基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法，一、构建最优化伪距滤波器和最优化多普勒滤波器；二、构建系数滤波器；三、将导航接收机内码环提供的第i颗卫星在k时刻的伪距观测量ρ

【技术实现步骤摘要】
基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法


[0001]本专利技术属于卫星导航定位的
，具体涉及一种基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法。

技术介绍

[0002]在卫星导航定位领域，导航接收机利用跟踪环路输出的伪距信息、星历信息可以对其三维位置进行解算。如何利用跟踪环路提供的测量数据来实现高精度的导航接收机位置解算一直是领域内热点之一。
[0003]当前对导航接收机位置的定位解算方法大多是基于伪距观测量的最小二乘解算方法。在绝大部分导航接收机中，相比于锁频环和锁相环输出的载波观测量，伪码跟踪环路输出的伪距观测量的误差标准差较大。因此这种单纯基于伪距观测量的最小二乘解算方法的定位精度较差。为了提升定位精度，Hatch提出了一种利用载波相位观测量平滑伪距观测量的方法。由于载波相位观测量的观测精度较高，因此该方法可以降低伪距观测量的误差标准差，从而提升定位精度。但是，由于导航接收机内跟踪环路中锁相环的脆弱性，在多径衰落等复杂信道环境中，锁相环会频繁失锁，无法提供载波相位观测量，从而使得载波相位平滑伪距方法失去效果。相比于锁相环，导航接收机内的锁频环往往不容易失锁，因此可利用锁频环输出的多普勒频率观测量来提升定位精度。Zebo Zhou等人提出了一种利用多普勒频率观测量辅助定位的算法，但是该算法需要知道伪距观测量误差标准差与多普勒频率观测量误差标准差之比的先验信息，并且该算法存在随着点数的增多定位结果存在均值偏差的问题。
[0004]综上，在缺乏先验信息并且鲁棒性要求较高的条件下，现有的卫星导航定位解算方法不能对多普勒频率观测量进行有效利用，提供高精度的定位结果。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法，能够实现对多普勒观测量的有效利用，从而提升卫星导航定位精度。
[0006]实现本专利技术的技术方案如下：
[0007]基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、构建最优化伪距滤波器和最优化多普勒滤波器；
[0009]步骤二、构建系数滤波器；
[0010]步骤三、将导航接收机内码环提供的第i颗卫星在k时刻的伪距观测量ρ
i
[k]和锁频环提供的伪多普勒观测量γ
i
[k]分别输入到步骤一的两个滤波器中进行最优化平滑滤波，然后将所得的结果输入步骤二中的系数滤波器，得到第i颗卫星在k时刻平滑后的伪距观测量；
[0011]步骤四、采用最小二乘解算技术对平滑后的伪距观测量进行解算，得到导航接收机的三维位置坐标。
[0012]进一步地，所述最优化伪距滤波器B
ρ
[k]为：
[0013][0014][0015]其中，k为离散点序号，L为设定的大于1的整数，n为自然数，代表样条阶次，为连续时间B样条函数，表达式为：
[0016][0017]其中，t为连续时间变量，LT0为样条系数的采样间隔，u(t)为单位阶跃函数，j为中间变量，取值0～n+1。
[0018]进一步地，所述最优化多普勒滤波器B
γ
[k]为：
[0019][0020]其中，k为离散点序号，LT0为样条系数的采样间隔，L为设定的大于1的整数；δ[k]为单位冲激响应序列；*代表卷积操作符；和可由离散时间B样条函数得到；n为自然数，代表样条阶次；的表达式为：
[0021][0022]其中，为连续时间B样条函数，表达式为：
[0023][0024]其中，t为连续时间变量；u(t)为单位阶跃函数，j为中间变量，取值0～n+1。
[0025]进一步地，所述系数滤波器c
F
[k]为：
[0026][0027]其中，{
·
}
