[發明專利]基于擴展Kalman濾波的地基增強系統差分定位方法

在審

• 申請號: 201810249535.0
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108549097A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 胡杰;孫奇偉;沈志平;單堯;石瀟竹;李賀
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: G01S19/41
• 分類號: G01S19/41
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于擴展Kalman濾波的地基增強系統差分定位方法，包括載波相位平滑偽距步驟以及基于擴展Kalman濾波的差分定位步驟；所述載波相位平滑偽距根據載波差量判斷載波相位是否發生周跳；所述基于擴展Kalman濾波的差分定位建立了位置解算PVA(Position Velocity and Acceleration)模型，利用擴展Kalman濾波器估計飛機的最優實時位置。本發明基于載波相位平滑偽距與Kalman濾波器數據平滑優點，可以有效地解決地基增強系統(Ground Based Augmentation System，GBAS)用戶端噪聲、多徑等隨機誤差引起的定位精度差的問題。

技術領域

本發明屬于星基導航增強系統領域，具體涉及一種基于擴展Kalman濾波的地基增強系統差分定位方法。

背景技術

衛星導航系統在民用航空中的應用可以有效提高飛機飛行安全和效率，以差分定位為基礎的地基增強系統(Ground Based Augmentation System，GBAS)是未來航空器精密進近著陸的重要發展方向，也是國際民航組織推薦的基于性能導航(Performance BasedNavigation，PBN)的核心基礎設施之一。GBAS主要由用戶系統、空間系統和地面系統三部分組成，其中地面系統包括若干基準站、中心處理站以及差分數據廣播站。基準站實時接收衛星信號，并將衛星觀測值和星歷參數發送給中心處理站；中心處理站計算偽距差分值并對GBAS進行完好性監測，生成差分數據與完好性參數；最后通過差分數據廣播站將完好性和差分數據向機場空域內的機載用戶進行廣播。用戶系統接收地面系統廣播的差分和完好性數據進行精確定位以及保護級計算，精確的差分定位計算是GBAS用戶系統重要的組成部分，如果計算所得的位置誤差偏大，會影響飛機的安全著陸，因此需要對差分定位算法進行研究，以確保所計算得到的定位精度滿足飛機精密進近著陸需求。

衛星廣播的信號主要有偽距和載波相位，偽距測量噪聲遠大于載波相位，且易受到多路徑效應影響，而載波相位盡管有很高的測量精度，但需要解算整周模糊度，實時導航過程復雜，難以滿足連續、可靠的高精度導航需求。組合使用偽距和載波相位觀測值，利用載波相位對偽距進行平滑，能夠有效提高偽距精度。傳統Hatch濾波器對偽距進行平滑時，其載波相位整周模糊度N需要保持不變，但是實際中由于衛星星座的變化、障礙物的遮擋、載體的運動以及接收機故障等原因，濾波平滑過程中接收機周跳現象時有發生，如果不對周跳進行處理則濾波結果會發散。目前基于最小二乘法的偽距差分定位算法是衛星導航系統中常采用的一種位置解算方法，最小二乘法所得到的定位結果是基于某個歷元的一組觀測值，和其他歷元的觀測值無關，因此其定位解算結果在時間上有著類似白噪聲的跳躍現象。

發明內容

發明目的：針對現有技術的不足，本發明提出一種基于擴展Kalman濾波的地基增強系統差分定位方法，利用載波相位平滑技術與擴展Kalman濾波技術共同抑制隨機誤差對GBAS機載用戶端定位精度影響。

技術方案：本發明所述的一種基于擴展Kalman濾波的地基增強系統差分定位方法，包括載波相位平滑偽距步驟以及基于擴展Kalman濾波的差分定位步驟，載波相位平滑偽距步驟根據載波差量判斷載波相位是否發生周跳，并在周跳發生時對偽距進行平滑；基于擴展Kalman濾波的差分定位步驟利用擴展Kalman濾波進行位置解算，建立了位置解算PVA(Position Velocity and Acceleration)模型，載波相位平滑后的偽距經過差分校正后作為擴展Kalman濾波器的輸入。

在載波相位平滑偽距步驟中，通過設定周跳判決門限，對于載波差量超出此判決門限的歷元，認為該時刻發生周跳，如果接收機發生周跳現象，此時對平滑器進行重置，使用該時刻的偽距測量值來初始化平滑初值。

其中，載波差量表示為：

temp＝|λ(φ_k-φ_k-1)-(ρ_k-ρk_-1)|