基于非同时接收的定位方法技术

本发明专利技术公开了一种非同时接收的定位方法，能够解决非连续导航信号接收下的定位问题，提高卫星导航在城市峡谷、快速切换等复杂环境下的可用性。采用细化码相位的方式恢复信号发射时刻毫秒小数部分，采用迭代最小二乘法恢复信号发射时刻毫秒整数部分，然后再合成信号发射时刻，继而计算伪距和卫星位置；通过对所述伪距线性化构建观测向量，采用接收机位置和可从外部获取的接收机运动姿态构建接收机的状态向量，在每一观测时刻k，利用卡尔曼滤波的方法解算状态向量的估计值，即为当前时刻k的定位结果；不同观测时刻k采用不同的伪距获得观测向量，重复本步骤四，以完成定位。

【技术实现步骤摘要】
基于非同时接收的定位方法
本专利技术涉及卫星导航信号定位关键技术，尤其涉及一种基于非同时接收条件下的定位方案，实现非同时接收导航信号下的导航定位。
技术介绍
随着卫星导航技术的发展，导航接收机的应用范围越来越广，在城市高楼间、树荫下、峡谷中、快速切换等复杂环境下导航定位需求越来越多。然而导航接收机受环境影响较大，当用户在这些复杂环境下时，卫星导航信号将会被遮挡或干扰，这将导致终端所接收的卫星导航信号呈现非连续的特性。对于常用的定位算法，导航接收机需同时观察到4颗或4颗以上的卫星才能完成定位。但在上述等复杂环境下，可见卫星数将不足4颗，从而无法完成定位，这是卫星导航接收机所遇到的突出问题。为了解决上述问题，A-GPS(Assisted-GPS)定位技术应运而生。该技术结合了移动网络基站信息和GPS信息对移动终端进行定位，它除了传统的GPS系统构成外，还有一个辅助服务器。A-GPS接收机最大特点是通过无线通信网络等方式，获取卫星星历等辅助数据，辅助接收机接收信号并完成定位解算。与传统的GPS接收机首次定位需要几分钟相比，A-GPS的首次定位时间最快仅需几秒钟，同时A-GPS也彻底解决了普通GPS设备在室内无法获取定位信息的缺陷。3)GPSOne是一种基于无线辅助全球定位系统的混合定位技术。在终端能够接收到GPS卫星信号时采用GPS定位方式，当终端在室内或者接收卫星信号不好的环境时采用CDMA基站接收的辅助GPS卫星信号实现辅助定位。GPSOne移动定位技术具有盲区少，适应面宽，成本低的特点，它不但可以在室外等平常的环境下实现高精度的定位，而且还克服了GPS在室内、地下停车场等环境下，无法定位或定位不准的弊端，提高了定位精度和定位成功率。4)然而，A-GPS、GPSOne定位方法也存在如下一些缺点：由于室内墙壁的遮挡，阻碍了手机的GPS模块接收卫星信号，所以即使有无线网络信号，但如果所接收的导航信号不连续，则依然无法完成定位；A-GPS等定位实现必须通过多次网络传输，这对运营商来说是大量的占用了空中资源；比一般手机在耗电量有一定的额外负担，缩短了手机的待机时间；将产生大量的无线网络流量，生成大量的资费等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于非同时接收的定位方法，能够解决非连续导航信号接收下的定位问题，提高卫星导航在城市峡谷等复杂环境下的可用性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的非同时接收的定位方法，包括：步骤一、对接收的卫星导航中频信号做并行搜索捕获，获得粗略的码相位；之后通过细化码相位，获取精细的码相位，进而得到信号发射时刻毫秒小数部分；步骤二、在已知的接收机粗略位置约束下，以接收机粗略位置作为初始值，利用迭代最小二乘法恢复信号发射时刻毫秒整数部分；步骤三、利用所述信号发射时刻毫秒小数部分和信号发射时刻毫秒整数部分，恢复信号发射时刻，并计算伪距；同时利用预先获取的星历结合恢复的信号发射时刻，计算卫星位置；步骤四、通过对所述伪距线性化构建观测向量y(k)，采用接收机位置和可从外部获取的接收机运动姿态构建接收机的状态向量x(k)，利用接收机位置和卫星位置构建系统观测方程中的系统观测矩阵H(k)；其中，状态向量x(k)中所述接收机位置的初始值采用所述接收机粗略位置；基于上述构建，在每一观测时刻k，利用卡尔曼滤波的方法解算状态向量的估计值即为当前时刻k的定位结果；不同观测时刻k采用不同的伪距获得观测向量y(k)，重复本步骤四，以完成定位。优选地，步骤一中，所述获取精细的码相位的具体步骤包括：利用并行搜索算法进行捕获，得到码相位和多普勒频率的粗略估计值；利用二次曲线拟合的方法，将多普勒频率进行细化，得到细化到几十Hz的多普勒频率；用细化后的多普勒频率产生本地载波，对所述接收的卫星导航中频信号进行去载波处理；在码相位的粗略估计值的附近范围内以比并行搜索捕获所采用的码相位搜索步长d1更小的码相位搜索步长d2提取码相位，利用提取的码相位重建本地码，将重建的本地码与去载波处理后的卫星导航中频信号做相关，得到若干个相关值；从得到的相关值中选取最大的3个相关值结合对应的码相位做二次曲线拟合，找到拟合曲线的峰值，即为精细的码相位。优选地，步骤四中，所述接收机运动姿态包括多普勒频移、接收机速度和/或接收机加速度。