一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：用戶站接收機(jī)、參考站接收機(jī)，還包括：GBAS服務(wù)器和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，所述GBAS服務(wù)器與用戶站接收機(jī)、參考站接收機(jī)均通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接。本發(fā)明所提出的系統(tǒng)可以有效提高用戶在城市復(fù)雜環(huán)境下的定位精度，提高廉價(jià)單頻導(dǎo)航芯片的差分定位能力；本發(fā)明方法適用于高精度衛(wèi)星定位，提高了用戶站位置、速度、鐘差和時(shí)鐘鐘漂的精度。
【專利說明】一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種偽距離和多普勒組合差 分定位系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)包括GPS、GLONASS、北斗和伽利略系統(tǒng)，為人類導(dǎo)航定 位提供了巨大的便利，圖1表示一個(gè)典型的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GNSS信號(hào)接收機(jī)2捕獲和跟 蹤導(dǎo)航衛(wèi)星1發(fā)出的偽隨機(jī)碼以及導(dǎo)航數(shù)據(jù)，測(cè)量出導(dǎo)航衛(wèi)星1到GNSS信號(hào)接收機(jī)2的無 線電波傳輸時(shí)間，再利用導(dǎo)航數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星的位置和速度，然后計(jì)算出用戶的位置、速度和 時(shí)間。廉價(jià)的接收機(jī)通常是以單頻多模芯片為主。自主定位的單頻接收機(jī)的精度受到電離 層延時(shí)、對(duì)流層延時(shí)、衛(wèi)星時(shí)鐘偏差、衛(wèi)星時(shí)鐘頻率漂移、衛(wèi)星星歷偏差、多徑誤差等影響， 定位精度在最優(yōu)情況下只能達(dá)到7-10米。為了提高定位精度，K.TysenMueller發(fā)明了網(wǎng) 絡(luò)差分GPS系統(tǒng)，EdwardH.Martin利用向量處理差分GPS，PeterVanWyckLoomis發(fā)明 了載波相位差分GPS相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，PatrickA.Hwang使用雙頻率測(cè)量發(fā)明了增強(qiáng)差分GNSS載 波相位平滑碼處理。
[0003] 衛(wèi)星差分導(dǎo)航系統(tǒng)可以極大地提高衛(wèi)星定位系統(tǒng)的精度和定位完整性。最普通的 結(jié)構(gòu)由參考站、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)站三個(gè)部分組成。事先精確測(cè)量定位的參考基站利用 高質(zhì)量的衛(wèi)星接收機(jī)，估算每一顆衛(wèi)星測(cè)量中緩慢變化的各種誤差分量，形成對(duì)可見衛(wèi)星 的測(cè)量修正，再通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)廣播給附近的移動(dòng)用戶，這樣就可以得到比單點(diǎn)定位更 高的精度。衛(wèi)星差分定位有很多不同的方法，它們大體可以分為局域差分系統(tǒng)（Localarea differentialGNSS)，廣域差分系統(tǒng)（WideareadifferentialGNSS)和載波相位差分系 統(tǒng)（Carrier-PhasedifferentialGNSS)〇
[0004] 大部分局域差分系統(tǒng)使用單參考站，根據(jù)已知位置信息和GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)生成差分 改正信息，通過無線通訊鏈路實(shí)時(shí)播發(fā)給移動(dòng)站。如果基站和移動(dòng)用戶的距離在10公里以 內(nèi)，基于碼相位的局域差分可以實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)定位精度?；诖a相位的差分除了系統(tǒng)比較簡(jiǎn) 單以外，還有一個(gè)好處：由于它只需要傳輸每一顆衛(wèi)星偽距的標(biāo)量修正，而且標(biāo)量修正是緩 慢變化的，系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。局域差分定位的主要缺點(diǎn)是精度不高， 只能達(dá)到亞米級(jí)的定位。由于偽距容易受到多徑的影響，局域差分更容易受到多徑干擾，使 得復(fù)雜環(huán)境下定位精度變差，甚至失效。
[0005] 廣域差分系統(tǒng)是利用服務(wù)區(qū)內(nèi)的參考站網(wǎng)監(jiān)測(cè)可見GPS衛(wèi)星，計(jì)算每一顆衛(wèi)星的 矢量修正。矢量修正包括衛(wèi)星時(shí)鐘修正、衛(wèi)星位置的三個(gè)坐標(biāo)的修正、以及格點(diǎn)化的電離層 延遲參數(shù)。廣域差分系統(tǒng)的精度和局域差分接近，但它可以覆蓋大到整個(gè)國家甚至地球的 區(qū)域。而且它比覆蓋同樣面積的局域網(wǎng)構(gòu)建使用更少的參考站。和局域差分系統(tǒng)一樣，廣 域差分系統(tǒng)也是利用碼相位測(cè)量，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸要求不高，但也容易受到多徑誤差的影響。覆 蓋范圍最廣的廣域差分系統(tǒng)是美國航空航天局部署的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS/SBAS)。它通過 數(shù)十個(gè)分布在美國各地的高精度參考站測(cè)量到的信息，傳送到東西兩個(gè)主控站進(jìn)行分析， 主控站計(jì)算出每一顆衛(wèi)星的矢量修正，通過地面注入站傳輸至地球同步衛(wèi)星，該同步衛(wèi)星 利用GPS的Ll頻率載波，將上述差分修正量作為GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文轉(zhuǎn)發(fā)給用戶站，用戶接 收機(jī)的基帶芯片只需配備用于處理SBAS信息的通道，就可以享受高精度的免費(fèi)服務(wù)。目前 大部分商業(yè)化的GPS接收機(jī)都配備SBAS能力，在美國、日本和歐洲的用戶都可以得到3米 左右的精度。
