伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法包括：一、伪卫星信号发射机生成伪卫星定位差分信号，同步接收机和用户接收机同时接收该信号；二、伪卫星同步接收机同时接收伪卫星信号、GPS卫星导航和北斗卫星导航信号，根据伪卫星测距值和导航卫星测距值计算星钟差分校正值和导航电文。将该电文实时发送给伪卫星信号发射机，发射机向用户接收机播发电文。三、用户接收机将星钟差分校正值修正到GPS卫星导航和北斗卫星导航测量方程中，差分消除导航卫星钟偏差、星历误差、电离层误差和对流层误差。最终与伪卫星测量方程组合成不受卫星钟差影响的测量方程组，用最小二乘法进行伪卫星、北斗和GPS组合差分定位。

【技术实现步骤摘要】
伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法
本专利技术涉及卫星导航地基局域增强
，特别是一种伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法。
技术介绍
目前，随着北斗卫星导航系统投入正式运营，越来越多的用户接收机具备GPS、北斗多导航系统组合定位能力，但是这类组合定位方式需要已知或计算多卫星导航系统之间的时间偏差。传统的解决方法是在定位方程中加入GPS和北斗系统时间偏差的未知参数，通过解方程组直接求解，这种方式的缺点是用户机需要同时接收至少5颗可见卫星。信号差分伪卫星将有效地解决上述缺陷，实现不受系统时间偏差影响的GPS和北斗导航系统高精度组合差分定位。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对卫星导航系统在特殊地理环境下或应用环境下造成的可视导航卫星数不足、星座几何分布不佳、垂直定位精度不高的缺陷，设计了信号差分伪卫星系统，并提出了一种伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法，有效改善了卫星导航系统的几何分布，增加了导航星数量，提高了定位精度。为了达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法，其特征在于包括以下步骤：①构建直发信号差分伪卫星系统；所述的直发信号差分伪卫星系统包括直发信号差分伪卫星、用户接收机、北斗导航卫星和GPS导航卫星；所述的直发信号差分伪卫星包括伪卫星同步接收机和伪卫星信号发射机；②伪卫星同步接收机同时接收伪卫星信号发射机发射的伪卫星导航信号、北斗导航卫星发射的北斗导航信号和GPS导航卫星发射的GPS导航信号；根据伪卫星同步接收机测量的伪卫星同步接收机与伪卫星发射天线的伪距值、伪卫星同步接收机与北斗导航卫星的伪距值、伪卫星同步接收机与GPS导航卫星的伪距值，计算得到GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值；伪卫星发射机将伪卫星同步接收机发送的GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值编排成导航电文，伪卫星发射机向用户接收机播发包含导航电文的伪卫星导航信号；③用户接收机同时接收伪卫星导航信号、GPS导航信号和北斗导航信号，用户接收机将测量的用户接收机与伪卫星发射天线的伪距值、用户接收机与北斗导航卫星的伪距值、用户接收机与GPS导航卫星的伪距值，与导航电文中的GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值对应做差分处理，得到修正后的北斗卫星导航测量方程、修正后的GPS卫星导航测量方程和修正后的伪卫星测量方程；④用户接收机将修正后的北斗卫星导航测量方程、修正后的GPS卫星导航测量方程和修正后的伪卫星测量方程组合成不受GPS导航卫星和北斗导航卫星的时间偏差影响的测量方程组，利用最小二乘法实现GPS导航卫星、北斗导航卫星和伪卫星组合的差分定位。