多导航系统互操作定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多导航系统互操作定位方法及系统，包括：（1）基于卡尔曼滤波的定位模型的构建；（2）每次接收机定位结束时，存储本次定位结束时估算的系统间钟差偏差；（3）每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔小于预设间隔，引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；（4）每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔不小于预设间隔，采用定位模型实时解算各历元时刻下各系统间钟差偏差的变化值，采用定位模型进行定位。本发明专利技术可用于多导航系统组合定位，仅需估计一个接收机钟差即可进行定位解算，从而可解决可视卫星数量较少情况下无法定位的问题。

【技术实现步骤摘要】
多导航系统互操作定位方法及系统
本专利技术属于GNSS导航定位
，具体涉及一种多导航系统互操作定位方法及系统。
技术介绍
目前，世界上已经形成了GPS、BDS(北斗系统)、GALILEO(伽利略系统)和GLONASS四大导航系统并存的局面，相比于单一系统的导航定位，GNSS多系统的集成在可用性、可靠性、精度等各方面都更具优势。然而，对于多模GNSS组合定位，由于各导航系统时间基准不统一，各系统都要估计一个接收机钟差，在卫星数量特别少的情况下(例如一颗GPS卫星、一颗BDS卫星、一颗GLONASS卫星和一颗GALILEO卫星)会出现观测值数量少于参数数量的秩亏问题，导致无法定位。为了实现多系统兼容统一处理，必须统一多系统的时间基准。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种多导航系统互操作定位方法及系统，适用于可视卫星数量较少情况下的多系统组合定位。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一、多导航系统互操作定位方法，包括：(1)基于卡尔曼滤波的定位模型的构建，包括：以一系统接收机钟差为基准钟差dt'r，采用基准钟差表示其他系统接收机钟差dtr＝dt'r+δ，δ表示系统间钟差偏差；基于基准钟差构建各系统的观测方程；由位置参数、基准钟差和系统间钟差偏差构成状态参数向量；构建基于卡尔曼滤波法的状态方程xk＝Φk,k-1·xk-1+K·wk-1，其中，xk、xk-1分别为第k、(k-1)个历元的状态参数向量；Φk,k-1为第(k-1)个历元到第k个历元的状态转移矩阵；K为噪声输入矩阵，当各系统广播星历均不更新时，K为零向量，当有系统广播星历更新时，K＝[0000ΔD]T，向量ΔD中元素表示各系统间钟差偏差的跳变，分别根据广播星历更新时各系统时间基准的跳变获得，系统时间基准跳变为各系统所有卫星从当前历元广播文件读取的卫星钟差和根据上一历元卫星钟差推算的卫星钟差之差的平均值，分别表示从上一历元广播文件读取的上一历元时刻t0卫星的时钟偏差和时钟漂移，(t-t0)表示当前历元时刻与上一历元时刻间的时间差；wk-1为过程噪声；(2)每次接收机定位结束时，存储本次定位结束时估算的系统间钟差偏差；(3)每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔小于预设间隔，引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差作为当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；(4)每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔不小于预设间隔，采用定位模型实时解算各历元时刻下各系统间钟差偏差的变化值，进而获得当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；上述系统即导航系统的简称。步骤(3)中所述的引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差作为当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位，具体为：引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差构建虚拟观测方程；以虚拟观测方程作为基于卡尔曼滤波法的状态方程的约束信息，结合各系统的观测方程，解算状态参数向量，从而实现定位解算。