[發明專利]一種COMPASS/GPS雙系統四星定位方法

有效

• 申請號: 201210125140.2
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102721974A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 張曉林;侯冰;唐艷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

1.一種COMPASS/GPS雙系統四星定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：在雙系統衛星信號完備條件下進行正常定位，儲存定位信息；

(1)執行完備條件下的定位方法，在雙系統可見衛星數量大于等于5顆時，求解雙系統接收機位置的方程組為：

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表示系統A，系統A為GPS系統，GPS系統時簡稱為GPST，j+1～n表示系統B，系統B為北斗系統，北斗系統時簡稱為BDT，j表示GPS系統的可見衛星數，n表示兩個系統的可見衛星數，表示第i顆衛星的位置，i＝1、2、3……n，ρ_i為第i顆衛星的偽距觀測量，c為真空中的光速，(x_u，y_u，z_u)為用戶位置，t_u1為接收機時鐘與GPST之間的鐘差，t_u2為接收機時鐘與BDT之間的鐘差，此時完備條件下i的取值為i＝1～n，n為可見衛星數量；

將雙系統接收機位置的方程組線性化，對方程組微分，結果為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為第i顆可見衛星的偽距測量值與預測值之差，δx_u、δy_u、δz_u分別為當前歷元時刻三個方向的接收機位置增量，δt_u1為當前歷元時刻GPST鐘差的增量，δt_u2為當前歷元時刻BDT鐘差的增量，c為真空中的光速，∂i1=xsi-xuDi,]]>∂i2=ysi-yuDi,]]>∂i3=zsi-zuDi,]]>Di=(xsi-xu)2+(ysi-yu)2+(zsi-zu)2,]]>∂i1,∂i2,∂i3]]>分別表示由近似用戶位置指向第i顆衛星的單位矢量的方向余弦，D_i表示第i顆衛星到接收機的距離，此時完備條件下i的取值為i＝1～n，n為可見衛星數量，對上式用最小二乘法進行求解，獲得接收機位置；

(2)儲存定位信息；在每個歷元時刻儲存一次定位信息；

步驟二：當雙系統可見衛星數量為4顆時，執行COMPASS/GPS雙系統四星定位方法，在雙系統導航接收機中，根據完備條件下的解算結果可以獲得雙系統的系統時，分別為

tGPS=tR-tu1tBD=tR-tu2]]>

其中，t_GPS表示GPS系統時，t_BD表示COMPASS系統時，t_u1為接收機時鐘與GPST之間的鐘差、t_u2為接收機時鐘與BDT之間的鐘差，t_R為接收機時鐘；

在COMPASS衛星導航電文中，播發有BDT和GPST的兩個系統時間參數A_0GPS和A_1GPS，其中A_0GPS表示BDT相對于GPST的鐘差，A_1GPS表示BDT相對于GPST的鐘速；BDT和GPST的關系如下：

tGPS=tBD-ΔtBD-GPSΔtBD-GPS=A0GPS+A1GPS·tBD]]>

其中，Δt_BD-GPS為BDT與GPST之間的鐘差，由上式推出；

Δt_BD-GPS＝t_u1-t_u2＝A₀+A₁·t_k

其中，t_k表示參考歷元時刻，A₀表示t_k相對于GPST的鐘差初值，A₁表示t_k相對于GPST的鐘速；

根據完備條件下獲得的t_u1和t_u2，根據步驟一中儲存的定位信息，將Δt_BD-GPS曲線線性化，得到參數A₀和A₁，作為短時間內的固定參數值，進而獲得Δt_BD-GPS在雙系統四星條件下的具體值；

需要4個觀測方程進行四顆可見衛星的定位解算，觀測方程為：

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)表示系統A的第i顆可見衛星的位置，(x_sj，y_sj，z_sj)表示系統B的第j顆可見衛星的位置，ρ_i為系統A的第i顆可見衛星的偽距觀測量，ρ_j為系統B的第j顆可見衛星的偽距觀測量，c為真空中的光速，(x_u，y_u，z_u)為用戶位置，t_u1為接收機時鐘與GPST之間的鐘差，t_u2為接收機時鐘與BDT系統之間的鐘差；雙系統四星條件下i、j的取值滿足關系i+j＝4；

綜上，雙系統四星條件下的雙系統接收機位置的解算方程為：

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)表示系統A的第i顆可見衛星的位置，(x_sj，y_sj，z_sj)表示系統B的第j顆可見衛星的位置，ρ_i為系統A的第i顆可見衛星的偽距觀測量，ρ_j為系統B的第j顆可見衛星的偽距觀測量，c為真空中的光速，(x_u，y_u，z_u)為用戶位置，t_u1為接收機時鐘與GPST之間的鐘差，t_u2為接收機時鐘與BDT系統之間的鐘差，Δt_BD-GPS為北斗系統與GPS系統之間的系統時的鐘差，t_k表示參考歷元時刻，A₀表示t_k相對于GPST的鐘差初值，A₁表示t_k相對于GPST的鐘速，雙系統四星條件下i、j的取值滿足關系i+j＝4，對上式微分并利用最小二乘法就能解算出雙系統接收機位置；

步驟三：當可見衛星數量恢復到5顆以上時，執行完備條件下的定位方法，在每個歷元時刻獲取可見衛星數量，在雙系統可見衛星數量大于等于5的時刻，停止COMPASS/GPS雙系統四星定位方法，返回步驟一，執行完備條件下的定位方法。