其中，步骤②中GPS导航卫星差分校正值和北斗导航卫星差分校正值的计算方法均为：其中，Mj为GPS或北斗导航系统的差分校正值；为伪卫星同步接收机对GPS导航卫星或北斗导航卫星的伪距值；为伪卫星同步接收机到GPS导航卫星或北斗导航卫星的几何距离；dtj为GPS导航卫星或北斗导航卫星的星钟偏差；dti为伪卫星同步接收机的钟差；dρR为星历误差；dρI为电离层误差；dρT为对流层误差；c为光速；伪卫星差分校正值的计算方法为：其中，Mm为伪卫星的差分校正值；为伪卫星同步接收机对伪卫星信号发射机的测距值；为同步接收机到伪卫星信号发射机的几何距离；dti为伪卫星同步接收机的钟差；dtm为伪卫星m的系统时间偏差；c为光速。其中，步骤③中的修正后的北斗卫星导航测量方程和修正后的GPS卫星导航测量方程具体均为：其中：为用户接收机对GPS导航卫星或北斗导航卫星的伪距值；为用户接收机到GPS导航卫星或北斗导航卫星的几何距离；dtk为用户接收机的钟差；dti为伪卫星同步接收机的钟差；为伪卫星同步接收机对GPS导航卫星或北斗导航卫星的伪距值；为同步接收机到GPS导航卫星或北斗导航卫星的几何距离；c为光速；修正后的伪卫星测量方程具体为：其中：为用户接收机对伪卫星的伪距值；为用户接收机和伪卫星之间的几何距离；dtk为用户接收机的钟差；dti为伪卫星同步接收机的钟差；为伪卫星的伪距值；为同步接收机到伪卫星的几何距离；c为光速。其中，步骤④中用户接收机将修正后的北斗卫星导航测量方程、修正后的GPS卫星导航测量方程和修正后的伪卫星测量方程组合成不受GPS导航卫星和北斗导航卫星的时间偏差影响的测量方程组具体为：其中：为用户接收机对GPS导航卫星或北斗导航卫星的伪距值；为用户接收机到GPS导航卫星或北斗导航卫星之间的几何距离；为伪卫星同步接收机对GPS导航卫星或北斗导航卫星的测距值；为同步接收机到GPS导航卫星或北斗导航卫星之间的几何距离；为用户接收机对伪卫星的测距值；dtk为用户接收机的钟差；dti为伪卫星同步接收机的钟差；为伪卫星的测距值；为同步接收机和伪卫星之间的几何距离；c为光速。本专利技术技术具有如下优点：(i)本专利技术可以使用户接收机不用考虑GPS和北斗系统之间的系统时间偏差，进行GPS与北斗组合定位；(ii)本专利技术提出了伪卫星信号差分定位方法，能够有效消除GPS、北斗导航卫星的星钟误差、轨道误差、电离层误差和对流层误差，具有高精度定位的特点。(iii)本专利技术能够使伪卫星与GPS和北斗导航卫星进行组合定位，有效改善了卫星星座的几何分布，极大减小了垂直精度因子VDOP值，具有垂直方向定位精度高的优点。附图说明图1是本专利技术信号差分伪卫星定位系统示意图；图2是伪卫星、北斗和GPS导航系统的星钟差分校正值计算示意图；图3是用户接收机使用伪卫星与北斗、GPS导航系统的组合差分定位示意图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步的描述：①构建直发信号差分伪卫星系统；所述的直发信号差分伪卫星系统包括直发信号差分伪卫星、用户接收机、北斗导航卫星和GPS导航卫星；所述的直发信号差分伪卫星包括伪卫星同步接收机和伪卫星信号发射机；②伪卫星同步接收机同时接收伪卫星信号发射机发射的伪卫星导航信号、北斗导航卫星发射的北斗导航信号和GPS导航卫星发射的GPS导航信号；根据伪卫星同步接收机测量的伪卫星同步接收机与伪卫星发射天线的伪距值、伪卫星同步接收机与北斗导航卫星的伪距值、伪卫星同步接收机与GPS导航卫星的伪距值，计算得到GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值；伪卫星发射机将伪卫星同步接收机发送的GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值编排成导航电文，伪卫星发射机向用户接收机播发包含导航电文的伪卫星导航信号；图2是伪卫星与卫星导航系统的星钟差分校正值计算示意图，包括以下步骤：(201)建立伪卫星同步接收机对伪卫星信号发射机的伪距测量方程如下：其中：为同步接收机到伪卫星发射机的伪距值，由同步接收机观测量获得；为同步接收机和伪卫星信号发射机之间的几何距离；dti为同步接收机的钟差；dtm为伪卫星的系统时间偏差；c为光速。(202)建立伪卫星同步接收机对GPS导航卫星和北斗导航卫星的伪距测量方程如下：其中：为同步接收机对GPS导航卫星或北斗导航卫星的伪距值，由伪卫星同步接收机的观测量获得。为同步接收机到GPS导航卫星或北斗导航卫星的几何距离；(x本文档来自技高网...

