一种基于北斗星基增强信息的自适应信息融合定位方法技术

本发明专利技术公布了一种基于北斗星基增强信息的自适应信息融合定位方法，属于卫星导航技术领域。本发明专利技术方法利用北斗星基增强信息，确定卫星观测集合，对信息融合定位进行自适应滤波，进行用户位置解算，实现用户接收机自适应滤波，提升卫星导航用户接收机的定位精度和灵活性。活性。活性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗星基增强信息的自适应信息融合定位方法


[0001]本专利属于卫星导航
，具体来说是一种基于北斗星基增强信息的自适应信息融合滤波定位方法。

技术介绍

[0002]全球定位系统(GPS)使导航发生了革命性的变化。GPS这一概念是在20世纪70年代早期作为一个联合军事服务项目发展起来的，第一颗卫星于1978年发射。GPS卫星播发调制伪码且时间同步的卫星信号，信号中包含时间信息用于测距且以BPSK的方式调制了星历、钟差、大气层延迟修正等信息。用户产生复制的卫星信号与接收到的信号相关联，可以确切知道包含接收机钟差的伪距信息并解调出电文信息。在收集到4颗及以上卫星信号及星历信息后，就可以解算出三维坐标和接收机钟差，实现定位功能。1995年美国GPS全面建成，GPS定位也因为其准确性得到了广泛的应用。我国的北斗经历了”三步走“的发展历程。20年代后期我国开始探索发展卫星导航系统，2000年底建成北斗一号系统，采用有源定位体制，实现了从无到有，所设计的双向短报文通信功能，是北斗的独创。2012年底建成了北斗二号系统，完成14颗卫星的发射组网，增加了无源定位方式，为亚太地区带来定位、测速、授时及短报文服务。2020年北斗三号最后一颗卫星发射成功，标志着北斗三号系统全面建成，可为全球用户提供基本导航服务及短报文和国际搜救服务。
[0003]星基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分，北斗同步轨道GEO卫星向用户播发卫星钟差参数和电离层延迟参数等，提供高精度导航服务。空间部分包含GEO卫星，地面部分包括29个地面监测站和1个主控地面注入站。监测站收集来自卫星的信号信息送入主控站，计算卫星轨道、卫星钟差、电离层格网等差分改正数与其他完好性信息，通过注入站向地球同步轨道GEO卫星注入电文，GEO卫星向地面播发星基增强信息。
[0004]星基增强误差修正参数主要包含两类：（一）卫星钟差修正数原子钟在对卫星提供时间与频率信号来源的同时，必然存在着时钟偏差和频率漂移。监测站通过对卫星信号的检测对卫星钟差作出估计，除了随卫星星历改变播发的钟差参数外，GEO卫星会播发星基增强系统的卫星钟差修正数，每隔18s更新一次，计算伪距时直接对卫星的伪距进行修正。
[0005]（二）电离层格网延迟修正数电离层延迟和观测时间、监测站与接收机位置以及卫星相对于接收机的连线方向等因素有关，单频用户在使用北斗系统定位时常采用Klobuchar模型对电离层延迟进行估计。北斗星基增强系统通过建立覆盖在中国领空的电离层格网为在覆盖区域的用户提供实时的电离层延迟估计。使用时，电离层格网模型估计出的电离层延迟代替Klobuchar模型估计，参与到定位解算当中。
[0006]除了上述两种精度修正增强信息，星基增强系统同时播发与之配套的完好性增强信息，包括区域用户距离精度指数(RURAI)、用户差分距离精度标识(UDREI)和格网点电离
层垂直延迟改正数误差指数(GIVEI)等信息。
[0007]上述星基增强信息提供了充分的完好性信息，可以实时地向用户提供利用上述精度增强信息修正伪距后的距离精度范围，但并未被用户接收机充分利用。现有方法尚未能充分发挥星基增强完好性信息及时性、时变性和精确性等特点，难以提升卫星导航用户接收机的定位精度。

