一种卫星导航系统非完备条件下的定位方法

摘要

本发明提供一种卫星导航系统非完备条件下的定位方法，属于全球卫星导航定位领域，包括：在卫星信号完备条件下进行正常定位，储存定位信息；当可见卫星数量为2颗或3颗时，执行非完备条件下的定位方法，推算出站心地固坐标系中接收机位置的东向分量和北向分量的关系，根据非完备条件下的接收机位置计算方程，用最小二乘法进行求解获得接收机位置；当可见卫星数量恢复到4颗以上时，执行完备条件下的定位方法。本发明实现了卫星导航接收机在非完备条件下的定位功能，能够有效解决接收机在城市中由于立交桥或者高楼遮挡卫星信号引起的暂时性无法定位的问题。且本发明在非完备条件下的定位精度较高，可达到完备条件下的定位精度水平。

主权项

1.一种卫星导航系统非完备条件下的定位方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：在卫星信号完备条件下进行正常定位，储存定位信息：（1）在可见卫星数量为大于等于4颗时，求解接收机位置的方程组为：$\left\{\begin{array}{c}{\rho }_1=\sqrt{{(E_{s1}-E_r)}^2+{(N_{s1}-N_r)}^2+{(U_{s1}-U_r)}^2}+c·t\\ {\rho }_2=\sqrt{{(E_{s2}-E_r)}^2+{(E_{s2}-N_r)}^2+{(U_{s2}-U_r)}^2}+c·t\\ {\rho }_3=\sqrt{{(E_{s3}-E_r)}^2+{(N_{s3}-N_r)}^2+{(U_{s3}-U_r)}^2}+c·t\\ {\rho }_4=\sqrt{{(E_{s4}-E_r)}^2+{(N_{s4}-N_r)}^2+{(U_{s4}-U_r)}^2}+c·t\\ .\\ .\\ .\\ {\rho }_m=\sqrt{{(E_{\mathrm{sm}}-E_r)}^2+{(N_{\mathrm{sm}}-N_r)}^2+{(U_{\mathrm{sm}}-U_r)}^2}+c·t\end{array}\right.$其中，（E_r，N_r，U_r）为当前历元时刻接收机在站心地固坐标系中的东向、北向和天向位置，（E_si，N_si，U_si）为第i颗可见卫星在站心地固坐标系中的东向、北向和天向位置，ρ_i为第i颗可见卫星到接收机的伪距测量值，t为接收机时钟与卫星导航系统系统时之间的钟差，c为真空中的光速，此时完备条件下i的取值为i=1～m,m为可见卫星数量；对方程组微分：$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\delta \rho }}_1\\ {\mathrm{\delta \rho }}_2\\ {\mathrm{\delta \rho }}_3\\ {\mathrm{\delta \rho }}_4\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\delta \rho }}_m\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{\alpha }_{11}& {\alpha }_{12}& {\alpha }_{13}& 1\\ {\alpha }_{21}& {\alpha }_{22}& {\alpha }_{23}& 1\\ {\alpha }_{31}& {\alpha }_{32}& {\alpha }_{33}& 1\\ {\alpha }_{41}& {\alpha }_{42}& {\alpha }_{43}& 1\\ & .& & \\ & .& & \\ & .& & \\ {\alpha }_{m1}& {\alpha }_{m2}& {\alpha }_{m3}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\delta E}}_r\\ {\mathrm{\delta N}}_r\\ {\mathrm{\delta U}}_r\\ -c·\mathrm{\delta t}\end{array}\right]$其中，δρ_i为第i颗可见卫星的伪距测量值与预测值之差，δE_r，δN_r，δU_r分别为当前历元时刻接收机在站心地固坐标系中东向、北向、天向位置的增量，δt为当前历元时刻钟差的增量，此时完备条件下i的取值为i=1～m，m为可见卫星数量；对上式用最小二乘法进行求解获得接收机位置；（2）储存定位信息，在每个历元时刻储存一次定位信息；步骤二：当可见卫星数量为2颗或3颗时，执行非完备条件下的定位方法：在每个历元时刻获取可见卫星数量，并在非完备条件出现的初始历元时刻t₀，将完备条件下最后一个历元时刻存储的接收机位置作为站心地固坐标系原点，将完备条件下最后一个历元时刻存储的钟差作为非完备条件下的固定钟差，将在步骤一储存的接收机位置由地心地固坐标系转换为站心地固坐标系，并推算出站心地固坐标系中接收机位置的东向分量和北向分量的固定比例系数：(E₂-E₁)+λ(N₂-N₁)＝0其中，E₂、N₂和E₁、N₁分别为t₀的前一历元时刻和n秒之前接收机在站心地固坐标系中东向和北向的坐标，λ为固定比例系数；非完备条件下的接收机位置计算方程为：其中，（E_r，N_r，U_r）为当前历元时刻接收机在站心地固坐标系中的东向、北向和天向位置，（E_sk，N_sk，U_sk）为第k颗可见卫星在站心地固坐标系中的东向、北向和天向位置，此时非完备条件下k的取值为k=1,2或1,2,3，ρ_k为第k颗可见卫星到接收机的伪距测量值，E₀、N₀为任意时刻接收机在站心地固坐标系中东向、北向位置，t为钟差，c为真空中的光速；对上式进行微分后得到：δρ_k＝[α_k2-λ·α_k1，α_k3][δN_r,δU_r]^T    (k=1,2或1,2,3)其中，δρ_k为第k颗可见卫星的伪距测量值与预测值之差，δN_r,δU_r分别为当前历元时刻接收机在站心地固坐标系中北向、天向位置的增量，对上式用最小二乘法进行求解，获得接收机位置；步骤三：当可见卫星数量恢复到4颗以上时，停止非完备条件下的定位方法，返回步骤一，执行完备条件下的定位方法。