步骤(4)中所述的采用定位模型进行定位，具体为：引入当前历元时刻的各系统间钟差偏差构建虚拟观测方程；以虚拟观测方程作为基于卡尔曼滤波法的状态方程的约束信息，结合各系统的观测方程，解算状态参数向量，从而实现定位解算。二、多导航系统互操作定位系统，包括：模型构建模块，用来基于卡尔曼滤波的定位模型的构建，包括：以一系统接收机钟差为基准钟差dt'r，采用基准钟差表示其他系统接收机钟差dtr＝dt'r+δ，δ表示系统间钟差偏差；基于基准钟差构建各系统的观测方程；由位置参数、基准钟差和系统间钟差偏差构成状态参数向量；构建基于卡尔曼滤波法的状态方程xk＝Φk,k-1·xk-1+K·wk-1，其中，xk、xk-1分别为第k、(k-1)个历元的状态参数向量；Φk,k-1为第(k-1)个历元到第k个历元的状态转移矩阵；K为噪声输入矩阵，当各系统广播星历均不更新时，K为零向量，当有系统广播星历更新时，K＝[0000ΔD]T，向量ΔD中元素表示各系统间钟差偏差的跳变，分别根据广播星历更新时各系统时间基准的跳变获得，系统时间基准跳变为各系统所有卫星从当前历元广播文件读取的卫星钟差和根据上一历元卫星钟差推算的卫星钟差之差的平均值，分别表示从上一历元广播文件读取的上一历元时刻t0卫星的时钟偏差和时钟漂移，(t-t0)表示当前历元时刻与上一历元时刻间的时间差；wk-1为过程噪声；系统间钟差偏差存储模块，用来每次接收机定位结束时，存储本次定位估算的系统间钟差偏差；第一定位模块，用来每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔小于预设间隔，引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差作为当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；第二定位模块，用来每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔不小于预设间隔，采用定位模型实时解算各历元时刻下各系统间钟差偏差的变化值，进而获得当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；上述系统即导航系统的简称。上述第一定位模块进一步包括子模块：虚拟观测方程构建子模块，用来引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差构建虚拟观测方程；定位解算子模块，用来以虚拟观测方程作为基于卡尔曼滤波法的状态方程的约束信息，结合各系统的观测方程，解算状态参数向量，从而实现定位解算。上述第二定位模块进一步包括子模块：虚拟观测方程构建子模块，用来引入当前历元时刻的各系统间钟差偏差构建虚拟观测方程；定位解算子模块，用来以虚拟观测方程作为基于卡尔曼滤波法的状态方程的约束信息，结合各系统的观测方程，解算状态参数向量，从而实现定位解算。和现有技术相比，本专利技术具有如下特点和有益效果：在卫星遮挡严重的地区(例如高楼林立的城市)，一般可视卫星数量较少，这种情况下多系统组合定位时，若估计各系统的接收机钟差，会导致观测方程秩亏，从而无法定位。对于多导航系统组合定位，本专利技术只需估计一个接收机钟差即可进行定位解算，在可视卫星数量较少情况下也可实现多模解算，从而解决了可视卫星数量较少情况下无法定位的问题。附图说明图1为本专利技术方法的具体流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将结合附图及具体实施方式，进一步说明本专利技术。应当理解，以下描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下文公式中，G代表GPS，C代表BDS，R代表GLONASS，E代表GALILEO。各GNSS系统的观测方程如下：式(1)中，omcG、omcC、omcR、omcE分别表示GPS、BDS、GLONASS、GALILEO系统的观测值；Δx、Δy、Δz表示位置参数；lG、mG、nG为GPS系统观测方程的系数，lC、mC、nC为BDS系统观测方程的系数，lR、mR、nR为GLONASS系统观测方程的系数，lE、mE、nE为GALILEO系统观测方程的系数；c为真空光速；分别为GPS、BDS、GLONASS、GALILEO系统的接收机钟差参数。式(1)可简化表示为：zk＝Hkxk+vk(2)式(2)中，zk、Hk、xk、vk分别表示第k个历元的观测值、观测设计矩阵、状态参数向量和观测值残差。观测设计矩阵Hk可以表示如下：状态参数向量xk可表示为：多模接收机中，各导本文档来自技高网...

