一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，包括以下步骤：接收导航电文和观测数据；预处理；计算卫星位置；获得伪距测量误差方程的系数阵A阵和常数项L，并给权矩阵P取一个值；最小二乘法定位求解；判断粗差；获得系数阵A阵和常数项L，并计算权矩阵P；最小二乘法定位求解；反复迭代计算；获得最佳权矩阵P；滤波计算，得到定位结果。本发明对最小二乘计算结果进行迭代计算，获得最佳的卫星权值；迭代计算前先检测粗差，隔离存在粗差的故障卫星，减小计算量并提高定位可靠性；使用滤波计算解决最小二乘计算带来的定位结果相邻历元不连贯、存在大跳跃的问题，从原始数据入手，进一步提高了定位结果的平稳性和准确性。
【专利说明】一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及全球导航卫星系统，特别是涉及一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，适用于使用全球导航卫星系统进行接收机位置的定位解算。
【背景技术】
[0002]全球导航卫星系统(GNSS)是能自主提供全球范围内三维位置速度卫星导航系统的通用名称。GNSS包括中国的北斗(BDS)，俄罗斯的格洛纳斯(GL0NASS)，美国的全球定位系统(GPS)，欧洲的伽利略系统(GALILEO)等。多系统兼容定位系统中可接收到相当多的卫星信号，由于从每颗卫星信号中提取的伪距的用户等效距离误差(UERE)不一样，如何选择这些卫星参与定位，是这个系统需要着重考虑的问题，因此提供一个卫星优选方法对获得较高的定位精度是很有帮助的。
[0003]采用最小二乘法对卫星伪距测量结果进行解算以获取接收机定位位置的方法已较为成熟，然而，在传统计算过程中，通常未对最小二乘计算结果进行迭代运算，卫星权值不够准确，定位结果与真实位置的偏移严重，卫星定位准确度较差。另外，传统卫星定位解算方法中均未检测最小二乘计算结果的粗差，对于存在粗差的故障卫星未进行隔离和剔除，增大了无用计算量且直接影响了定位准确度。再次，传统卫星定位解算方法中，在最小二乘计算后均未进行滤波计算，存在定位结果相邻历元不连贯、存在大跳跃的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种定位精度高的全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，将最小二乘法、迭代运算和滤波计算相结合，提高卫星优选和定位的精度，且在迭代运算之前隔离存在粗差的故障卫星，减小计算量，进一步提高定位准确度。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0006]一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，它包括以下步骤:
[0007]S1:接收导航电文和观测数据，作为全球导航卫星系统GNSS定位的原始数据；
[0008]S2:对原始数据进行预处理，剔除数据异常的卫星；
[0009]S3:对于数据正常的卫星，根据观测数据计算卫星位置；
[0010]S4:获得卫星伪距测量误差方程的系数阵A阵和常数项L，通过现有的权矩阵P设置方法或组合方法并给权矩阵P取一个值；
[0011]权矩阵P取值方法包括:P为对角阵diag{Pj，i = 1，2，...，η，η为卫星数;
[0012](I)等权法，Pi等于I ;
[0013](2)仰角加权法，Pi等于仰角Ei的函数^n(Ei)；
[0014](3)伪距估计误差的函数，Pi等于误差Oi的函数Ifun(Oi)；
[0015](4)信号强度加权，Pi等于信号强度Snri的函数fun(Snri)；
[0016]S5:根据最小二乘进行定位求解；
[0017]S6:判断定位求解计算结果是否存在粗差，若存在粗差，使用RAM卫星隔离算法剔除出现粗差的故障卫星；若不存在粗差，则跳转至步骤S7 ；
[0018]S7:获得卫星伪距测量误差方程的系数阵A阵和常数项L，并计算权矩阵P ；
[0019]S8:使用新的权矩阵P继续根据最小二乘进行定位求解；
