基于非线性优化的GNSS单点定位方法及导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非线性优化的GNSS单点定位方法，包括获取GNSS系统的原始观测量；计算得到GNSS系统的每个时刻的速度值；计算得到GNSS系统的每个时刻的位置值；根据位置值完成GNSS系统的单点定位。本发明专利技术还公开了一种包括所述基于非线性优化的GNSS单点定位方法的导航方法。本发明专利技术基于多普勒观测量和运动学模型构建系统速度优化器，优化系统每个时刻的速度；同时本发明专利技术基于伪距观测量、历元载波相位观测量、优化的速度和接收机频漂构建位置优化器，优化系统每个时刻的位置，得到高可靠和准确性好的导航定位结果；因此本发明专利技术的可靠性高、精确性好且持续性好。精确性好且持续性好。精确性好且持续性好。

【技术实现步骤摘要】
基于非线性优化的GNSS单点定位方法及导航方法


[0001]本专利技术属于定位及导航
，具体涉及一种基于非线性优化的GNSS单点定位方法及导航方法。

技术介绍

[0002]随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，定位及导航技术已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障定位及导航过程的精确性和可靠性，就成为了定位及导航过程中最重要的任务之一。
[0003]目前，在导航定位的过程中，传统的定位技术一般采用的是基于卡尔曼滤波估计的方案进行实时定位结果的估计。在这一基于卡尔曼滤波的技术方案过程中，需要精确的确定GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）观测量的方差。但是，在现实的城市复杂环境中，GNSS的观测量的不确定性非常大；而且，在单点定位场景中，系统很难确定GNSS观测量的方差。因此，这些实际问题将直接导致定位和导航过程中的状态预测精度的降低，使得定位跳变较大。而且，如果定位或导航终端持续处于复杂环境下，此时系统中卡尔曼滤波的状态量和预测精度将持续降低，最终将导致系统滤波器的发散，使得定位过程不可用，进而无法提供定位及导航功能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种可靠性高、精确性好且持续性好的基于非线性优化的GNSS单点定位方法。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种包括了所述基于非线性优化的GNSS单点定位方法的导航方法。
[0006]本专利技术提供的这种基于非线性优化的GNSS单点定位方法，包括如下步骤：S1. 获取GNSS系统的原始观测量；S2. 根据步骤S1获取的原始观测量，基于运动学模型和相邻两个时刻之间的加速度约束，计算得到GNSS系统的每个时刻的速度值；S3. 根据步骤S2计算得到的速度值，基于伪距和历元载波相位观测量，计算得到GNSS系统的每个时刻的位置值；S4. 根据步骤S3计算得到的位置值，完成GNSS系统的单点定位。
[0007]所述的步骤S2，具体包括如下内容：根据获取的GNSS系统的原始观测量和接收机自身的数据，计算得到多普勒残差值；根据运动学模型和相邻两个时刻之间的加速度约束，计算得到第一运动学残差值；根据得到的多普勒残差值和第一运动学残差值，计算得到GNSS系统的每个时刻的速度值。
[0008]所述的步骤S2，具体包括如下步骤：采用如下算式计算得到i时刻的多普勒残差值：式中为i时刻的卫星观测矢量；为i时刻的卫星的速度值；为i时刻的接收机的速度值；为i时刻的卫星钟漂；为i时刻的接收机频漂；为i时刻的多普勒观测量；为波长；采用如下算式计算得到i时刻的第一运动学残差值：式中为i时刻的接收机的速度值；为i
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1时刻的接收机的速度值；为i时刻的时间；为i
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1时刻的时间；为i时刻接收机的加速度值；采用如下算式作为速度非线性优化模型：式中X为待优化的第一参数值，包括i时刻的接收机的速度值和i时刻的接收机频漂；为求最小值；n为多普勒观测量的数量；为马氏范数；对构建的速度非线性优化模型进行求解，得到GNSS系统的i时刻的速度值。
[0009]所述的步骤S3，具体包括如下内容：根据得到的伪距观测量和接收机自身的数据，计算得到伪距残差值；根据历元载波相位观测量和历元载波相位差分约束，计算得到历元载波相位差分残差值；根据运动学模型和相邻两个时刻之间的速度约束，计算得到第二运动学残差值；根据接收机钟差和接收机频漂，计算得到接收机频漂残差值；根据得到的伪距残差值、历元载波相位差分残差值、第二运动学残差值和接收机频漂残差值，计算得到GNSS系统的每个时刻的接收机位置值。
[0010]所述的步骤S3，具体包括如下步骤：采用如下算式计算得到j时刻的伪距残差值：
[0011]式中为j时刻的卫星位置；为j时刻的接收机位置；为j时刻的接收机钟差；为j时刻的卫星钟差；为j时刻的电离层延时；为j时刻的对流层延时；
为j时刻的伪距观测量；为马氏范数；判断载波相位是否发生周跳：若发生周跳，则不使用历元载波相位差分约束；若未发生周跳，则添加历元载波相位差分约束，根据历元载波相位观测量，采用如下算式计算得到j时刻的历元载波相位差分残差：式中为j时刻的卫星观测矢量；为j时刻的接收机位置；为j
