一种基于稀疏测量信号的定位方法技术

一种基于稀疏测量信号的定位方法，属于定位技术领域。本发明专利技术包括：根据接收到的伪距测量值或多普勒测量值或同时接收到伪距测量值和多普勒测量值执行相应定位方法，解决了当测量信号是时分到达、发射测量信号的信标稀疏(少于四个)、测量值稀疏(少于四个)等情况下的定位问题。本发明专利技术通过对用户位置和钟差的归算，取得了当伪距、多普勒测量值是时分到达、伪距、多普勒测量值稀疏时，还能够确定用户位置与钟差。与钟差。与钟差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀疏测量信号的定位方法


[0001]本专利技术涉及一种基于稀疏测量信号的定位方法，属于定位


技术介绍

[0002]以北斗为代表的全球卫星导航系统连续稳定运行并为全球用户提供导航定位授时服务。但是在电磁环境较为复杂、遮挡严重、可用测量信号稀疏、或是利用非传统的导航信号进行定位时，用户无法同时接收到的四个及以上不同信标发射的测量信号，从而无法实现导航与定位。
[0003]传统的导航定位方法与设备与已经无法在上述的条件下正常工作，尤其是当测量信号是时分到达、发射测量信号的信标稀疏(少于四个)、测量值稀疏(少于四个)等情况，而许多特殊用户反而需要在这样的测量条件下得到准确的导航定位信息。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于稀疏测量信号的定位方法，解决了当测量信号是时分到达、发射测量信号的信标稀疏 (少于四个)、测量值稀疏(少于四个)等情况下的定位问题。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：一种基于稀疏测量信号的定位方法，包括：根据接收到的伪距测量值或多普勒测量值或同时接收到伪距测量值和多普勒测量值执行相应定位方法；
[0006]基于稀疏伪距测量值的定位方法为：利用同一信标或多个信标的非同时到达的伪距测量值组成伪距定位方程，并将用户位置和钟差归算至同一时刻带入伪距定位方程，求解定位方程得到用户位置和钟差；
[0007]基于稀疏多普勒测量值的定位方法为：接收同一信标或多个信标发射的信号得到多普勒测量值，利用多普勒测量值组成多普勒定位方程，并将用户位置和钟差归算至同一时刻带入多普勒定位方程，求解定位方程得到用户位置和钟差；
[0008]基于稀疏伪距与多普勒测量值的定位方法为：接收同一信标或多个信标发射的信号同时得到伪距和多普勒测量值，利用这些测量值组成伪距多普勒定位方程，并将用户位置和钟差归算至同一时刻带入伪距多普勒定位方程，求解定位方程得到用户位置和钟差。
[0009]进一步地，所述基于稀疏伪距测量值的定位方法的步骤包括：
[0010]步骤201，用户终端接收信标测量信号并生成伪距测量值，惯导输出对应时刻的位置变化，如果在同一时刻得到超过或等于四个信标的伪距测量值，执行步骤202，如果没有超过或等于四个信标的测量值，执行步骤203；
[0011]步骤202，用户解算或获取信标发射测量信号时的位置与钟差，消除测量值内含有的各类误差源，解算得到当前时刻的用户位置；
[0012]步骤203，用户继续接收测量值直至接收到四个及以上测量值，用户期望的定位精度为D
user
，评估此时的定位方程的PDOP值，如果，评估此时的定位方程的PDOP值，如果则继
续接收测量值，如果小于，利用接收到的N个伪距测量值进行定位；其中，σ
S
为信标的位置和时间误差的标准差，σ
P
为伪距测量值的测量误差标准差；N为正整数；
[0013]步骤204，如果持续等待测量值的时间段超过ΔT秒，定位方程PDOP值还无法满足步骤203的条件，则从第二个测量值时刻重新开始计算，如果时间段超过ΔT秒还无法满足，则从第三个测量值时刻重新开始计算，以此类推。
