d_k-{\mathrm{\δ}}_{tk}+b+{\mathrm{\ϵ}}_k---\left(5\right)$

其中，z_k為k號衛(wèi)星亞毫秒偽距，r_k為k號衛(wèi)星真實的偽距值，δ_tk為k號衛(wèi)星時鐘偏差，ε_k為測量誤差，d_k為期望全偽距本身的誤差由先驗位置的不準確引起。

則由式(4)、式(5)可得：

$\left(\right(N_k+z_k)-(N_0+z_0\left)\right)=(\widehat{r_k}-d_k-{\mathrm{\δ}}_{tk}+b+{\mathrm{\ϵ}}_k)-(\widehat{r_0}-d_0-{\mathrm{\δ}}_{t0}+b+{\mathrm{\ϵ}}_0)---\left(6\right)$

則N_k可寫成：

$N_k=N_0+z_0-z_k+(\widehat{r_k}-{\mathrm{\δ}}_{tk}+b)-(\widehat{r_0}-{\mathrm{\δ}}_{t0}+b)-d_k+{\mathrm{\ϵ}}_k-d_0+{\mathrm{\ϵ}}_0---\left(7\right)$

則當(-d_k+ε_k-d₀+ε₀)小于0.5光毫秒時，可以得到k號衛(wèi)星的整毫秒偽距值：

$N_k=round(N_0+z_0-z_k+(\widehat{r_k}-{\mathrm{\δ}}_{tk})-(\widehat{r_0}-{\mathrm{\δ}}_{t0}\left)\right)---\left(8\right)$

其中，N₀由前面計算得到，z₀和z_k由捕獲所得碼相位和輔助時間算出，δ_tk和δ_t0由先驗位置和星歷算出。

對于本具體實施例，基站與其覆蓋范圍內(nèi)的終端最大水平距離為50km，引起的(-d_k+ε_k-d₀+ε₀)小于0.5光毫秒。

(e)生成k號衛(wèi)星的全偽距N_k+z_k，輸入到導航方程中求解終端位置。

(6.2.2)根據(jù)捕獲得到的衛(wèi)星數(shù)量確定定位所用方法：當捕獲所得衛(wèi)星數(shù)量小于或等于五顆時，采用四狀態(tài)導航定位方程，當捕獲所得衛(wèi)星數(shù)量大于五顆時，采用五狀態(tài)導航定位方程。五狀態(tài)導航方程是考慮在四狀態(tài)導航方程的基礎(chǔ)上加入粗時誤差δ_tc，將由時間誤差引起的定位誤差盡可能的消除掉。

(6.2.3)將GNSS接收機測得的高精度基站位置(x₀,y₀,z₀)設(shè)置為終端定位方程求解的初始位置估計值，公共偏差初始估計設(shè)為0。

(6.2.4)求解偽距定位方程組：

$\sqrt{{(x_i-x_a)}^2+{(y_i-y_a)}^2+{(z_i-z_a)}^2}+{\mathrm{\δt}}_u+{\mathrm{\δt}}_s+{\mathrm{\δt}}_D+{\mathrm{\ϵ}}_i={\mathrm{\ρ}}_{ci},i=1,2,3,4,\left(5\right)---\left(9\right)$

其中，ρ_ci＝N_i+z_i為誤差校正及重構(gòu)后的全偽距，(x_a,y_a,z_a)為終端轉(zhuǎn)發(fā)時刻的位置，(x_i,y_i,z_i)為輔助得到的編號為i的衛(wèi)星當前位置，δt_u為接收機鐘差，δt_s為終端線路時延，δt_D為從終端到基站的傳播時延，此三項可歸為公共偏差δ_b和粗時誤差δ_tc，共同求解，其中，δ_tc為在使用五狀態(tài)導航定位方程時增加這一項，ε_i為測量誤差，包括ρ_ci估計不準確引起的偏差。

GNSS信號總的傳播時間為δt_i+δt_s+δt_D，δt_i為信號從衛(wèi)星i到終端的傳播時間，后面兩項對于所有衛(wèi)星來說是一樣的，可歸于公共偏差δ_b和粗時誤差δ_tc，可通過解方程求出。

采用加權(quán)最小二乘法求解方程組(9)，將式(9)線性化后可得：

WG·Δx＝Wb (10)

Δx＝(G^TCG)^-1G^TCb (11)

其中為迭代后的修正量，Δδ_tc為時間誤差修正量，當采用五狀態(tài)導航方程解算時，增加這一行參數(shù)，l⁽ⁱ⁾(x_k-1)為位置x_k-1與衛(wèi)星i連線方向的向量，為在位置x_k-1與衛(wèi)星i連線方向的偽距變化速率，v⁽ⁱ⁾為衛(wèi)星i的速度向量，為衛(wèi)星i時鐘偏差速率，當采用五狀態(tài)導航方程解算時，增加v⁽ⁱ⁾一列參數(shù)，其由衛(wèi)星i的仰角和捕獲測得的載噪比共同運算得到。

(6.2.5)更新終端位置的解(x_a,y_a,z_a)＝(x₀,y₀,z₀)+Δx_xyz。

檢驗后驗殘差是否小于設(shè)定的門限值。若否，則調(diào)整先驗位置，調(diào)整的規(guī)則為：以基站為中心點的方圓100km的區(qū)域內(nèi)按照10km的間隔劃分為多個網(wǎng)格，從基站開始向周圍輻射式地改變網(wǎng)格點，即從離基站由近至遠，按左右上下的順序依次搜索。在本具體實施例中，基站與終端最大距離為50km，一般不需調(diào)制先驗位置。若是，則輸出終端的位置和速度。

終端的速度由捕獲所得多普勒值計算出大概值，方法如下：由捕獲所得各衛(wèi)星的多普勒值減去相應的輔助頻率，算出所有衛(wèi)星的平均值，將該值除以2，再按照多普勒和速度對應關(guān)系求得終端在與基站連線方向上的大致速度。

(7)基站接收機同時解調(diào)信號的正交支路上的終端信息信號：

$s_{IF-Q}\left(t\right)=\sqrt{2P_c}y(t-\mathrm{\τ})cos\left(2\mathrm{\π}\right(f_c+f_d)t+\mathrm{\θ})---\left(12\right)$

首先，接收機用本地的幀頭PN碼捕獲終端信息信號，檢測信號是否存在。一旦得到一個相關(guān)峰，則啟動轉(zhuǎn)發(fā)GNSS信號捕獲部分開始相干積分，并使自身開始同步與解算。

解出64位的信息位和16位CRC校驗位后，采用循環(huán)冗余校驗對信息位進行檢錯。通過解出多幀電文進行比較分析，減少信息的錯誤率。

最后，從64位信息位解碼得到終端的所在區(qū)域、種類、個體信息以及其他信息。

(8)基站將得到的終端位置和身份信息通過數(shù)傳電臺或者直接傳送給信息處理中心，信息處理中心將信息匯總整理，發(fā)送給主控站。

(9)主控站對大規(guī)模的終端的位置信息進行管理，采用數(shù)據(jù)庫的技術(shù)存儲和管理各個終端的信息。按照終端的種類、個體、日期和所在區(qū)域分類管理，在軟件端可以查詢各終端的位置信息和運行軌跡等。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同變換、改進等，均應落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。