【技术保护点】
多导航系统互操作定位方法，其特征在于，包括：(1)基于卡尔曼滤波的定位模型的构建，包括：以一系统接收机钟差为基准钟差dt'r，采用基准钟差表示其他系统接收机钟差dtr＝dt'r+δ，δ表示系统间钟差偏差；基于基准钟差构建各系统的观测方程；由位置参数、基准钟差和系统间钟差偏差构成状态参数向量；构建基于卡尔曼滤波法的状态方程xk＝Φk,k‑1·xk‑1+K·wk‑1，其中，xk、xk‑1分别为第k、(k‑1)个历元的状态参数向量；Φk,k‑1为第(k‑1)个历元到第k个历元的状态转移矩阵；K为噪声输入矩阵，当各系统广播星历均不更新时，K为零向量，当有系统广播星历更新时，K＝[0 0 0 0 ΔD]T，向量ΔD中元素表示各系统间钟差偏差的跳变，分别根据广播星历更新时各系统时间基准的跳变获得，系统时间基准跳变为各系统所有卫星从当前历元广播文件读取的卫星钟差和根据上一历元卫星钟差推算的卫星钟差之差的平均值，dtsi,old(t)=tauniold(t0)+gamniold(t0)×(t-t0),]]>分别表示从上一历元广播文件读取的上一历元时刻t0卫星的时钟偏差和时钟漂移，(t‑t0)表示当前历元时刻与上一历元时刻间的时间差；wk‑1为过程噪声；(2)每次接收机定位结束时，存储本次定位结束时估算的系统间钟差偏差；(3)每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔小于预设间隔，引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差作为当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；(4)每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔不小于预设间隔，采用定位模型实时解算各历元时刻下各系统间钟差偏差的变化值，进而获得当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；上述预设间隔根据实验验证获得，上述系统即导航系统的简称。...

【技术特征摘要】
1.多导航系统互操作定位方法，其特征在于，包括：(1)基于卡尔曼滤波的定位模型的构建，包括：以一系统接收机钟差为基准钟差dt'r，采用基准钟差表示其他系统接收机钟差dtr＝dt'r+δ，δ表示系统间钟差偏差；基于基准钟差构建各系统的观测方程；由位置参数、基准钟差和系统间钟差偏差构成状态参数向量；构建基于卡尔曼滤波法的状态方程xk＝Φk,k-1·xk-1+K·wk-1，其中，xk、xk-1分别为第k、k-1个历元的状态参数向量；Φk,k-1为第k-1个历元到第k个历元的状态转移矩阵；K为噪声输入矩阵，当各系统广播星历均不更新时，K为零向量，当有系统广播星历更新时，K＝[0000ΔD]T，向量ΔD中元素表示各系统间钟差偏差的跳变，分别根据广播星历更新时各系统时间基准的跳变获得，系统时间基准跳变为各系统所有卫星从当前历元广播文件读取的卫星钟差和根据上一历元卫星钟差推算的卫星钟差之差的平均值，分别表示从上一历元广播文件读取的上一历元时刻t0卫星的时钟偏差和时钟漂移，t-t0表示当前历元时刻与上一历元时刻间的时间差；wk-1为过程噪声；(2)每次接收机定位结束时，存储本次定位结束时估算的系统间钟差偏差；(3)每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔小于预设间隔，引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差作为当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；(4)每次接收机定位时，若本次定位与上次定位时间间隔不小于预设间隔，采用定位模型实时解算各历元时刻下各系统间钟差偏差的变化值，进而获得当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位；上述预设间隔根据实验验证获得，上述系统即导航系统的简称。2.如权利要求1所述的多导航系统互操作定位方法，其特征在于：步骤(3)中所述的引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差作为当前历元时刻的各系统间钟差偏差，采用定位模型进行定位，具体为：引入上次定位结束时估算的各系统间钟差偏差构建虚拟观测方程；以虚拟观测方程作为基于卡尔曼滤波法的状态方程的约束信息，结合各系统的观测方程，解算状态参数向量，从而实现定位解算。3.如权利要求1所述的多导航系统互操作定位方法，其特征在于：步骤(4)中所述的采用定位模型进行定位，具体为：引入当前历元时刻的各系统间钟差偏差构建虚拟观测方程；以虚拟观测方程作为基于卡尔曼滤波法的状态方程的约束信息，结合各系统的观测方程，解算状态参数向量，从而实现定位解算。4.多导航系统互操作定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘炎炎，袁兵，赵乐文，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42