技术实现思路

[0008]为克服现有技术存在的不足，本专利技术提出一种基于北斗星基增强信息的自适应信息融合定位方法，充分挖掘利用北斗GEO卫星播发的星基增强信息，利用星基增强完好性信息的及时性、时变性和精确性，是一种利用星基增强信息，对信息融合定位进行自适应滤波的算法，能够提升卫星导航用户接收机的定位精度。
[0009]该方法首先根据北斗卫星导航电文，解调出定位所需的卫星星历、观测量、星基增强等信息，从所观测到的卫星中组合选取若干颗卫星并计算几何精度因子（GDOP）值，选取GDOP值最小的组合作为卫星观测集合。根据电文信息计算北斗卫星的位置和速度，结合卫星相对于接收机的伪距、多普勒等信息进行用户位置解算。与此同时，基于北斗星基增强信息的自适应信息融合定位算法开始工作，实时地修正伪距观测量，并依据星基增强完好性信息对不同卫星的伪距观测量赋予不同的权重，自适应滤波所利用到的完好性信息包括：区域用户距离精度指数(RURAI)、精度标识用户差分距离精度标识（UDREI）和格网点电离层垂直延迟改正数误差指数（GIVEI）。最终实现用户接收机自适应滤波，提升用户接收机定位精度。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术方法具体的实施步骤如下：第一步：根据观测卫星提取得到卫星星历、卫星观测量、北斗星基增强等信息；从卫星导航接收机基带处理模块，接收并解调电文信息，依据北斗接口控制ICD(Interface Control Document)文档格式，组装出卫星星历、卫星伪距和多普勒等观测量、北斗星基增强完好性等信息。
[0011]第二步：选择几何分布更优的卫星观测集合；根据实际需要确定参与解算的卫星数量，从观测到的所有卫星中任意选取该数量的卫星，计算它们的几何精度因子（GDOP）值，重复本步骤并依次遍历所有可能的组合，选取其中GDOP值最小的组合作为卫星观测集合。
[0012]第三步：利用星基增强信息修正伪距观测量；在第k历元，读取第一步中解调出的第i颗北斗卫星的星基增强信息，其中包括卫星钟差修正数和由星基增强电离层格网点信息计算得到的电离层延迟修正量。其中，k表示第k历元，i表示卫星观测集合中的卫星序号，表示卫星钟差。
[0013]对观测到的北斗卫星伪距观测量的修正过程如下：其中，为第一步卫星观测量中的伪距观测量，表示星基增强信息修正后的伪距观测量。
[0014]第四步：设定定位解算滤波器初始的观测量噪声协方差矩阵；计算得到定位解算滤波器观测量噪声协方差矩阵为，是一个对角矩阵，对角元素个数为2N，符号N代表参与定位解算的卫星通道数，表示如下：其中表示由矢量中的元素构成的对角矩阵。中前N个对角元素对应伪距观测噪声，根据RURAI确定，参照ICD文档中RURAI定义表得出区域用户距离精度(RURA)值，带入。后N个对角元素对应多普勒观测噪声，可由经验设定或者公式计算得到。
[0015]第五步：根据北斗星基增强完好性信息计算距离精度；将第一步中北斗星基增强完好性信息中的N个通道的精度标识UDREI和GIVEI按照电文协议分别转化为等效钟差改正精度和电离层延迟改正精度，当精度标识显示为不可用时，则更换参与定位的卫星通道。利用和计算第i个通道对应的总距离精度，表示为：第六步：计算观测噪声的自适应权重；根据总距离精度计算信息融合定位解算观测噪声的自适应权重，具体表示为：其中，自适应权重包含2N个元素，前N个对应伪距观测噪声权重，后N个对应伪距率观测噪声权重。伪距率观测量与距离精度无关，故对应的观测量噪声权重保持为1不变。自适应权重中的伪距观测量噪声权重定义为第i个通道距离精度与所有通道距离精度平均值的比值，表示为:其中。
[0016]第七步：自适应调整观测噪声协方差矩阵，完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗星基增强信息的自适应信息融合定位方法，利用北斗星基增强信息，对信息融合定位进行自适应滤波，提升卫星导航用户接收机的定位精度；第一步：根据观测卫星提取得到北斗卫星的卫星星历、卫星伪距观测量、多普勒观测量、星基增强完好性信息；星基增强信息包括区域用户距离精度指数RURAI、精度标识用户差分距离精度标识UDREI和格网点电离层垂直延迟改正数误差指数GIVEI；第二步：确定卫星观测集合；包括：从观测到的所有卫星中任意选取多个卫星作为卫星组合，计算该卫星组合的几何精度因子GDOP值；依次遍历所有可能的卫星组合；选取其中GDOP值最小的卫星组合作为卫星观测集合；第三步：利用星基增强信息修正伪距观测量；在第k历元，读取第一步中解调出的第i颗北斗卫星的星基增强信息，包括卫星钟差修正数和电离层延迟修正量 ，其中，k表示第k历元，i表示卫星观测集合中的卫星序号， 为卫星钟差参数；对观测到的北斗卫星伪距观测量进行修正的过程，表示为：其中，为第一步卫星观测量中的伪距观测量， 表示星基增强信息修正后的伪距观测量；第四步：设定定位解算滤波器的初始的观测量噪声协方差矩阵；计算得到定位解算滤波器观测量噪声协方差矩阵 表示为：其中， 表示由矢量 中的元素构成的对角矩阵； 中的对角元素个数为2N，N代表参与定位解算的卫星通道数； 中前N个对角元素对应伪距观测噪声，，其中，RURA为区域用户距离精度；后N个对角元素对应多普勒观测噪声；第五步：根据北斗星基增强完好性信息计算距离精度；包括：将第一步中北斗星基增强信息的N个通道的精度标识UDREI和GIVEI按照电文协议分别转化为等效钟差改正精度
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和电离层延迟改正精度
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；当精度标识显示为不可用时，更换参与定位的卫星通道；利用
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊忍，帅强强，李光辰，李唱白，朱柏承，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：