‑
1时刻的接收机位置；为j时刻的接收机频漂；为波长；为j时刻与j
‑
1时刻的载波相位差分值；为j时刻的卫星位置；为j
‑
1时刻的卫星观测矢量；为j
‑
1时刻的卫星位置；为j时刻与j
‑
1时刻的接收机钟差差分值；为j时刻与j
‑
1时刻的对流层延时差分值；为j时刻与j
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1时刻的电离层延时差分值；采用如下算式计算得到j时刻的第二运动学残差值：式中为j时刻的时间；为j
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1时刻的时间；为j时刻的接收机速度；采用如下算式计算得到j时刻的接收机频漂残差值：式中为j时刻的接收机钟差；为j
‑
1时刻的接收机钟差；为j时刻的接收机频漂；采用如下算式作为位置非线性优化模型：式中XX为待优化的第二参数值，包括j时刻的接收机的位置值和j时刻的接收机的钟差；nn为伪距观测量的数量；mm为历元载波相位差分的数量；对构建的位置非线性优化模型进行求解，得到GNSS系统的j时刻的位置值。
[0012]本专利技术还公开了一种包括了所述基于非线性优化的GNSS单点定位方法的导航方法，还包括如下步骤：S5. 根据步骤S4得到的GNSS系统的单点定位结果，进行实时导航。
[0013]本专利技术提供的这种基于非线性优化的GNSS单点定位方法及导航方法，基于多普勒
观测量和运动学模型构建系统速度优化器，优化系统每个时刻的速度；同时本专利技术基于伪距观测量、历元载波相位观测量、优化的速度和接收机频漂构建位置优化器，优化系统每个时刻的位置，得到高可靠和准确性好的导航定位结果；因此本专利技术的可靠性高、精确性好且持续性好。
附图说明
[0014]图1为本专利技术定位方法的方法流程示意图。
[0015]图2为本专利技术定位方法的实施例的东向误差统计示意图。
[0016]图3为本专利技术定位方法的实施例的北向误差统计示意图。
[0017]图4为本专利技术定位方法的实施例的天向误差统计示意图。
[0018]图5为本专利技术导航方法的方法流程示意图。
具体实施方式
[0019]如图1所示为本专利技术定位方法的方法流程示意图：本专利技术提供的这种基于非线性优化的GNSS单点定位方法，包括如下步骤：S1. 获取GNSS系统的原始观测量；S2. 根据步骤S1获取的原始观测量，基于运动学模型和相邻两个时刻之间的加速度约束，计算得到GNSS系统的每个时刻的速度值；具体包括如下内容：根据获取的GNSS系统的原始观测量和接收机自身的数据，计算得到多普勒残差值；根据运动学模型和相邻两个时刻之间的加速度约束，计算得到第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性优化的GNSS单点定位方法，其特征在于包括如下步骤：S1. 获取GNSS系统的原始观测量；S2. 根据步骤S1获取的原始观测量，基于运动学模型和相邻两个时刻之间的加速度约束，计算得到GNSS系统的每个时刻的速度值；S3. 根据步骤S2计算得到的速度值，基于伪距和历元载波相位观测量，计算得到GNSS系统的每个时刻的位置值；S4. 根据步骤S3计算得到的位置值，完成GNSS系统的单点定位。2.根据权利要求1所述的基于非线性优化的GNSS单点定位方法，其特征在于所述的步骤S2，具体包括如下内容：根据获取的GNSS系统的原始观测量和接收机自身的数据，计算得到多普勒残差值；根据运动学模型和相邻两个时刻之间的加速度约束，计算得到第一运动学残差值；根据得到的多普勒残差值和第一运动学残差值，计算得到GNSS系统的每个时刻的速度值。3.根据权利要求2所述的基于非线性优化的GNSS单点定位方法，其特征在于所述的步骤S2，具体包括如下步骤：采用如下算式计算得到i时刻的多普勒残差值：式中为i时刻的卫星观测矢量；为i时刻的卫星的速度值；为i时刻的接收机的速度值；为i时刻的卫星钟漂；为i时刻的接收机频漂；为i时刻的多普勒观测量；为波长；采用如下算式计算得到i时刻的第一运动学残差值：式中为i时刻的接收机的速度值；为i
‑
1时刻的接收机的速度值；为i时刻的时间；为i
‑
1时刻的时间；为i时刻接收机的加速度值；采用如下算式作为速度非线性优化模型：式中X为待优化的第一参数值，包括i时刻的接收机的速度值和i时刻的接收机频漂；为求最小值；n为多普勒观测量的数量；为马氏范数；对构建的速度非线性优化模型进行求解，得到GNSS系统的i时刻的速度值。4.根据权利要求3所述的基于非线性优化的GNSS单点定位方法，其特征在于所述的步骤S3，具体包括如下内容：根据得到的伪距观测量和接收机自身的数据，计算得到伪距残差值；
根据历元载波相位观测量和历元载波相位差分约束，计算得到历元载波相位差分残差值；根据运动学模型和相邻两个时刻之间的速度约束，计算得到第二运动学残差值；根据接收机钟差和接收机频漂，计算得到接收机频漂残差值；根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德安，王锦山，蒋云翔，满小三，肖永平，唐谦，
申请(专利权)人：长沙金维信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：