[0014]进一步地，评估定位方程的PDOP值包括：
[0015]步骤301，获取N个伪距测量值P
i
(i＝1,2,
…
N)，以及N
‑
1个位置变化向量Δpos
i
(i＝2,
…
N)；
[0016]步骤302，以坐标系原点(0,0,0)为参考点，利用位置变化向量得到T时刻对应于最后一个时刻的位置，计算方法为：
[0017]Pos
T_ref
＝(0,0,0)+sum(Δpos
T+1
+
…
+Δpos
N
)
[0018]其中，sum表示向量的累加；
[0019]步骤303，利用得到的N
‑
1个Pos
T_ref
和参考原点(0,0,0)，以及其每个时刻对应的信标的位置，根据
[0020][0021]计算对应的PDOP值；其中，tr为矩阵的迹，e
i
表示参考原点(0,0,0)到第i个已知点Pos
T_ref
的方向余弦。
[0022]进一步地，利用接收到的N个伪距测量值进行定位的方法包括：
[0023]步骤401，获取N个伪距测量值P
i
(i＝1,2,
…
N)，N个信标发射测量信号时的位置与时间，N个本地时钟时刻，N
‑
1个位置变化向量Δpos
i
(i＝2,
…
N)，用户每个时刻的位置分别是(x
i
,y
i
,z
i
),i＝1,2,
…
N，且用户位置未知；
[0024]步骤402，假设用户需要t时刻的位置(x
t
,y
t
,z
t
)，利用已知的位置变化向量Δpos
i
(i＝1,2,
…
N
‑
1)，将其他T时刻的用户位置归算至t时刻，计算方法为：
[0025][0026]步骤403，假设在每个测量值接收时刻的终端钟差是且终端钟差未知，将钟差变化修正至纳秒以下，将整个时间段内的接收机钟差等效为恒定值Δt
rec
；
[0027]步骤404，将位置归算误差和钟差归算误差加入到测量误差：
[0028][0029]式中，是原始测量误差的标准差，(δ
x
,δ
y
,δ
z
)是惯导设备测量误差的标准差，根据惯导设备确定，δ
clk
是终端钟差归算后的误差标准差，是新测量值误差的标准差；
[0030]步骤405，接收到的N个观测量组成的方程可表示为：
[0031][0032]式中，表示T时刻信标的位置，每个时刻的用户终端位置 (x
T
,y
T
,z
T
)通过步骤402转换至(x
t
,y
t
,z
t
)，每个时刻的终端钟差)，每个时刻的终端钟差通过步骤403转换至Δt
rec
；对上式进行泰勒展开线性化表示，利用迭代最小二乘方法进行求解，得到对应时刻t的位置(x
t
,y
t
,z
t
)；求解其T时刻的位置的计算方法为：
[0033][0034]进一步地，所述基于稀疏多普勒测量值的定位方法的步骤包括：
[0035]步骤501，用户终端接收信标测量信号并生成多普勒测量值，惯导输出对应时刻的位置变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏测量信号的定位方法，其特征在于，包括：根据接收到的伪距测量值或多普勒测量值或同时接收到伪距测量值和多普勒测量值执行相应定位方法；基于稀疏伪距测量值的定位方法为：利用同一信标或多个信标的非同时到达的伪距测量值组成伪距定位方程，并将用户位置和钟差归算至同一时刻带入伪距定位方程，求解定位方程得到用户位置和钟差；基于稀疏多普勒测量值的定位方法为：接收同一信标或多个信标发射的信号得到多普勒测量值，利用多普勒测量值组成多普勒定位方程，并将用户位置和钟差归算至同一时刻带入多普勒定位方程，求解定位方程得到用户位置和钟差；基于稀疏伪距与多普勒测量值的定位方法为：接收同一信标或多个信标发射的信号同时得到伪距和多普勒测量值，利用这些测量值组成伪距多普勒定位方程，并将用户位置和钟差归算至同一时刻带入伪距多普勒定位方程，求解定位方程得到用户位置和钟差。