一种基于平滑与外推的卫星定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于平滑与外推的卫星定位方法。所述方法利用当前历元以前解算出的若干个历元的用户终端所处位置的高程观测值进行外推，得到当前历元的高程预测值，同时解算当前历元的高程观测值，用于外推下一历元的高程预测值。将当前历元的高程预测值作为约束条件求解观测方程组，得到当前历元的用户终端所处位置的坐标。由于外推下一个历元得到的高程观测值比原单点定位得到的高程值更准确，提高了正常情况下的定位精度。当部分卫星信号短暂失锁或被遮挡，以最新的若干个历元的高程观测值的均值作为非完备定位条件下的高程观测值，高程观测值不稳定时，求加权均值，并进行上述相同的外推解算过程，可以完成非完备条件下的三维定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星定位与导航领域，具体涉及一种通过对用户终端所处位置的高程值(即大地高，用户终端至地球基准椭球面的高度)进行平滑与外推，实现非完备定位条件下的卫星定位方法。
技术介绍
在城市、峡谷、密林等遮挡物较多的环境下，卫星定位系统容易出现可视卫星少于4颗的“非完备定位条件”。此时若不依赖其他辅助手段或信息，用户终端将无法完成正常定位。在非完备条件结束后，仍需要一段时间才能重新捕获和锁定卫星信号进行定位。这种情况影响着卫星定位的连续性和可用性，成为GPS等卫星系统在遮挡环境下应用的最大技术瓶颈之一。针对这一问题，常使用组合惯导、伪卫星系统及电子地图匹配等方法对卫星星座进行补充，以实现三维定位。但这类通过外界手段辅助的方法，会增加投入与配套设施，且作用范围受到工作方式及布站位置的限制。相比之下，对用户终端坐标位置、测量伪距或接收机钟差进行数学建模处理的辅助定位方法无需额外的硬件设备，使用简单、经济方便。但其中利用位置坐标与伪距进行外推的方法属于矢量参数外推，当用户终端运动方向与速度大小发生改变时，容易产生较大误差。而基于接收机钟差外推的解决方法，因对接收机晶振的要求较高，难以广泛适用于市面上的一般民用接收终端。另一方面，由于卫星定位系统空间几何图形布局的原因，用户终端只能接收到来自天顶方向的卫星信号，而在地底方向没有卫星信号，所以位置精度因子PDOP(positiondilutionofprecision)值较大，从而导致高程方向上的定位误差较大。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种基于平滑与外推的卫星定位方法，用于正常定位情况下能够提高定位精度，并能完成非完备定位条件下的三维定位。现有技术进行卫星定位的方法是：根据球面交会法解算用户终端所处位置的高程观测值(大地高)，然后通过求解观测方程组得到用户终端的三维坐标。本专利技术提出的基于平滑与外推的卫星定位方法是对上述定位方法的改进，具体技术方案如下：一种基于平滑与外推的卫星定位方法，包括以下步骤：根据球面交会法解算当前历元n的用户终端所处位置的高程观测值hn，用于外推下一历元n+1的高程预测值hn+1预。对已解算出的历元n-1、历元n-2、……、历元n-m的高程观测值hn-1、hn-2、……、hn-m进行外推，得到当前历元n的高程预测值hn预，将当前历元n的高程预测值hn预作为约束条件求解观测方程组，得到当前历元n的用户终端所处位置的坐标。其中，n＝1，2，……；m为外推需要的历元个数，其值由外推精度要求确定。若部分卫星信号短暂失锁或被遮挡，即在非完备定位条件下，以k个根据球面交会法正常解算出的最新的高程观测值的均值(即进行均值平滑)作为非完备定位条件下的高程观测值hn。高程观测值不稳定时，所述均值为加权均值。进一步地，对已解算出的高程观测值进行外推采用的模型包括：均值平滑模型，广义延拓插值模型，加权最小二乘模型。进一步地，所述观测方程组为：(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2+cΔt=ρ1(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2+cΔt=ρ2..............................................................(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2+cΔt=ρi..............................................................x2+y2(a+h)2+z2(b+h)2=1]]>其中，x、y、z与Δt分别为待求的用户终端所处位置的三维坐标与接收机钟差，c为光速；xi、yi和zi为第i颗卫星在地固坐标系下的三维坐标，ρi为第i颗卫星至用户终端的伪距测量值，i＝1，2，……；h为用户的高程值；a、b分别为地球基准椭球的长、短半轴。进一步地，求加权均值时，高程观测值越新(历元序号越大)，其权重越大。进一步地，所述k满足：k≥σh2σh‾2]]>式中，σh为不进行均值处理的高程坐标方向的均方误差，为均值处理后所期望的高程坐标方向的均方误差。