[0006] 載波相位差分是一種高精度定位模式，通常稱為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK)技術(shù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) 差分系統(tǒng)測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)從導(dǎo)航衛(wèi)星到參考基站的相位變化，達(dá)到百分之幾的載波波長的精 度，通常為厘米級(jí)精度。參考站到移動(dòng)用戶的整數(shù)波長數(shù)為定位的整數(shù)模糊度。整數(shù)模糊 度可以利用最優(yōu)的統(tǒng)計(jì)方法快速計(jì)算出來，達(dá)到厘米甚至毫米級(jí)的定位精度。由于實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)方法依賴于載波相位的測(cè)量，它的定位精度更加抗多徑影響，適合環(huán)境比較復(fù)雜的環(huán)境。 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)方法已經(jīng)廣泛地用于測(cè)繪、建筑、國防等應(yīng)用。美國的天寶、日本的拓普康、德國的 萊卡和我國的華測(cè)都推出厘米和毫米級(jí)的參考站、移動(dòng)站和通信設(shè)備，取得良好的商業(yè)化 結(jié)果。但高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：1、由于計(jì)算整數(shù)模糊度需要載波相位的 測(cè)量和傳輸，載波相位是每一時(shí)刻快速變化的量，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量比基于碼相位的差分系 統(tǒng)要高很多。2、確定整數(shù)模糊度需要比較長的時(shí)間，通常在靜態(tài)的用戶需要幾分鐘甚至幾 十分鐘的時(shí)間。因此實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)下確定整數(shù)模糊度就更加困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明引入地基增強(qiáng)系統(tǒng)（ground-basedaugmentationsystems,GBAS)服務(wù)器， 在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。
[0008] 本發(fā)明的首要目的是提供一種有效提高用戶在城市復(fù)雜環(huán)境下的定位精度、提高 廉價(jià)單頻導(dǎo)航芯片的差分定位能力的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種最優(yōu)融合偽距離差分和多普勒差分、提高差分定 位的精度的偽距離和多普勒組合差分定位方法。
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0011] 本發(fā)明提供一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，包括：用戶站接收機(jī)、參考站 接收機(jī)，還包括GBAS服務(wù)器、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，所述GBAS服務(wù)器與用戶站接收機(jī)、參考站接收機(jī)均 通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接。
[0012] 在一種優(yōu)選的方案中，參考站接收機(jī)包括接收單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單 元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收GNSS信號(hào)，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計(jì) 算單元、多普勒計(jì)算單元的輸入連接，定位單元、偽距計(jì)算單元和多普勒計(jì)算單元的輸出與 數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存有自身經(jīng)過精確標(biāo)定的位置，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的 輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
[0013] 在一種優(yōu)選的方案中，GBAS服務(wù)器包括接收單元、偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分 計(jì)算單元、卡爾曼濾波單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收用戶站接收機(jī)和參考站接收 機(jī)發(fā)生的數(shù)據(jù)或請(qǐng)求，接收單元的輸出分別與偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分計(jì)算單元、卡 爾曼濾波單元的輸入連接，偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分計(jì)算單元、卡爾曼濾波單元的輸 出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向參考站接收機(jī) 和用戶站接收機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
