基于GPS的双星定位导航方法

摘要

一种基于GPS的双星定位导航方法，具体为：将车辆的运动轨迹分割为有序相连的直线段，从该直线段中确定当前车辆所在的路段；在当前路段上建立车辆位置的约束方程，从车载GPS中接收到的两颗卫星信号中解算出需要的信息，并建立卫星观测方程；开始双星定位，联合车辆位置约束方程和卫星观测方程解算出车辆所在位置以及比例因子；在当前路段上建立车辆速度方向的约束方程，利用车载GPS的接收信息中建立两颗GPS卫星的多普勒观测方程；开始双星测速，联合车辆速度方向的约束方程和多普勒观测方程解算出车辆的运行速度；通过双星定位解算的比例因子值来确定当前车辆的状态。本发明解决了由于卫星可观测数量不足而导致GPS失效的问题，确保了GPS定位的精度。

主权项

1.一种基于GPS的双星定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将已确定的车辆的运动轨迹分割为有序相连的直线段，从有序相连的直线段中确定当前车辆所在的路段；b、在当前路段上建立车辆位置的约束方程，从车载GPS中接收到的两颗卫星信号中解算出需要的信息，并建立卫星观测方程，通过车辆在道路上的比例关系因子k，即车辆位置到道路起点的距离与整个道路长度的距离的比例推测车辆的当前位置，因此引进了车辆的当前道路的起始点地理信息，车辆当前位置的经度X_RC、纬度Y_RC、高度Z_RC均可以通过比例关系因子k与起始点的信息得到车辆位置的约束方程：$\left\{\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{RC}}=(X_{\mathrm{RE}}-X_{\mathrm{RS}})k+X_{\mathrm{RS}}\\ Y_{\mathrm{RC}}=(Y_{\mathrm{RE}}-Y_{\mathrm{RS}})k+Y_{\mathrm{RS}}\\ Z_{\mathrm{RC}}=(Z_{\mathrm{RE}}-Z_{\mathrm{RS}})k+Z_{\mathrm{RS}}\end{array}\right.---\left(3\right),$其中：(X_RS、Y_RS、Z_RS)和(X_RE、Y_RE、Z_RE)分别是已知路段的起点和终点的WGS-84坐标，描述了接收机在路段中的位置；d、开始双星定位，联合车辆位置约束方程和卫星观测方程解算出车辆所在位置以及比例因子；e、在当前路段上建立车辆速度方向的约束方程，利用车载GPS的接收信息中建立两颗GPS卫星的多普勒观测方程，即表示车载系统的速度，其方向与道路的方向一致，该车辆速度方向的约束方程为：$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{g}{X}}_{\mathrm{RC}}\\ {\stackrel{g}{Y}}_{\mathrm{RC}}\\ {\stackrel{g}{Z}}_{\mathrm{RC}}\end{array}\right]=\alpha \left[\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{RE}}-X_{\mathrm{RS}}\\ Y_{\mathrm{RE}}-Y_{\mathrm{RS}}\\ Z_{\mathrm{RE}}-Z_{\mathrm{RS}}\end{array}\right]---\left(5\right),$当车载GPS可以观测到两颗卫星时，可以得到两颗GPS卫星的多普勒观测方程和卫星观测方程，再结合方程(5)中的三个方程，得到GPS接收机的三维速度；f、开始双星测速，联合车辆速度方向的约束方程和多普勒观测方程解算出车辆的运行速度；g、通过双星定位解算的比例因子值来确定当前车辆的状态，包括是否倒车以及是否需要切换当前道路，如果需要切换道路，则在新的路段上重新建立车辆的位置约束方程和车辆速度方向的约束方程。