一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法技术

本发明专利技术提供了一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法，属于卫星导航技术领域。本发明专利技术提出了一种无需迭代计算的Closed‑form方法，首先对接收机伪距观测方程进行平方处理；然后结合参考卫星对平方后的伪距观测方程进行差分运算，将接收机位置坐标表示为接收机钟差的表达式；再将上述表达式转化为以接收机钟差为待求解参数的三元一次方程组。通过求解上述三元一次方程组，可以直接得到包含接收机位置坐标与接收机钟差定位结果，实现了多模接收机定位解算功能，且本发明专利技术无需迭代计算，避免了最小二乘法需要进行多次迭代的问题，可以显著降低运算量。

【技术实现步骤摘要】
一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法
本专利技术属于卫星导航
，特别涉及一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法。
技术介绍
卫星导航系统广泛应用于载体导航、定位以及授时等诸多领域，是衡量国家综合国力和科技发展水平的重要基础性建设。目前，已经投入运行或者已经具备成熟发展规划的代表性卫星导航系统主要包括：GPS(美国)、Galileo(欧盟)、GLONASS(俄罗斯)以及Compass(中国)等。尽管上述系统在建设过程中有不同程度的优化，但各系统出于对地区针对性的考虑，星座配置不尽相同，因此在全球范围内的定位效果各有差异。此外，由于卫星信号本身易受环境遮挡以及干扰，单独使用某一系统在精度以及可靠性等方面都难以保证，甚至有可能导致无法定位解算。实际上，鉴于上述卫星导航系统之间的良好兼容性，将它们联合起来组成多模卫星导航系统，可以获得优于单系统的精度和可靠性。与单系统相比(如GPS)，多模卫星导航系统主要具备以下优势：①提高可用性，真正实现全球意义上的无缝导航和定位；②增加可见卫星数，改善几何观测结构，提升定位精度；③增强定位结果的可靠性；④提高完好性监测(即故障卫星检测与识别)水平；⑤提供多样化服务，进一步拓宽应用市场。因此，随着卫星导航系统不断完善和发展，多模卫星导航系统将逐渐成为未来导航、定位以及授时领域的主流发展方向和必然趋势。在多模接收机中，通常采用最小二乘法进行定位解算，以获得接收机三维位置以及时间等信息。最小二乘法需要对接收机与卫星之间的非线性伪距观测方程进行线性化处理，并进行多次迭代运算，同时依据迭代阈值(或者其它迭代准则)以获得最终的定位结果。实际上，由于多模接收机可以同时接收到来自三个卫星导航系统的卫星，导致可见卫星数目明显增多。此时，如果多模接收机仍采用传统的最小二乘方法进行定位解算，在迭代过程中将导致计算量显著增加，甚至给接收机实时定位解算带来影响。因此，针对多模接收机，如何避免多次迭代运算以提高接收机定位解算效率，具有非常重要的意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中利用传统的最小二乘法在多模接收机定位解算过程中需要多次迭代运算导致运算量较大的问题，本专利技术提出了一种无需迭代计算的Closed-form方法，应用于多模接收机定位解算过程，并给出了接收机三维位置和时间信息的具体表达式。一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法，包括以下步骤：步骤1，接收卫星导航系统A、卫星导航系统B及卫星导航系统C的卫星信号，获取接收机与三个卫星导航系统的卫星之间的伪距观测方程，其中接收机与各卫星导航系统的伪距观测方程的个数分别为NA、NB、NC个；步骤2，对各卫星导航系统的伪距观测方程进行移项和平方处理；步骤3，在各卫星导航系统中分别选择第一颗卫星作为参考卫星，经过差分后分别获得(NA-1)、(NB-1)、(NC-1)个差分方程；步骤4，根据各卫星导航系统中的前(NA-2)、(NB-2)、(NC-2)个差分方程，构造接收机位置坐标与三个接收机钟差之间的函数表达式；步骤5，将所述函数表达式代入到各卫星导航系统中最后一个差分方程，构造以接收机钟差参数为变量的三元一次方程组；步骤6，求解所述三元一次方程组，得到钟差参数，根据所述钟差参数，计算得到接收机位置坐标，完成定位解算。进一步地，所述步骤1包括以下流程：接收A、B、C三个卫星导航系统的卫星信号，接收机与三个卫星导航系统的卫星之间的伪距观测方程分别为其中，NA、NB、NC分别表示用于定位解算过程中的A、B、C三个卫星导航系统的卫星个数；ρi、分别表示接收机与第i颗A卫星、第j颗B卫星、第k颗C卫星之间的伪距观测值；ri、分别表示第i颗A卫星、第j颗B卫星、第k颗C卫星的三维坐标；α、β、γ分别表示接收机与A、B、C三个卫星导航系统之间的接收机钟差。进一步地，所述步骤2包括以下流程：对各伪距观测方程进行移项和平方处理，得到进一步地，所述步骤3包括以下流程：在各卫星导航系统中，分别选择第一颗卫星作为参考卫星，结合参考卫星对平方后的伪距观测方程进行差分运算，消除接收机位置坐标的二次项，将接收机位置坐标表示为接收机钟差的函数形式，经过差分后分别获得(NA-1)、(NB-1)、(NC-1)个差分方程进一步地，所述步骤4包括以下流程：根据各卫星导航系统中的前(NA-2)、(NB-2)、(NC-2)个差分方程，构造的接收机位置坐标与三个接收机钟差之间的函数表达式为将其简化为矩阵向量形式，即Φr＝αd+βe+γf+g其中，接收机位置坐标表达式为其中μ＝(ΦTΦ)-1ΦTd、ν＝(ΦTΦ)-1ΦTe、ω＝(ΦTΦ)-1ΦTf、进一步地，所述步骤5包括以下流程：将所述接收机位置坐标与三个接收机钟差之间的函数表达式分别代入差分方程中各卫星导航系统剩余的最后一个差分方程，构造以接收机钟差参数为变量的三元一次方程组可整理为可简化为进一步地，所述步骤6包括以下流程：求解三元一次方程组，获得三个接收机钟差参数将所述钟差参数代入所述接收机位置坐标表达式，解算出接收机位置坐标为完成定位解算。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法，首先对接收机伪距观测方程进行平方处理；然后结合参考卫星对平方后的伪距观测方程进行差分运算，将接收机位置坐标表示为接收机时间信息(接收机时钟相对于不同系统之间的时间偏差，即接收机钟差)的表达式；再将上述表达式转化为以接收机钟差为待求解参数的三元一次方程组。通过求解上述三元一次方程组，可以得到接收机钟差信息，进而获得接收机位置坐标，从而实现多模接收机定位解算功能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例做进一步的说明。本专利技术提供的一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法，应用于可接收任意三种不同卫星导航信号(如GPS、Galileo、GLONASS、Compass等)的多模接收机，在本实施例中，接收的三种卫星导航信号以GPS/Galileo/Compass为例，请参阅图1，本专利技术具体通过以下步骤实现：步骤1，接收卫星导航系统A、卫星导航系统B及卫星导航系统C的卫星信号，获取接收机与三个卫星导航系统的卫星之间的伪距观测方程，其中接收机与各卫星导航系统的伪距观测方程的个数分别为NA、NB、NC个。本实施例中，GPS/Galileo/Compass多模接收机接收GPS卫星、Galileo卫星以及Compass卫星信号，分别以A、B、C表示GPS卫星、Galileo卫星和Compass卫星。接收GPS、Galileo、Compass三个卫星导航系统的卫星信号，接收机与三个卫星导航系统的卫星之间的伪距观测方程分别为其中，NA、NB、NC分别表示用于定位解算过程中的GPS、Galileo、Compass三个卫星导航系统的卫星个数；ρi、分别表示接收机与第i颗GPS卫星、第j颗Galileo卫星、第k颗Compass卫星之间的伪距观测值；ri、分别表示第i颗GPS卫星、第j颗Galileo卫星、第k颗Compass卫星的三维坐标；α、β、γ分别表示接收机与GPS、Galileo、Compass卫星之间的接收机钟差。式(1)中，需要计算出接收机位置坐标r和三个接收机钟差(α、β、γ)等参数。本专利技术提出的用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，接收卫星导航系统A、卫星导航系统B及卫星导航系统C的卫星信号，获取接收机与三个卫星导航系统的卫星之间的伪距观测方程，其中接收机与各卫星导航系统的伪距观测方程的个数分别为NA、NB、NC个；步骤2，对各卫星导航系统的伪距观测方程进行移项和平方处理；步骤3，在各卫星导航系统中分别选择第一颗卫星作为参考卫星，经过差分后分别获得(NA‑1)、(NB‑1)、(NC‑1)个差分方程；步骤4，根据各卫星导航系统中的前(NA‑2)、(NB‑2)、(NC‑2)个差分方程，构造接收机位置坐标与三个接收机钟差之间的函数表达式；步骤5，将所述函数表达式代入到各卫星导航系统中最后一个差分方程，构造以接收机钟差参数为变量的三元一次方程组；步骤6，求解所述三元一次方程组，得到钟差参数，根据所述钟差参数，计算得到接收机位置坐标，完成定位解算。