[0014] 在一種優(yōu)選的方案中，用戶站接收機(jī)包括接收單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單 元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收GNSS信號(hào)，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計(jì) 算單元、多普勒計(jì)算單元的輸入連接，定位單元、偽距計(jì)算單元和多普勒計(jì)算單元的輸出與 數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務(wù)器發(fā)送數(shù) 據(jù)或請(qǐng)求。
[0015] 在一種優(yōu)選的方案中，所述移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為GSM網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDM網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)或 4G網(wǎng)絡(luò)中的一種。
[0016] 本發(fā)明提供一種偽距離和多普勒組合差分定位方法，包括以下步驟：
[0017] Sl:用戶站接收機(jī)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向GBAS服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求；
[0018] S2 :GBAS服務(wù)器收到來自用戶站接收機(jī)的請(qǐng)求后，向參考站接收機(jī)發(fā)送指令，要 求參考站接收機(jī)發(fā)送偽距和多普勒頻移的修正值；
[0019] S3:參考站接收機(jī)接收到GBAS服務(wù)器發(fā)來的指令后，計(jì)算出參考站接收機(jī)的偽距 和多普勒頻移的修正值，并發(fā)送給GBAS服務(wù)器；
[0020] S4 :GBAS服務(wù)器將接收到的參考站接收機(jī)的偽距和多普勒頻率的修正值通過移 動(dòng)網(wǎng)絡(luò)廣播給用戶站接收機(jī)；
[0021] S5:用戶站接收機(jī)接收來自同一導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)過來的GNSS信號(hào)后，測(cè)量出用戶站接 收機(jī)對(duì)該衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；同時(shí)，利用加權(quán)最小二乘法計(jì)算出用戶站接收機(jī) 的本地時(shí)鐘鐘差和本地時(shí)鐘頻漂；
[0022] S6:結(jié)合參考站接收機(jī)發(fā)送的偽距和多普勒頻率的修正值以及用戶站接收機(jī)對(duì)同 一導(dǎo)航衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值測(cè)量值，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、 速度、鐘漂和頻漂。
[0023] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S3中，計(jì)算偽距和多普勒頻移的修正值包括以下步 驟：
[0024] 1)精確標(biāo)定參考站接收機(jī)的位置；
[0025] 2)參考站接收機(jī)接收來自導(dǎo)航衛(wèi)星的GNSS信號(hào)，測(cè)量出參考站接收機(jī)對(duì)該導(dǎo)航 衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；
[0026] 3)利用加權(quán)最小二乘法求出參考站接收機(jī)的本地時(shí)鐘鐘差和本地時(shí)鐘頻漂；
[0027] 4)結(jié)合參考站接收機(jī)的偽距值、多普勒頻移值、位置、本地時(shí)鐘鐘差和本地時(shí)鐘頻 漂，計(jì)算參考站接收機(jī)的偽距和多普勒頻移的修正值。
[0028] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S6中，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、速 度、鐘漂和頻漂，具體包括以下步驟：
[0029] 在每一定位歷元，卡爾曼濾波器首先利用狀態(tài)方程預(yù)測(cè)用戶站接收機(jī)當(dāng)前的位 置、速度、鐘差和鐘漂等狀態(tài)；然后，根據(jù)這一狀態(tài)先驗(yàn)估計(jì)值以及導(dǎo)航衛(wèi)星星歷所提供的 導(dǎo)航衛(wèi)星位置和速度，卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)用戶站接收機(jī)對(duì)各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒頻移 值，而這些測(cè)量預(yù)測(cè)值與用戶站接收機(jī)的實(shí)際測(cè)量值之間的差異形成測(cè)量殘余；最后，卡爾 曼濾波器的校正過程通過處理測(cè)量殘余而得到系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值的校正量及其校正后的最 優(yōu)估計(jì)值。
[0030] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S3中，所述參考站接收機(jī)的偽距修正值表示為：
[0031] pc(〇rr Ξ V(i) ·ar(l) + Afdf + CSirr
[0032] 其中，表示參考站接收機(jī)的偽距修正值，v(i)是衛(wèi)星i的移動(dòng)速度，\(i)是參 考站r指向衛(wèi)星i的單位向量，λ是載波Ll的波長，:是參考站r相對(duì)衛(wèi)星i的多普勒 頻移，c是真空中的光速，δt(i)是導(dǎo)航衛(wèi)星i的時(shí)鐘偏差。
