一种基于伪点的伪卫星室内导航方法与流程

技术特征：

1.一种基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于，包括：

S1、调控室内伪卫星，将可见GPS卫星的PRN号调控至所述伪卫星；

S2、采用调控后的伪卫星模拟待定位区域GPS卫星信号，生成并发送伪卫星信号；

S3、根据所述伪卫星信号，基于设定协议得到并输出伪点坐标；

S4、根据所述伪点坐标判定定位区域；

S5、解算GPS卫星坐标；

S6、获取所述GPS卫星对应的伪卫星坐标；

S7、根据所述定位区域，对所述伪点坐标、伪卫星坐标和GPS卫星坐标进行分析计算，得到当前用户坐标。

2.根据权利要求1所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为：

S11、通过待定位区域中心点位置坐标对GPS卫星进行评估，得到该区域可见GPS卫星；其评估准则为：若俯仰角大于5°，则为可见GPS卫星；

S12、依据所述可见GPS卫星，将其PRN号调控到各个伪卫星。

3.根据权利要求1所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于，所述S2的具体步骤为：

S21、根据存储于管理中心本地的GPS卫星历书信息中存储的GPS卫星开普勒参数，解算所有GPS卫星在WGS-84坐标系下坐标(x_s,y_s,z_s)；

S22、设定每颗伪卫星模拟的接收机参考位置均为待定位室内区域中心点C(x_0,y₀,z₀)，根据所述GPS卫星在WGS-84坐标系下的坐标，计算出时延参数Δt；

S23、将所述时延参数Δt转换为码相位参数；

S24、计算每颗伪卫星的瞬时速度，并根据所述瞬时速度计算其多普勒频移；

S25、对所述时延参数和多普勒频移进行转换，得到载波、C/A码和导航电文的频率控制字以及NCO相位；

S26、根据所述载波、C/A码和导航电文的频率控制字以及NCO相位，对伪卫星进行处理，生成对应伪卫星信号，并通过射频端发送。

4.根据权利要求3所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于：

所述时延参数Δt的计算公式为：

$\mathrm{\Δ}t=\frac{\sqrt{{\left(x_s-x_0\right)}^2+{\left(y_s-y_0\right)}^2+{\left(z_s-z_0\right)}^2}}{c};$

其中，c为光速，取值为国际公认值c＝299792458m/s。

5.根据权利要求3所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于：

所述瞬时速度的计算公式为：

$v_k=\left[\begin{array}{c}{v}_{xk}\\ v_{yk}\\ v_{zk}\end{array}\right]=\frac{-\sqrt{G}\sin E_k}{\sqrt{a}\left(1-\cos E_k\right)}\left[\begin{array}{c}{P}_{xk}\\ P_{yk}\\ P_{zk}\end{array}\right]+\frac{-\sqrt{G\left(1-e^2\right)}\cos E_k}{\sqrt{a}\left(1-\cos E_k\right)}\left[\begin{array}{c}{Q}_{xk}\\ Q_{yk}\\ Q_{zk}\end{array}\right];$

其中，

$P_k=\left[\begin{array}{c}{P}_{xk}\\ P_{yk}\\ P_{zk}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{cos\ωcos\Ω}}_k-{\mathrm{sin\ωsin\Ω}}_k\cos i_k\\ {\mathrm{cos\ωsin\Ω}}_k+{\mathrm{sin\ωcos\Ω}}_k\cos i_k\\ \sin \mathrm{\ω}\sin i_k\end{array}\right]$

$Q_k=\left[\begin{array}{c}{Q}_{xk}\\ Q_{yk}\\ Q_{zk}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-{\mathrm{cos\ωcos\Ω}}_k-{\mathrm{cos\ωsin\Ω}}_k\cos i_k\\ -{\mathrm{sin\ωsin\Ω}}_k+{\mathrm{cos\ωcos\Ω}}_k\cos i_k\\ \cos \mathrm{\ω}\sin i_k\end{array}\right];$

