[发明专利]一种COMPASS/GPS双系统四星定位方法

摘要

本发明提供一种COMPASS/GPS双系统四星定位方法，属于全球卫星导航定位领域，包括步骤一：在双系统卫星信号完备条件下进行正常定位，储存定位信息；步骤二：当双系统可见卫星数量为4颗时，执行COMPASS/GPS双系统四星定位方法，根据储存的信息计算ΔtBD-GPS，将ΔtBD-GPS线性化后；步骤三：当可见卫星数量恢复到5颗以上时，执行完备条件下的定位方法。本发明能够有效解决双系统卫星导航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，在双系统四星条件下的定位精度较高，在四星条件出现的60s内，可基本保持完备条件下的定位精度水平无需引入其他仪器设备，也不依赖电子地图，实现简单，计算量小。

主权项

1.一种COMPASS/GPS双系统四星定位方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：在双系统卫星信号完备条件下进行正常定位，储存定位信息；(1)执行完备条件下的定位方法，在双系统可见卫星数量大于等于5颗时，求解双系统接收机位置的方程组为：ρ1=(xs1-xu)2+(ys1-yu)2+(zs1-zu)2+c·tu1···ρj=(xsj-xu)2+(ysj-yu)2+(zsj-zu)2+c·tu1ρj+1=(xsj+1-xu)2+(ysj+1-yu)2+(zsj+1-zu)2+c·tu2···ρn=(xsn-xu)2+(ysn-yu)2+(zsn-zu)2+c·tu2]]>其中，1～j表示系统A，系统A为GPS系统，GPS系统时简称为GPST，j+1～n表示系统B，系统B为北斗系统，北斗系统时简称为BDT，j表示GPS系统的可见卫星数，n表示两个系统的可见卫星数，表示第i颗卫星的位置，i＝1、2、3……n，ρ_i为第i颗卫星的伪距观测量，c为真空中的光速，(x_u，y_u，z_u)为用户位置，t_u1为接收机时钟与GPST之间的钟差，t_u2为接收机时钟与BDT之间的钟差，此时完备条件下i的取值为i＝1～n，n为可见卫星数量；将双系统接收机位置的方程组线性化，对方程组微分，结果为L＝GδT其中L=δρ1δρ2···δρn-1δρn,]]>G=∂11∂12∂13-10···············∂m1∂m2∂m3-10∂m+11∂m+12∂m+130-1···············∂n1∂n2∂n30-1,]]>δT=δxuδyuδzuc·δtu1c·δtu2]]>其中，δρ_i为第i颗可见卫星的伪距测量值与预测值之差，δx_u、δy_u、δz_u分别为当前历元时刻三个方向的接收机位置增量，δt_u1为当前历元时刻GPST钟差的增量，δt_u2为当前历元时刻BDT钟差的增量，c为真空中的光速，∂i1=xsi-xuDi,]]>∂i2=ysi-yuDi,]]>∂i3=zsi-zuDi,]]>Di=(xsi-xu)2+(ysi-yu)2+(zsi-zu)2,]]>∂i1,∂i2,∂i3]]>分别表示由近似用户位置指向第i颗卫星的单位矢量的方向余弦，D_i表示第i颗卫星到接收机的距离，此时完备条件下i的取值为i＝1～n，n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：当双系统可见卫星数量为4颗时，执行COMPASS/GPS双系统四星定位方法，在双系统导航接收机中，根据完备条件下的解算结果可以获得双系统的系统时，分别为tGPS=tR-tu1tBD=tR-tu2]]>其中，t_GPS表示GPS系统时，t_BD表示COMPASS系统时，t_u1为接收机时钟与GPST之间的钟差、t_u2为接收机时钟与BDT之间的钟差，t_R为接收机时钟；在COMPASS卫星导航电文中，播发有BDT和GPST的两个系统时间参数A_0GPS和A_1GPS，其中A_0GPS表示BDT相对于GPST的钟差，A_1GPS表示BDT相对于GPST的钟速；BDT和GPST的关系如下：tGPS=tBD-ΔtBD-GPSΔtBD-GPS=A0GPS+A1GPS·tBD]]>其中，Δt_BD-GPS为BDT与GPST之间的钟差，由上式推出；Δt_BD-GPS＝t_u1-t_u2＝A₀+A₁·t_k其中，t_k表示参考历元时刻，A₀表示t_k相对于GPST的钟差初值，A₁表示t_k相对于GPST的钟速；根据完备条件下获得的t_u1和t_u2，根据步骤一中储存的定位信息，将Δt_BD-GPS曲线线性化，得到参数A₀和A₁，作为短时间内的固定参数值，进而获得Δt_BD-GPS在双系统四星条件下的具体值；需要4个观测方程进行四颗可见卫星的定位解算，观测方程为：ρi=(xsi-xu)2+(ysi-yu)2+(zsi-zu)2+c·tu1ρj=(xsj-xu)2+(ysj-yu)2+(zsj-zu)2+c·tu2]]>其中，(x_si，y_si，z_si)表示系统A的第i颗可见卫星的位置，(x_sj，y_sj，z_sj)表示系统B的第j颗可见卫星的位置，ρ_i为系统A的第i颗可见卫星的伪距观测量，ρ_j为系统B的第j颗可见卫星的伪距观测量，c为真空中的光速，(x_u，y_u，z_u)为用户位置，t_u1为接收机时钟与GPST之间的钟差，t_u2为接收机时钟与BDT系统之间的钟差；双系统四星条件下i、j的取值满足关系i+j＝4；综上，双系统四星条件下的双系统接收机位置的解算方程为：ρi=(xsi-xu)2+(ysi-yu)2+(zsi-zu)2+c·tu1ρj=(xsj-xu)2+(ysj-yu)2+(zsj-zu)2+c·tu2tu1-tu2=ΔtBD-GPS=A0+A1·tk]]>其中，(x_si，y_si，z_si)表示系统A的第i颗可见卫星的位置，(x_sj，y_sj，z_sj)表示系统B的第j颗可见卫星的位置，ρ_i为系统A的第i颗可见卫星的伪距观测量，ρ_j为系统B的第j颗可见卫星的伪距观测量，c为真空中的光速，(x_u，y_u，z_u)为用户位置，t_u1为接收机时钟与GPST之间的钟差，t_u2为接收机时钟与BDT系统之间的钟差，Δt_BD-GPS为北斗系统与GPS系统之间的系统时的钟差，t_k表示参考历元时刻，A₀表示t_k相对于GPST的钟差初值，A₁表示t_k相对于GPST的钟速，双系统四星条件下i、j的取值满足关系i+j＝4，对上式微分并利用最小二乘法就能解算出双系统接收机位置；步骤三：当可见卫星数量恢复到5颗以上时，执行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，在双系统可见卫星数量大于等于5的时刻，停止COMPASS/GPS双系统四星定位方法，返回步骤一，执行完备条件下的定位方法。