[0033] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S3中，所述參考站接收機(jī)的多普勒頻移修正值表示 為：
[0034] /? Ξ -/i:)-憂
[0035] 其中，是參考站接收機(jī)多普勒頻移修正值，/dW是參考站!相對(duì)衛(wèi)星i的多普 勒頻移，c是真空中的光速，λ是載波Ll的波長，δf；是是參考站r的時(shí)鐘鐘漂。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明提供的方法完全消除了 導(dǎo)航衛(wèi)星鐘差和導(dǎo)航衛(wèi)星時(shí)鐘鐘漂，也消掉大部分星歷誤差、電離層延時(shí)、對(duì)流層延時(shí)，提 高了用戶站位置、速度、鐘差和時(shí)鐘鐘漂的精度；此外，由于多普勒效應(yīng)對(duì)多徑誤差不敏感， 本發(fā)明所提出的系統(tǒng)可以有效提高用戶在城市復(fù)雜環(huán)境下的定位精度，提高廉價(jià)單頻導(dǎo)航 芯片的差分定位能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1是一個(gè)典型的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。
[0038] 圖2是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)的示意圖。
[0039] 圖3是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。
[0040] 圖4是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位方法參考站處理數(shù)據(jù)的方法流程圖。
[0041] 圖5是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位方法用戶站處理數(shù)據(jù)的方法流程圖。
[0042] 圖6是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位方法中卡爾曼濾波器的方法原理圖。
[0043]圖7是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)的廣域地基差分系統(tǒng)的架構(gòu)圖。
[0044] 圖中：1、導(dǎo)航衛(wèi)星；2、GNSS信號(hào)接收機(jī)；3、參考站接收機(jī)；4、用戶站接收機(jī)；5、 GBAS服務(wù)器；6、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0046] 為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品 的尺寸；
[0047] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解 的。
[0048] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0049] 實(shí)施例1
[0050] 如圖2所示，一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，包括：用戶站接收機(jī)4、參考 站接收機(jī)3,還包括GBAS服務(wù)器5、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)6,所述GBAS服務(wù)器5與用戶站接收機(jī)4、參考 站接收機(jī)3均通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)6連接；
[0051] 如圖3所示，在具體實(shí)施過程中，參考站接收機(jī)3包括接收單元、偽距計(jì)算單元、多 普勒計(jì)算單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導(dǎo)航衛(wèi)星1的GNSS信號(hào)，接收單元的輸出 分別與定位單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單元的輸入連接，定位單元、偽距計(jì)算單元和 多普勒計(jì)算單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存有自身經(jīng)過精確標(biāo)定的位置，數(shù) 據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務(wù)器5發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
[0052] 在具體實(shí)施過程中，GBAS服務(wù)器5包括接收單元、偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分 計(jì)算單元、卡爾曼濾波單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收用戶站接收機(jī)和參考站接收 機(jī)發(fā)生的數(shù)據(jù)或請(qǐng)求，接收單元的輸出分別與偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分計(jì)算單元、卡 爾曼濾波單元的輸入連接，偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分計(jì)算單元、卡爾曼濾波單元的輸 出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向參考站接收機(jī)3 和用戶站接收機(jī)4發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