‑1代表离散时间数字系统的逆冲激响应。
[0028]进一步地，所述平滑后的伪距观测量ρ
Bi
[k]为：
[0029][0030]其中，i为正整数，取值范围为[1,M]，M为可观测的卫星数量。
[0031]有益效果：
[0032]本专利技术提出的基于多普勒频率辅助的高精度卫星导航定位解算方法相比于常规技术，其优点主要体现在：
[0033]1、定位精度高。利用多普勒频率观测量与伪距观测量呈天然导数的关系，基于B样条近似理论，利用精度较高的多普勒频率观测量对伪距观测量进行最优化平滑滤波，有效
地提升了定位精度。
[0034]2、不需要额外的先验信息，鲁棒性强。所提的解算方法仅仅以多普勒频率观测量与伪距观测量作为输入，无需提供额外的先验信息。除此之外，由于利用了多普勒频率观测量，在多径衰落等复杂环境中，所提的解算方法能够比常规载波相位平滑技术具有更高的定位精度。
附图说明
[0035]图1为基于多普勒频率辅助的高精度卫星导航定位解算方法流程图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0037]本专利技术提供了一种基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法，所述解算方法的流程如图1所示，包括如下步骤：
[0038]步骤1、构建最优化伪距滤波器B
ρ
[k]和最优化多普勒滤波器B
γ
[k]，表达式为：
[0039][0040][0041]其中，k为离散点序号。LT0为样条系数y[k]的采样间隔，L为大于1的整数。δ[k]为单位冲激响应序列。*代表卷积操作符。和可由离散时间B样条函数得到。n为自然数，代表样条阶次。的表达式为：
[0042][0043]其中，为连续时间B样条函数，表达式为：
[0044][0045]其中，t为连续时间变量。u(t)为单位阶跃函数，j为中间变量，取值0～n+1。
[0046]步骤2、构建系数滤波器c
F
[k]，表达式为：
[0047][0048]其中，{
·
}
‑1代表离散时间数字系统的逆冲激响应。
[0049]步骤3、对导航接收机内码环提供的第i颗卫星在k时刻的伪距观测量ρ
i
[k]，和锁频环提供的伪普勒观测量γ
i
[k]进行最优化平滑滤波，得到第i颗卫星在k时刻平滑后的伪距观测量ρ
Bi
[k]；
[0050][0051]其中，i为正整数，取值范围为[1,M]，M为可观测的卫星数量，取大于等于1的正整数。
[0052]步骤4、采用最小二乘解算技术对平滑后的伪距观测量ρ
Bi
[k]进行解算，得到导航接收机的三维位置坐标(x,y,z)
T
。
[0053]其中，最优化伪距滤波器B
ρ
[k]、最优化多普勒滤波器B
γ
[k]和系数滤波器c
F
[k]的构建过程包含如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建最优化伪距滤波器和最优化多普勒滤波器；步骤二、构建系数滤波器；步骤三、将导航接收机内码环提供的第i颗卫星在k时刻的伪距观测量ρ
i
[k]和锁频环提供的伪多普勒观测量γ
i
[k]分别输入到步骤一的两个滤波器中进行最优化平滑滤波，然后将所得的结果输入步骤二中的系数滤波器，得到第i颗卫星在k时刻平滑后的伪距观测量；步骤四、采用最小二乘解算技术对平滑后的伪距观测量进行解算，得到导航接收机的三维位置坐标。2.如权利要求1所述的基于多普勒频率辅助平滑的高精度卫星导航定位解算方法，其特征在于，所述最优化伪距滤波器B
ρ
[k]为：[k]为：其中，k为离散点序号，L为设定的大于1的整数，n为自然数，代表样条阶次，为连续时间B样条函数，表达式为：其中，t为连续时间变量，LT0为样条系数的采样间隔，u(t)为单位阶跃函数，j为中间变量，取值0～n+1。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永庆，孙杰毅，申宇瑶，史学森，陈岩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：