[0020]S9:循环步骤S7?S8进行反复迭代计算，直到定位位置的增量小于预设的足够小的阀值ε时终止迭代；
[0021]SlO:获得最佳的权矩阵P，从而获得卫星的优选；
[0022]Sll:得到并输出定位结果。
[0023]步骤Sll所述的得到定位结果的方法可以为:在最小二乘计算后直接得到定位结果O
[0024]步骤Sll所述的得到定位结果的方法也可以为:在步骤SlO获得优选的卫星后进行滤波计算，得到定位结果。滤波计算为对定位结果的卡尔曼滤波，定位结果包括位置、速度和钟差；进一步地，滤波计算可为对观测数据的卡尔曼滤波，观测数据包括伪距、载波相位和多普勒频率。作为本发明的进一步改进，为了得到更平稳的定位结果，步骤Sll所述的得到定位结果的方法可以为:使用权矩阵P来计算卡尔曼滤波的测量误差方差阵，得到定位结果。
[0025]本发明的有益效果是:
[0026]I)本发明对最小二乘计算结果进行迭代计算，获得最佳的卫星权值，解决了现有技术权值不够准确的问题，通过卫星的优选实现了定位精度的提高；
[0027]2)在进行迭代计算前先检测是否存在粗差，隔离和剔除存在粗差的故障卫星，减小计算量；不存在粗差时，使用优选权值的方法选择状态好的卫星参与定位解算，进一步提高了定位准确度；
[0028]3)在完成迭代计算后使用滤波计算解决最小二乘计算带来的定位结果相邻历元不连贯、存在大跳跃的问题，从原始数据入手，给出了一个用户位置、速度计算的解决方法，进一步提高了定位结果的平稳性和准确性；
[0029]4)本发明可以应用在GNSS单系统上，也可以应用于多系统兼容定位上，可推广到GNSS测速上，还可以进一步推广到局域差分定位或高精度载波定位定向、姿态测量上。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0032]如图1所示，一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，它包括以下步骤:
[0033]S1:接收导航电文和观测数据，作为全球导航卫星系统GNSS定位的原始数据；
[0034]S2:对原始数据进行预处理，如果卫星伪距、导航电文参数超过合理范围或该卫星被识别为不健康，则剔除该数据异常的卫星，该卫星不参与定位计算；
[0035]S3:对于数据正常的卫星，根据卫星导航电文中的星历数据计算卫星位置；
[0036]S4:获得卫星伪距测量误差方程的系数阵A阵和常数项L，通过现有的权矩阵P设置方法或组合方法并给权矩阵P取一个初始值；
[0037]权矩阵P取值方法包括:P为对角阵diag{Pj，i = 1，2，...，η，η为卫星数；
[0038](I)等权法，Pi等于I ;
[0039](2)仰角加权法，Pi等于仰角Ei的函数^n(Ei)；
[0040](3)伪距估计误差的函数，Pi等于误差σ i的函数fun( σ ；
[0041](4)信号强度加权，Pi等于信号强度Snri的函数fun(Snri)；
[0042]以GPS全球定位系统为例:
ax bx C1 —I
α2 b2 c2 —I
[0043]A= % \: -1 其中，Bi = (X1-X0VRpbi = (Y1-Y0VRpCi = (Z1-Z0)/
Ci5 b5 C5 —I
b6 C6 —I
」，
Ri, Rr =^j(X1-X0)2+(Yt-Y0)2+(Z1-Z0)2 , W Zi 为卫星坐标，X。、Y0, Z0 为用户坐标；常数项L = A δ x+v, L = [P1-Pi), i = 1，2，...，η，采用等权法设置权矩阵P ；
[0044]S5:根据最小二乘进行定位求解，δ X = (AtPA) ^1AtPL ；
[0045]S6:判断定位求解计算结果是否存在粗差，若存在粗差，使用RAM卫星隔离算法剔除出现粗差的故障卫星；若不存在粗差，则跳转至步骤S7 ；
[0046]粗差判断的步骤为:
[0047]假设H。: σ = σ。，H1: σ > σ。
[0048]P{V' PV > cr(；^2(η — 4)丨即当vTPV大于给定的门限时，判定卫星存在粗差；
[0049]S7:获得卫星伪距测量误差方程的系数阵A阵和常数项L，并计算权矩阵P ；