2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏测量信号的定位方法，其特征在于，所述基于稀疏伪距测量值的定位方法的步骤包括：步骤201，用户终端接收信标测量信号并生成伪距测量值，惯导输出对应时刻的位置变化，如果在同一时刻得到超过或等于四个信标的伪距测量值，执行步骤202，如果没有超过或等于四个信标的测量值，执行步骤203；步骤202，用户解算或获取信标发射测量信号时的位置与钟差，消除测量值内含有的各类误差源，解算得到当前时刻的用户位置；步骤203，用户继续接收测量值直至接收到四个及以上测量值，用户期望的定位精度为D
user
，评估此时的定位方程的PDOP值，如果，评估此时的定位方程的PDOP值，如果则继续接收测量值，如果小于，利用接收到的N个伪距测量值进行定位；其中，σ
S
为信标的位置和时间误差的标准差，σ
P
为伪距测量值的测量误差标准差；N为正整数；步骤204，如果持续等待测量值的时间段超过ΔT秒，定位方程PDOP值还无法满足步骤203的条件，则从第二个测量值时刻重新开始计算，如果时间段超过ΔT秒还无法满足，则从第三个测量值时刻重新开始计算，以此类推。3.根据权利要求2所述的一种基于稀疏测量信号的定位方法，其特征在于，评估定位方程的PDOP值包括：步骤301，获取N个伪距测量值P
i
(i＝1,2,
…
N)，以及N
‑
1个位置变化向量Δpos
i
(i＝2,
…
N)；步骤302，以坐标系原点(0,0,0)为参考点，利用位置变化向量得到T时刻对应于最后一个时刻的位置，计算方法为：Pos
T_ref
＝(0,0,0)+sum(Δpos
T+1
+
…
+Δpos
N
)其中，sum表示向量的累加；步骤303，利用得到的N
‑
1个Pos
T_ref
和参考原点(0,0,0)，以及其每个时刻对应的信标的位置，根据计算对应的PDOP值；其中，tr为矩阵的迹，e
i
表示参考原点(0,0,
0)到第i个已知点Pos
T_ref
的方向余弦。4.根据权利要求3所述的一种基于稀疏测量信号的定位方法，其特征在于，利用接收到的N个伪距测量值进行定位的方法包括：步骤401，获取N个伪距测量值P
i
(i＝1,2,
…
N)，N个信标发射测量信号时的位置与时间，N个本地时钟时刻，N
‑
1个位置变化向量Δpos
i
(i＝2,
…
N)，用户每个时刻的位置分别是(x
i
,y
i
,z
i
),i＝1,2,
…
N，且用户位置未知；步骤402，假设用户需要t时刻的位置(x
t
,y
t
,z
t
)，利用已知的位置变化向量Δpos
i
(i＝1,2,
…
N
‑
1)，将其他T时刻的用户位置归算至t时刻，计算方法为：步骤403，假设在每个测量值接收时刻的终端钟差是且终端钟差未知，将钟差变化修正至纳秒以下，将整个时间段内的接收机钟差等效为恒定值Δt
rec
；步骤404，将位置归算误差和钟差归算误差加入到测量误差：式中，是原始测量误差的标准差，(δ
x
,δ
y
,δ
z
)是惯导设备测量误差的标准差，根据惯导设备确定，δ
clk
是终端钟差归算后的误差标准差，是新测量值误差的标准差；步骤405，接收到的N个观测量组成的方程可表示为：式中，表示T时刻信标的位置，每个时刻的用户终端位置(x
T
,y
T
,z
T
)通过步骤402转换至(x
t
,y
t
,z
t
)，每个时刻的终端钟差)，每个时刻的终端钟差通过步骤403转换至Δt
rec
；对上式进行泰勒展开线性化表示，利用迭代最小二乘方法进行求解，得到对应时刻t的位置(x
t
,y
t
,z
t
)；求解其T时...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，韩琳，蒙艳松，边朗，严涛，朱向鹏，同钊，王韦玮，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：