基于GEO星座粗定位的北斗接收机快速定位方法

摘要

针对传统GNSS信号发射时间的整毫秒恢复算法，在接收机概略位置未知时存在计算量剧增而无法应用的问题，本发明利用北斗系统混合星座中GEO卫星电文速率高的这一特点，提供了一种基于GEO星座粗定位的北斗接收机快速定位方法。在接收机概略位置完全未知的情况下，首先使用已获取完整信号发射时刻的GEO卫星进行粗定位，然后根据粗定位获得的概率位置对非GEO卫星发射时刻毫秒整数时间进行恢复，最后利用所有可见卫星进行精确定位。本发明能够在北斗系统仅完成GEO星座帧同步的情况下，对完成捕获的非GEO卫星进行毫秒恢复，减小卫星星历已知条件下的接收机首次定位时间。

主权项

一种基于GEO星座粗定位的北斗接收机快速定位方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1，判断GEO卫星是否完成帧同步，获取卫星发射时刻；步骤S2，卫星根据GEO卫星信号发射时刻和各类卫星传输时延对本地时间进行粗略校正，这里粗略校正使用单颗GEO卫星进行粗校正或者使用多颗卫星进行粗校正；步骤S3，使用已经获取了完整伪距的GEO星座进行粗定位，粗定位方法直接使用最小二乘、岭估计或者多普勒辅助的岭估计；步骤S4，在概略用户位置获取后，结合非GEO卫星的毫秒以下伪距对其进行完整伪距恢复；在接收完成帧同步和仅完成码相位测量的伪距观测量可以分别写为如下形式：$\left\{\begin{array}{c}{\rho }_i=r_i+b_u\\ N_j·c/\mathrm{le}3+{\rho }_j^{frca}=r_j+b_u\end{array}\right.$上式为卫星i的完整伪距和卫星j仅完成码相位测量的伪距表示；其中，ρ_i为经过伪距改正的卫星i到用户的伪距，b_u为用户钟差产生的等效距离误差；为毫米以下的小数伪距值，N_j表示毫米伪距模糊数，c表示光速，r_i和r_j分别表示用户到卫星i和卫星j的空间距离；选择第i颗卫星作为参考卫星进行伪距星间单差并通过取整操作可以得到卫星j的伪距毫秒数的计算公式为：$N_j=round\left(\right({\rho }_i-r_i+r_j-{\rho }_j^{frca})·\mathrm{le}3/c)$步骤S5，非GEO卫星完整伪距恢复后，即可利用混合星座所有捕获到的卫星直接进行最小二乘定位；步骤S6，根据定位后的伪距残差判断伪距恢复是否合理；由于使用GEO星座进行粗定位获取用户概略位置，如果概略位置偏差较大会导致非GEO卫星的伪距恢复错误，因此需要对快速定位结果进行检验；伪距恢复后利用最小二乘迭代可以估计出用户位置同时可以计算出各卫星的伪距残差值，残差值和残差矢量的RMS值计算如下；式中表示估计获得的用户位置与卫星i的空间距离；$v_i={\rho }_i-{\hat{r}}_i-b_u$$RMS\left(v\right)=\sqrt{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_i^2\right)/n}$由于伪距恢复针对整毫秒恢复，如果伪距恢复出现错误时定位后会出现较大的伪距残差，利用定位后的伪距残差值的均方根是否超限判断快速定位方法是否成功，残差门限值根据测量精度或/和误差修正精度设置。