【技术保护点】
伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法，其特征在于包括以下步骤：构建直发信号差分伪卫星系统；所述的直发信号差分伪卫星系统包括直发信号差分伪卫星、用户接收机、北斗导航卫星和GPS导航卫星；所述的直发信号差分伪卫星包括伪卫星同步接收机和伪卫星信号发射机；伪卫星同步接收机同时接收伪卫星信号发射机发射的伪卫星导航信号、北斗导航卫星发射的北斗导航信号和GPS导航卫星发射的GPS导航信号；根据伪卫星同步接收机测量的伪卫星同步接收机与伪卫星发射天线的伪距值、伪卫星同步接收机与北斗导航卫星的伪距值、伪卫星同步接收机与GPS导航卫星的伪距值，计算得到GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值；伪卫星发射机将伪卫星同步接收机发送的GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值编排成导航电文，伪卫星发射机向用户接收机播发包含导航电文的伪卫星导航信号；用户接收机同时接收伪卫星导航信号、GPS导航信号和北斗导航信号，用户接收机将测量的用户接收机与伪卫星发射天线的伪距值、用户接收机与北斗导航卫星的伪距值、用户接收机与GPS导航卫星的伪距值，与导航电文中的GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值对应做差分处理，得到修正后的北斗卫星导航测量方程、修正后的GPS卫星导航测量方程和修正后的伪卫星测量方程；用户接收机将修正后的北斗卫星导航测量方程、修正后的GPS卫星导航测量方程和修正后的伪卫星测量方程组合成不受GPS导航卫星和北斗导航卫星的时间偏差影响的测量方程组，利用最小二乘法实现GPS导航卫星、北斗导航卫星和伪卫星组合的差分定位。...

【技术特征摘要】
1.伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法，其特征在于包括以下步骤：①构建直发信号差分伪卫星系统；所述的直发信号差分伪卫星系统包括直发信号差分伪卫星、用户接收机、北斗导航卫星和GPS导航卫星；所述的直发信号差分伪卫星包括伪卫星同步接收机和伪卫星信号发射机；②伪卫星同步接收机同时接收伪卫星信号发射机发射的伪卫星导航信号、北斗导航卫星发射的北斗导航信号和GPS导航卫星发射的GPS导航信号；根据伪卫星同步接收机测量的伪卫星同步接收机与伪卫星发射天线的伪距值、伪卫星同步接收机与北斗导航卫星的伪距值、伪卫星同步接收机与GPS导航卫星的伪距值，计算得到GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值；伪卫星发射机将伪卫星同步接收机发送的GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值编排成导航电文，伪卫星发射机向用户接收机播发包含导航电文的伪卫星导航信号；③用户接收机同时接收伪卫星导航信号、GPS导航信号和北斗导航信号，用户接收机将测量的用户接收机与伪卫星发射天线的伪距值、用户接收机与北斗导航卫星的伪距值、用户接收机与GPS导航卫星的伪距值，与导航电文中的GPS导航卫星差分校正值、北斗导航卫星差分校正值和伪卫星差分校正值对应做差分处理，得到修正后的北斗卫星导航测量方程、修正后的GPS卫星导航测量方程和修正后的伪卫星测量方程；④用户接收机将修正后的北斗卫星导航测量方程、修正后的GPS卫星导航测量方程和修正后的伪卫星测量方程组合成不受GPS导航卫星和北斗导航卫星的时间偏差影响的测量方程组，利用最小二乘法实现GPS导航卫星、北斗导航卫星和伪卫星组合的差分定位。2.根据权利要求1中所述的伪卫星、GPS和北斗导航系统组合的定位方法，其特征在于：步骤②中GPS导航卫星差分校正值和北斗导航卫星差分校正值的计算方法均为：其中，Mj为GPS或北斗导航系统的差分校正值；为伪卫星同步接收机对GPS导航卫星或北斗导航卫星的伪距值；Pij为伪卫星同步接收机到GPS导航卫星或北斗导航卫星的几何距离；dtj为GPS导航卫星或北斗导航卫星的星钟偏差；dti为伪卫星同步接收机的钟差；dρR为星历误差；dρI为电离层误差；dρT为对流层误差；c为光速；伪卫星差分校正值的计算方法为：Mm＝ρim-Pim＝c×(dti-dtm)其中，Mm为伪卫星的差分校正值；为伪卫星同步接收机对伪卫星信号发射机的测距值；Pim为同步接收机到伪卫星信号发射机的几何距离；dti为伪卫星同步接收机的钟差；dtm为伪卫星m的系统时间偏差；c为光速。3.根据权利要求1中所述的伪卫星、...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘兴利，蔚保国，王珏，李隽，董立桥，赵娓，刘市，张志新，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13