一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法与流程

本发明涉及卫星导航定位领域，特别适用于室内外复杂环境下的导航定位，采用载波相位差特征向量动态匹配的形式实现室内外复杂环境中的高精度导航与定位。

背景技术：

卫星导航系统在室内和城市峡谷地带的定位性能较差，目前在城市峡谷地带和室内解决定位的方法有蓝牙、wife、无线通信基站定位和惯性定位来解决卫星信号由于信号较弱无法穿透墙体的问题，但是这些方法都存在这样或那样的问题，导致定位精度较差，如：蓝牙、wife采用的能量定位受多径衰减影响较大，不能准确测量观测点和发射点之间的能量衰减，导致定位精度较差；基站定位由于当前城市内的基站数量无法满足高精度导航定位需求，且室内受多径影响较大，而无法推广应用；惯导定位需要其它技术手段提供初始绝对坐标并不断对惯导进行修正。因此，目前室内导航定位技术还无法满足高精度定位的需求，需要在室内高精度导航定位方面开展新技术、新方法的研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：基于双频阵列伪卫星解决城市峡谷地区和室内的高精度导航定位问题，提供一种基于阵列双频互备份的多星特征参数比对的室内外导航定位方法，能够极大提升城市峡谷地带和室内的导航定位精度。

本发明采用的技术方案为：

一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法，包括以下步骤：

(1)室内伪卫星接收终端将接收到的k个伪卫星的发射信号为sk，进行两个频点的下变频后得到基带信号s'k；

(2)对每颗伪卫星的信号进行捕获跟踪，并同时提取每颗伪卫星的载波相位，通过同一颗伪卫星发射的不同频点信号对伪卫星的实时载波相位跳变进行平滑，得到平滑后的载波相位矩阵

(3)分别计算同一时刻不同伪卫星之间同一频点的载波相位差，得到载波相位差矩阵φ2l：

其中l＝k×(k-1)，

(4)计算载波相位差的余弦矩阵，得到将c2l展开并成一行得到

(5)将当前收到的载波相位差的余弦矩阵与本地数据库中对应卫星组的数据进行相关处理并归一化，即：即形成m×n个相关值，即：norm表示求向量的范数，定义为m×n为本地数据库划分的网格个数，tmn为第m行n列网格点的指纹信息；

(6)寻找相关矩阵qmn的最大值，并计算最大值对应的行列向量值，与本地数据库匹配得到位置点坐标a0＝[axay]；

(7)分别取两个频点的载波相位差矩阵并与本地数据库对应数据进行相关处理并归一化,求取相关峰最大值对应的坐标

(8)设定误差门限为bt，若|a0-a1|≤bt且|a0-a2|≤bt，则定位正确，输出定位结果a0；若|a0-a1|＞bt或|a0-a2|＞bt，则定位错误，采用伪卫星信号逐次轮询的形式判断不可用伪卫星，每次轮询过程中剔除一颗卫星，返回步骤(3)，直到剔除异常伪卫星信号，即定位正确。

本发明相比现有技术的有益效果为：

本发明提供一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别的室内定位方法，该方法通过多颗伪卫星的特征参数与本地数据比对实现城市复杂环境下或室内的高精度导航定位。本发明相较wifi/蓝牙等等采用能量定位的方法规避了信号能量估计不准导致的定位性能下降问题；相较于通信基站定位，规避了基站的分散架设问题。可采用一个伪卫星阵列实现，架设简单，且不存在惯导的漂移问题，能够有效解决室内和城市峡谷地带的高精度导航定位问题。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图1所示为本发明实施例公开的一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法的流程图，具体包括如下步骤：

(1)设室内伪卫星接收终端a,接收到的k个伪卫星的发射信号为sk，经过下变频后得到基带信号s'k，下变频过程针对两个频点分别下变频，从而实现不同频信号的分离；

(2)针对每颗伪卫星的信号进行捕获跟踪，并同时提取每颗伪卫星的载波相位，通过同一颗伪卫星发射的不同频信号对伪卫星的实时载波相位跳变进行平滑，周跳平滑的过程为：其中，为第一个频点的载波相位变化率，即：δt为两次采样的时间间隔，为第二个频点的载波相位变化率，f1第一个频点的发射频率，f2为第二个频点的发射频率，为两个频点的载波频率相对变化率，通常认为大于0.05周则认为发生了载波周跳，若小于则认为没有发生周跳；为正，则认为第一个频点发生周跳，为负则认为第二个频点发生周跳，将补偿到发生周跳的频点上，消除周跳的影响。得到平滑后的载波相位矩阵

(3)分别计算不同卫星之间的同频载波相位差，得到载波相位差矩阵其中l＝k×(k-1),第一行代表第一个频点的载波相位差，第二行代表第二个频点的载波相位差；

(4)计算载波相位差的余弦矩阵，即求矩阵内每一个值的余弦值，得到将c2l展开并成一行得到

(5)当前收到的载波相位差余弦矩阵与本地数据库进行相关处理并归一化，即：即形成m×n个相关值，即：norm表示求向量的范数，定义为m×n为本地数据库划分的网格个数，tmn为第m行n列网格点的指纹信息；

(6)寻找相关矩阵qmn的最大值，并计算最大值对应的行列向量值，与真实坐标数据库匹配得到位置点坐标a0＝[axay]；

(7)分别取两个频点的载波相位差矩阵并与本地数据库对应数据进行相关处理并归一化,求取相关峰最大值对应的坐标该过程可描述为：

(701)将步骤4中的余弦矩阵c2l拆分成两个频点分别对应的载波相位差值；和

(702)得到的c1和c2分别与指纹数据库中的对应频点的指纹数据t1mn∈tmn、t2mn∈tmn做相关处理并归一化，即：即形成m×n个相关值，即：形成m×n个相关值，即：

(703)寻找相关矩阵q1mn和q2mn的最大值，并计算两个最大值对应的行列向量值，与真实坐标数据库匹配得到频点1和频点2定位的位置点坐标

(8)设定误差门限bt，若|a0-a1|≤bt且|a0-a2|≤bt，则认为定位正确，输出定位结果；若|a0-a1|＞bt或|a0-a2|＞bt，则认为定位错误，用伪卫星信号逐次轮询的形式判断不可用伪卫星，每次轮询过程中剔除一颗卫星，相当于将步骤2平滑后的载波相位矩阵每次去除一列，即第一次去掉φ2×k第一列得到返回步骤(3)，直到剔除异常伪卫星信号，重新定位的结果即认为定位正确。

通过以上步骤，完成本发明的一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法。