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述方法利用当前历元以前解算出的若干个历元的用户终端所处位置的高程观测值进行外推，得到当前历元的高程预测值，同时根据球面交会法解算当前历元的高程观测值，用于外推下一历元的高程预测值。将当前历元的高程预测值作为约束条件求解观测方程组，得到当前历元的用户终端所处位置的坐标。由于卫星系统在高程方向上的定位误差较大，外推下一个历元得到的高程观测值比原单点定位得到的高程观测值更准确，因此本专利技术所述方法提高了正常情况下的定位精度。当部分卫星信号短暂失锁或被遮挡，即在非完备条件下，以正常定位解算出的最新的若干个历元的高程观测值的均值作为所述当前历元的高程观测值，高程观测值不稳定时，求加权均值，并进行上述相同的外推解算过程，可以完成非完备条件下的三维定位。附图说明图1为正常定位情况下的定位方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。正常定位情况下定位方法流程图如图1所示，包括以下步骤：根据球面交会法解算当前历元的用户终端所处位置的高程观测值，用于外推下一历元的高程预测值。利用当前历元以前根据球面交会法解算出的若干个历元的高程观测值(大地高)进行外推，得到当前历元的高程预测值。将当前历元的高程预测值作为约束条件求解观测方程组，得到当前历元的用户终端所处位置的坐标。外推需要的历元个数根据外推精度要求确定。对已解算出的高程观测值序列进行外推采用的模型包括：均值平滑模型，广义延拓插值模型，加权最小二乘模型。当用户终端所处位置的高程值h已知后，即相当于一颗卫星处于地球中心点附近，测得的高度值相当于增加了一段伪距值，成为以地心距为半径的另一个交会球，所以能够起到一颗导航卫星的作用。此时的观测方程为：(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2+cΔt=ρ1(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2+cΔt=ρ2..............................................................(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2+cΔt=ρi.............................................本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平滑与外推的卫星定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据球面交会法解算当前历元n的用户终端所处位置的高程观测值hn，用于外推下一历元n+1的高程预测值hn+1预；对已解算出的历元n‑1、历元n‑2、……、历元n‑m的高程观测值hn‑1、hn‑2、……、hn‑m进行外推，得到当前历元n的高程预测值hn预，将当前历元n的高程预测值hn预作为约束条件求解观测方程组，得到当前历元n的用户终端所处位置的坐标；其中，n＝1，2，……；m为外推需要的历元个数，其值由外推精度要求确定；在非完备定位条件下，以k个根据球面交会法正常解算出的最新的高程观测值的均值作为非完备定位条件下的高程观测值hn；高程观测值不稳定时，所述均值为加权均值。

【技术特征摘要】
1.一种基于平滑与外推的卫星定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据球面交会法解算当前历元n的用户终端所处位置的高程观测值hn，用于外推下一历
元n+1的高程预测值hn+1预；对已解算出的历元n-1、历元n-2、……、历元n-m的高程观测
值hn-1、hn-2、……、hn-m进行外推，得到当前历元n的高程预测值hn预，将当前历元n的高程
预测值hn预作为约束条件求解观测方程组，得到当前历元n的用户终端所处位置的坐标；其
中，n＝1，2，……；m为外推需要的历元个数，其值由外推精度要求确定；
在非完备定位条件下，以k个根据球面交会法正常解算出的最新的高程观测值的均值作
为非完备定位条件下的高程观测值hn；高程观测值不稳定时，所述均值为加权均值。
2.根据权利要求1所述的基于平滑与外推的卫星定位方法，其特征在于，对已解算出的
高程观测值进行外推采用的模型包括：均值平滑模型，广义延拓插值模型，加权最小二乘模
型。
3.根据权利要求1所述的基于平滑与外推的卫星定位方法，其特征在于，所述观测方程
组为：
(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2+cΔt=ρ1(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2+c&...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成，施浒立，
申请(专利权)人：北京日月九天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11