G＝3986004.418×108(m3/s2)，Pk为近地点方向的单位矢量，Qk为在轨道平面内按卫星运行方向而垂直于近地点方向的单位矢量，E_k为GPS卫星的偏近点角，ω为GPS卫星的近地点弧角，Ω_k为GPS卫星的升交点赤经，而i_k为GPS卫星轨道倾角。

6.根据权利要求3所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于：

所述多普勒频移的计算公式为：

f_rk＝f_T+f_dk；

其中，v_k为当前时刻卫星的速度矢量，su_k为卫星到用户的单位矢量，c为光速，f_T为载频频率，f_dk为当前时刻的多普勒频偏，f_rk为当前时刻的实际接收频率；

所述载波频率控制字的计算公式为：

$fcw\_carrier=\frac{f_c+dop}{f_s}*2^{32};$

其中，f_c为中频信号，dop为多普勒频移，f_s为采样频率；

所述载波相位的计算公式为：

carrier_ph＝(f_t+dop)*Δt；

其中，f_t为载波频率，取值为f_t＝1575.42MHZ；dop为多普勒频移，Δt为时延参数。

7.根据权利要求1所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于，所述S3的具体步骤为：通过位于待定位点R的GPS接收机接收所述伪卫星信号，根据所述伪卫星信号和NMEA0183协议输出定位信息，定义G定位信息即为伪点坐标M(x_M,y_M,z_M)。

8.根据权利要求7所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于，所述S5的具体步骤为：

存储GPS卫星历书信息，根据GPS卫星历书信息中存储的GPS卫星开普勒参数，解算GPS卫星在WGS-84坐标系下坐标(x_s^(k),y_s^(k),z_s^(k))；其中，k代表GPS卫星数，k≥4。

9.根据权利要求1所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于，所述S6的具体步骤为：

S61：将某一待定区域内的伪卫星划分为一定位小区，并给予相应标识符；

S62：通过NMEA0813协议输出定位信息，并将所述定位信息与所述标识符进行匹配，得到定位小区号；

S63：将所述定位小区号和定位信息与所述伪卫星坐标相匹配，得到伪卫星坐标(x_p^(k),y_p^(k),z_p^(k))。

10.根据权利要求1所述的基于伪点的伪卫星室内导航方法，其特征在于，所述S7的具体步骤为：

S71、计算伪点坐标与GPS卫星坐标之间的距离ρ_M^(k)，相应计算公式为：

${\mathrm{\ρ}}_M^{\left(k\right)}=\sqrt{{(x_M-{x_s}^{\left(k\right)})}^2+{(y_M-{y_s}^{\left(k\right)})}^2+{(z_M-{z_s}^{\left(k\right)})}^2};$

其中，(x_s^(k),y_s^(k),z_s^(k))为GPS卫星坐标，(x_M,y_M,z_M)为伪点坐标；

S72、计算GPS卫星坐标与伪卫星坐标之间的距离ρ_p^(k)，相应计算公式为：

${\mathrm{\ρ}}_p^{\left(k\right)}=\sqrt{{(x_p^{\left(k\right)}-{x_s}^{\left(k\right)})}^2+{(y_p^{\left(k\right)}-{y_s}^{\left(k\right)})}^2+{(z_p^{\left(k\right)}-{z_s}^{\left(k\right)})}^2};$

其中，(x_s^(k),y_s^(k),z_s^(k))为GPS卫星坐标，(x_p^(k),y_p^(k),z_p^(k))为伪卫星坐标；

S73、计算待定位点与伪卫星坐标之间的距离ρ_R^(k)，相应计算公式为：

${\mathrm{\ρ}}_R^{\left(k\right)}={\mathrm{\ρ}}_M^{\left(k\right)}-{\mathrm{\ρ}}_S^{\left(k\right)};$

S74、计算待定位点在WGS-84坐标系下的坐标(x_R,y_R,z_R)，得到待定位点的坐标，相应计算公式为：

$\sqrt{{({X_p}^{\left(k\right)}-x_R)}^2+{({Y_p}^{\left(k\right)}-y_R)}^2+{({Z_p}^{\left(k\right)}-z_R)}^2}+\mathrm{\δ}={\mathrm{\ρ}}_R^{\left(k\right)};$

其中，δ表示钟差。