[0053] 在具體實(shí)施過程中，用戶站接收機(jī)4包括接收單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單 元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導(dǎo)航衛(wèi)星1的GNSS信號(hào)，接收單元的輸出分別與定位 單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單元的輸入連接，定位單元、偽距計(jì)算單元和多普勒計(jì)算 單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS 服務(wù)器5發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
[0054] 在具體實(shí)施過程中，所述移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDMA網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)或4G網(wǎng)絡(luò)中的 一種。
[0055] 在具體實(shí)施過程中，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星差分增強(qiáng)系統(tǒng)為GPS系統(tǒng)或北斗系統(tǒng)。
[0056] 如圖4-5所示，一種偽距離和多普勒組合差分定位方法，包括以下步驟：
[0057]Sl:用戶站接收機(jī)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向GBAS服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求；
[0058]S2:GBAS服務(wù)器收到來自用戶站接收機(jī)的請(qǐng)求后，向參考站接收機(jī)發(fā)送指令，要 求參考站接收機(jī)發(fā)送偽距和多普勒頻移的修正值；
[0059]S3:參考站接收機(jī)接收到GBAS服務(wù)器發(fā)來的指令后，計(jì)算出參考站接收機(jī)的偽距 和多普勒頻移的修正值，并發(fā)送給GBAS服務(wù)器；
[0060] S4:GBAS服務(wù)器將接收到的參考站接收機(jī)的偽距和多普勒頻率的修正值通過移 動(dòng)網(wǎng)絡(luò)廣播給用戶站接收機(jī)；
[0061] S5:用戶站接收機(jī)接收來自同一導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)過來的GNSS信號(hào)后，測(cè)量出用戶站接 收機(jī)對(duì)該衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；同時(shí)，利用加權(quán)最小二乘法計(jì)算出用戶站接收機(jī) 的本地時(shí)鐘鐘差和本地時(shí)鐘頻漂；
[0062]S6:結(jié)合參考站接收機(jī)發(fā)送的偽距和多普勒頻率的修正值以及用戶站接收機(jī)對(duì)同 一導(dǎo)航衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值測(cè)量值，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、 速度、鐘漂和頻漂。
[0063] 在具體實(shí)施過程中，參考站偽距的測(cè)量值可表示為：
[0064] pr(i) = rr(i) +c(Str -6t(0) + /r(l) + rr(l) + ερ(^ (I)
[0065] 其中，是參考站接收機(jī)r對(duì)衛(wèi)星i的偽距測(cè)量值，是參考站r到衛(wèi)星i的 幾何距離，C是真空中的光速，是參考站r的時(shí)鐘偏差，st(i)是衛(wèi)星i的時(shí)鐘偏差， 是參考站r到衛(wèi)星i之間的電離層延時(shí)，?:是參考站r到衛(wèi)星i之間的對(duì)流層延時(shí)， 是參考站r相對(duì)于衛(wèi)星i的偽距測(cè)量噪聲量。
[0066] 定義偽距的修正公式為：
[0067] Pcorr= ^_P^.) + CStr= c3t⑴_(tái)if)_ Tr(.) _Ep^.(2)
[0068] 對(duì)⑵式進(jìn)行求導(dǎo),有：三4(0-八(0 +C此
[0069]又因?yàn)椋?°) =V⑴·αΓ?，/?) = -Ι/j;0,其中，λ是載波LI(f\ = 1575. 42MHz)對(duì) 應(yīng)的波長，是參考站r指向衛(wèi)星i的單位向量，，是參考站r相對(duì)衛(wèi)星i的多普勒頻 移，v(i)是衛(wèi)星i的移動(dòng)速度。
[0070]所以，ΞV(0·ar (〇 +l/d(r〇 +cAr
[0071] 偽距是一個(gè)緩慢變化的量，在短時(shí)間內(nèi)，pitOOI隨時(shí)間線性變化，為常 數(shù)?？梢岳米钚《朔◤囊幌盗械膫尉嘈拚礟iictht2,...U中提取測(cè)量時(shí)刻t=tm 時(shí)的偽距修正和修正對(duì)時(shí)間的線性展開量：和
[0072] 用戶偽距的測(cè)量值可表示為：
[0073] =r"l) +c{5tu -δ?(?)) + + +Sp l
[0074] 其中，是衛(wèi)星i到用戶站接收機(jī)u之間的偽距測(cè)量值，ruW是用戶站接收機(jī)u到 衛(wèi)星i的幾何距離，Stu是用戶站u的時(shí)鐘偏差，是用戶站u到衛(wèi)星i之間的電離層延 時(shí)，ΓΜ(?)是用戶站u到衛(wèi)星i之間的對(duì)流層延時(shí)，是用戶站u相對(duì)于衛(wèi)星i的偽距測(cè)量 噪聲量。
[0075] 在時(shí)刻t時(shí)，偽距修正公式為：
[0076] pc?rr⑴=pc?rr (tm) + /^rr (tm) · (t - tm) (3 )
[0077] 因此，用戶站修正后的偽距測(cè)量公式為：
[0078] C=p?)+pS)rr⑷
[0079] 其中，戶^是用戶站U到衛(wèi)星i修正后的偽距測(cè)量值，是偽距修正值。
[0080] 將Pp和的值代入到公式（4)，有：
[0081 ]Pul=rul) +C(Stu -5t(i)) + 4° + ΓΜ(?) + + cSt^ -/r(0 - rr(0 -ε^Ι
[0082]所以，必=rf) + + 〇ΓΜ(Ρ+ε?