[0050]P 为对角阵 diag {Pj，i = 1，2，...，η, η 为卫星数；
[0051]V = L-A δ X，Vi 为 V 中元素，4 =|^|/^，当 Ji 小于 1.25 时，Pi 等于 I ;否则，Pi 等于I/J1 σι为Vi的标准差；
[0052]S8:使用新的权矩阵P继续根据最小二乘进行定位求解；
[0053]S9:循环步骤S7?S8进行反复迭代计算，直到定位位置的增量小于预设的足够小的阀值ε时终止迭代；
[0054]SlO:获得最佳的权矩阵P，从而获得卫星的优选；
[0055]Sll:得到并输出定位结果。
[0056]步骤Sll所述的得到定位结果的方法可以为:在最小二乘计算后直接得到定位结果O
[0057]步骤Sll所述的得到定位结果的方法也可以为:在步骤SlO获得优选的卫星后进行滤波计算，得到定位结果。滤波计算为对定位结果的卡尔曼滤波，定位结果包括位置、速度和钟差；进一步地，滤波计算可为对观测数据的卡尔曼滤波，观测数据包括伪距、载波相位和多普勒频率。为了得到更平稳的定位结果，滤波计算的方法可以为:使用优选出的权矩阵P来计算卡尔曼滤波的测量误差方差阵R，A = Px ctO，使用观测数据，包括伪距、载波相位和多普勒频率作为输入数据，进行卡尔曼滤波计算，同样可以得到更平稳的定位结果。
【权利要求】
1.一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，其特征在于:它包括以下步骤: S1:接收导航电文和观测数据，作为定位的原始数据； 52:对原始数据进行预处理，剔除数据异常的卫星； 53:对于数据正常的卫星，根据观测数据计算卫星位置； 54:获得卫星伪距测量误差方程的系数阵A阵和常数项L，并给权矩阵P取一个值； 55:根据最小二乘进行定位求解； 56:判断定位求解计算结果是否存在粗差，若存在粗差，剔除出现粗差的故障卫星；若不存在粗差，则跳转至步骤S7 ； 57:获得卫星伪距测量误差方程的系数阵A阵和常数项L，并计算权矩阵P ； 58:使用新的权矩阵P继续根据最小二乘进行定位求解； 59:循环步骤S7?S8进行反复迭代计算，直到定位位置的增量小于预设的阀值时终止迭代； 510:获得最佳的权矩阵P，从而获得卫星的优选； 511:得到并输出定位结果。
2.根据权利要求1所述的一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，其特征在于:步骤Sll所述的得到定位结果的方法为:在最小二乘计算后直接得到定位结果。
3.根据权利要求1所述的一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，其特征在于:步骤Sll所述的得到定位结果的方法为:在步骤SlO获得优选的卫星后进行滤波计算，得到定位结果。
4.根据权利要求3所述的一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，其特征在于:所述的滤波计算为对定位结果或观测数据的卡尔曼滤波。
5.根据权利要求4所述的一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，其特征在于:所述的定位结果包括位置、速度和钟差，所述的观测数据包括伪距、载波相位和多普勒频率。
6.根据权利要求1所述的一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，其特征在于:步骤Sll所述的得到定位结果的方法为:使用权矩阵P来计算卡尔曼滤波的测量误差方差阵，得到定位结果。
7.根据权利要求1所述的一种全球导航卫星系统的卫星优选和定位方法，其特征在于:所述的剔除出现粗差的故障卫星的方法为RAM卫星隔离算法。
【文档编号】G01S19/33GK104181562SQ201310199318
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月25日 优先权日:2013年5月25日
【发明者】庄国 申请人:成都国星通信有限公司