优选地，所述步骤四具体为：①建立接收机的系统状态转移方程为：x(k)＝Ax(k-1)+w(k-1)其中，x＝[xmxc]T为接收机的状态向量，xm＝[xyzvxvyvz]T为运动状态向量，x、y、z、vx、vy、vz分别为接收机三个方向的位置分量和速度分量；xc＝[δlδlf]T为误差状态向量，δl、δlf分别为由接收机钟差引起的距离误差δl和由接收机频漂引起的速度误差δlf；w(k-1)为系统噪声；系统转移矩阵A为：利用w(k-1)得到系统误差矩阵Q为:上式中，T为接收机测量过程的采样周期，Sx为接收机x方向的加速度扰动功率谱密度，Sy为接收机y方向的加速度扰动功率谱密度，Sz为接收机z方向的加速度扰动功率谱密度，St为接收机钟差引起的距离噪声的功率谱密度，Sf表示接收机频漂引起的速度噪声的功率谱密度；②建立系统观测方程：y(k)＝[y1(k)…yn(k)]T＝H(k)x(k)+v(k)其中，n为同一时刻出现的可视导航卫星个数，y(k)＝[y1(k)，…，yn(k)]T为对所述伪距进行线性化得到的观测量；系统观测矩阵H(k)＝[H1(k)…Hn(k)]T，Hi(k)＝[exρ(k)eyρ(k)ezρ(k)0001T]，x(k)、y(k)、z(k)和xsi(k)、ysi(k)、zsi(k)分别表示接收机和第i颗可视导航卫星于观测时刻k在地心坐标系下的坐标；是状态预测值中的接收机三方向位置分量，为观测时刻k-1计算得到的状态估计值；v(k)为观测噪声向量，观测噪声的协方差矩阵是第i颗可视导航卫星的观测误差方差；③滤波过程为：步骤(1)、设置接收机状态向量的初始估计值和状态均方误差的初始估计值P(0)；其中，取所述接收机粗略位置，采用当前观测时刻获得的伪距，通过线性化得到观测向量y(0)；令k＝1；步骤(2)、根据系统状态方程x(k)＝Ax(k-1)+w(k-1)和得到状态预测值并且计算先验估计的状态均方误差阵和系统观测矩阵H(k)；步骤(3)、计算滤波增益以及后验估计的状态均方误差阵步骤(4)、计算状态向量的估计值每个观测时刻k，利用步骤一至步骤三，通过获取伪距和卫星位置，然后重复步骤步骤(2)至(4)，完成卡尔曼滤波在每个观测时刻的定位解算。有益效果：(1)在非同时接收条件下，本专利技术采用细化码相位的方式获得精确的信号发射时刻毫秒小数部分，通过迭代最小二乘法恢复信号发射时刻毫秒整数部分，从而在不具有连续导航信号的前提下，获得了精确的伪距和卫星位置，为后续卡尔曼滤波提供了基础。(2)本专利技术以线性化的伪距作为观测向量y(k)，以接收机位置和可从外部获取的接收机运动姿态构建接收机的状态向量x(k)，并且利用接收机位置和卫星位置构建系统观测方程中的系统观测矩阵H(k)，从而通过卡尔曼滤波获得接收机位置的估算结果，在不同时具有4个可视导航卫星信号的前提下，实现定位。如果一段时间内有4颗或4颗以上不同编号的卫星被观测到，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非同时接收的定位方法，其特征在于，包括：步骤一、对接收的卫星导航中频信号做并行搜索捕获，获得粗略的码相位；之后通过细化码相位，获取精细的码相位，进而得到信号发射时刻毫秒小数部分；步骤二、在已知的接收机粗略位置约束下，以接收机粗略位置作为初始值，利用迭代最小二乘法恢复信号发射时刻毫秒整数部分；步骤三、利用所述信号发射时刻毫秒小数部分和信号发射时刻毫秒整数部分，恢复信号发射时刻，并计算伪距；同时利用预先获取的星历结合恢复的信号发射时刻，计算卫星位置；步骤四、通过对所述伪距线性化构建观测向量y(k)，采用接收机位置和可从外部获取的接收机运动姿态构建接收机的状态向量x(k)，利用接收机位置和卫星位置构建系统观测方程中的系统观测矩阵H(k)；其中，状态向量x(k)中所述接收机位置的初始值采用所述接收机粗略位置；基于上述构建，在每一观测时刻k，利用卡尔曼滤波的方法解算状态向量的估计值即为当前时刻k的定位结果；不同观测时刻k采用不同的伪距获得观测向量y(k)，重复本步骤四，以完成定位。

【技术特征摘要】
1.一种非同时接收的定位方法，其特征在于，包括：步骤一、对接收的卫星导航中频信号做并行搜索捕获，获得粗略的码相位；之后通过细化码相位，获取精细的码相位，进而得到信号发射时刻毫秒小数部分；其中，所述获取精细的码相位的具体步骤包括：利用并行搜索算法进行捕获，得到码相位和多普勒频率的粗略估计值；利用二次曲线拟合的方法，将多普勒频率进行细化，得到细化到几十Hz的多普勒频率；用细化后的多普勒频率产生本地载波，对所述接收的卫星导航中频信号进行去载波处理；在码相位的粗略估计值的附近范围内、以比并行搜索捕获所采用的码相位搜索步长d1更小的码相位搜索步长d2提取码相位，利用提取的码相位重建本地码，将重建的本地码与去载波处理后的卫星导航中频信号做相关运算，得到若干个相关值；从得到的相关值中选取最大的3个相关值，结合对应的码相位做二次曲线拟合，找到拟合曲线的峰值，即为精细的码相位；步骤二、在已知的接收机粗...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐颖，何智力，袁洪，刘杨斌，曾茂书，欧阳光洲，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11