[0083] 其中，/2? = /?) ，A?) = ) - 7?)，
[0084] 如果用戶u和參考站r之間的基線距離較短，以至于衛(wèi)星i在這兩個(gè)觀察點(diǎn)的 電離層延時(shí)和對(duì)流層延時(shí)均分別相互近似相等，即￠2和7^}:均接近為零，因此上式可簡(jiǎn)寫 為：
[0085] =ru(0 +Stu +E^r (5)
[0086] 因此，偽距差分技術(shù)的方法可描述如下：
[0087] (a)利用參考站r的偽距測(cè)量值^?計(jì)算參考站r的時(shí)鐘偏差δ仁；
[0088] (b)利用公式⑵求出偽距的修正值=rr(i) -pi0 +c5tr;
[0089] (c)利用最小二乘法從一系列的偽距修正值:p￡r (?,t2, ...ζ,· )中提取出^時(shí)刻的 偽距修正和該時(shí)刻的偽距變化率/^ir (tm);
[0090] (d)利用GBAS服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源，傳輸偽距修正值和偽距修正率給移動(dòng)用戶；
[0091] (e)在用戶端計(jì)算t時(shí)刻用戶站修正后的偽距測(cè)量值：⑴=pp(t) + Pcorr(tm) +Pcorr(tm) (t_tm);
[0092] (f)利用牛頓迭代方程和最小二乘法求出修正后的用戶站的偽距測(cè)量值：

【權(quán)利要求】
1. 一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，包括：用戶站接收機(jī)、參考站接收機(jī)，其特 征在于，還包括GBAS服務(wù)器、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，所述GBAS服務(wù)器與用戶站接收機(jī)、參考站接收機(jī)均 通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，參考站接 收機(jī)包括接收單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導(dǎo) 航衛(wèi)星的GNSS信號(hào)，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單元的 輸入連接，定位單元、偽距計(jì)算單元和多普勒計(jì)算單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫 儲(chǔ)存有自身經(jīng)過精確標(biāo)定的位置，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS 服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，GBAS服務(wù) 器包括接收單元、偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分計(jì)算單元、卡爾曼濾波單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā) 送單元，接收單元接收用戶站接收機(jī)和參考站接收機(jī)發(fā)生的數(shù)據(jù)或請(qǐng)求，接收單元的輸出 分別與偽距差分計(jì)算單元、多普勒差分計(jì)算單元、卡爾曼濾波單元的輸入連接，偽距差分計(jì) 算單元、多普勒差分計(jì)算單元、卡爾曼濾波單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出 與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向參考站接收機(jī)和用戶站接收機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，用戶站接 收機(jī)包括接收單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導(dǎo) 航衛(wèi)星的GNSS信號(hào)，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計(jì)算單元、多普勒計(jì)算單元的 輸入連接，定位單元、偽距計(jì)算單元和多普勒計(jì)算單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫 的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，所述移動(dòng) 網(wǎng)絡(luò)為GSM網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDMA網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)或4G網(wǎng)絡(luò)中的一種。