【技术特征摘要】
1.一种多模卫星导航接收机直接定位解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，接收卫星导航系统A、卫星导航系统B及卫星导航系统C的卫星信号，获取接收机与三个卫星导航系统的卫星之间的伪距观测方程，其中接收机与各卫星导航系统的伪距观测方程的个数分别为NA、NB、NC个；步骤2，对各卫星导航系统的伪距观测方程进行移项和平方处理；步骤3，在各卫星导航系统中分别选择第一颗卫星作为参考卫星，经过差分后分别获得(NA-1)、(NB-1)、(NC-1)个差分方程；步骤4，根据各卫星导航系统中的前(NA-2)、(NB-2)、(NC-2)个差分方程，构造接收机位置坐标与三个接收机钟差之间的函数表达式；步骤5，将所述函数表达式代入到各卫星导航系统中最后一个差分方程，构造以接收机钟差参数为变量的三元一次方程组；步骤6，求解所述三元一次方程组，得到钟差参数，根据所述钟差参数，计算得到接收机位置坐标，完成定位解算。2.如权利要求1所述的多模卫星导航接收机直接定位解算方法，其特征在于，所述步骤1包括以下流程：接收A、B、C三个卫星导航系统的卫星信号，接收机与三个卫星导航系统的卫星之间的伪距观测方程分别为其中，NA、NB、NC分别表示用于定位解算过程中的A、B、C三个卫星导航系统的卫星个数；ρi、分别表示接收机与第i颗A卫星、第j颗B卫星、第k颗C卫星之间的伪距观测值；ri、分别表示第i颗A卫星、第j颗B卫星、第k颗C卫星的三维坐标；α、β、γ分别表示接收机与A、B、C三个卫星导航系统之间的接收机钟差。3.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕云龙，黄琦，李昌海，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51