6. -種偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 51 :用戶站接收機(jī)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向GBAS服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求； 52 :GBAS服務(wù)器收到來自用戶站接收機(jī)的請(qǐng)求后，向參考站接收機(jī)發(fā)送指令，要求參 考站接收機(jī)發(fā)送偽距和多普勒頻移的修正值； 53 :參考站接收機(jī)接收到GBAS服務(wù)器發(fā)來的指令后，計(jì)算出參考站接收機(jī)的偽距和多 普勒頻移的修正值，并發(fā)送給GBAS服務(wù)器； 54 :GBAS服務(wù)器將接收到的參考站接收機(jī)的偽距和多普勒頻率的修正值通過移動(dòng)網(wǎng) 絡(luò)廣播給用戶站接收機(jī)； 55 :用戶站接收機(jī)接收來自同一導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)過來的GNSS信號(hào)后，測(cè)量出用戶站接收機(jī) 對(duì)該衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；同時(shí)，利用加權(quán)最小二乘法計(jì)算出用戶站接收機(jī)的本 地時(shí)鐘鐘差和本地時(shí)鐘頻漂； S6:結(jié)合參考站接收機(jī)發(fā)送的偽距和多普勒頻率的修正值以及用戶站接收機(jī)對(duì)同一導(dǎo) 航衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值測(cè)量值，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、速度、 鐘漂和頻漂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S3中， 計(jì)算偽距和多普勒頻移的修正值包括以下步驟： 1)精確標(biāo)定參考站接收機(jī)的位置； 2) 參考站接收機(jī)接收來自導(dǎo)航衛(wèi)星的GNSS信號(hào)，測(cè)量出參考站接收機(jī)對(duì)該導(dǎo)航衛(wèi)星 的偽距值和多普勒頻移值； 3) 利用加權(quán)最小二乘法求出參考站接收機(jī)的本地時(shí)鐘鐘差和本地時(shí)鐘頻漂； 4) 結(jié)合參考站接收機(jī)的偽距值、多普勒頻移值、位置、本地時(shí)鐘鐘差和本地時(shí)鐘頻漂， 計(jì)算參考站接收機(jī)的偽距和多普勒頻移的修正值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S6中， 利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、速度、鐘漂和頻漂，具體包括以下步驟： 在每一定位歷元，卡爾曼濾波器首先利用狀態(tài)方程預(yù)測(cè)用戶站接收機(jī)當(dāng)前的位置、速 度、鐘差和鐘漂等狀態(tài)；然后，根據(jù)這一狀態(tài)先驗(yàn)估計(jì)值以及導(dǎo)航衛(wèi)星星歷所提供的導(dǎo)航衛(wèi) 星位置和速度，卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)用戶站接收機(jī)對(duì)各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒頻移值，而這 些測(cè)量預(yù)測(cè)值與用戶站接收機(jī)的實(shí)際測(cè)量值之間的差異形成測(cè)量殘余；最后，卡爾曼濾波 器的校正過程通過處理測(cè)量殘余而得到系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值的校正量及其校正后的最優(yōu)估計(jì) 值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S3中， 所述參考站接收機(jī)的偽距修正值表示為：
其中，表示參考站接收機(jī)的偽距修正值，νω是衛(wèi)星i的移動(dòng)速度，\(i)是參考站 r指向衛(wèi)星i的單位向量，λ是載波Ll的波長，是參考站r相對(duì)衛(wèi)星i的多普勒頻移， c是真空中的光速，δt(i)是導(dǎo)航衛(wèi)星i的時(shí)鐘偏差。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S3 中，所述參考站接收機(jī)的多普勒頻移修正值表示為：
其中，是參考站接收機(jī)多普勒頻移修正值，是參考站r相對(duì)衛(wèi)星i的多普勒頻 移，c是真空中的光速，λ是載波Ll的波長，δf；是是參考站r的時(shí)鐘鐘漂。
【文檔編號(hào)】G01S19/42GK104316943SQ201410487596
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】王峰, 陳櫻婷, 朱海波, 錢瑞琦, 鄒俊成, 劉浩成, 劉立程, 劉怡俊 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)