一種基于平滑與外推的衛(wèi)星定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及衛(wèi)星定位與導航領域，具體設及一種通過對用戶終端所處位置的高程 值（即大地高，用戶終端至地球基準楠球面的高度)進行平滑與外推，實現非完備定位條件 下的衛(wèi)星定位方法。
【背景技術】
[0002] 在城市、峽谷、密林等遮擋物較多的環(huán)境下，衛(wèi)星定位系統(tǒng)容易出現可視衛(wèi)星少于 4顆的"非完備定位條件"。此時若不依賴其他輔助手段或信息，用戶終端將無法完成正常定 位。在非完備條件結束后，仍需要一段時間才能重新捕獲和鎖定衛(wèi)星信號進行定位。運種情 況影響著衛(wèi)星定位的連續(xù)性和可用性，成為GPS等衛(wèi)星系統(tǒng)在遮擋環(huán)境下應用的最大技術 瓶頸之一。針對運一問題，常使用組合慣導、偽衛(wèi)星系統(tǒng)及電子地圖匹配等方法對衛(wèi)星星座 進行補充，W實現=維定位。但運類通過外界手段輔助的方法，會增加投入與配套設施，且 作用范圍受到工作方式及布站位置的限制。相比之下，對用戶終端坐標位置、測量偽距或接 收機鐘差進行數學建模處理的輔助定位方法無需額外的硬件設備，使用簡單、經濟方便。但 其中利用位置坐標與偽距進行外推的方法屬于矢量參數外推，當用戶終端運動方向與速度 大小發(fā)生改變時，容易產生較大誤差。而基于接收機鐘差外推的解決方法，因對接收機晶振 的要求較高，難W廣泛適用于市面上的一般民用接收終端。
[0003] 另一方面，由于衛(wèi)星定位系統(tǒng)空間幾何圖形布局的原因，用戶終端只能接收到來 自天頂方向的衛(wèi)星信號，而在地底方向沒有衛(wèi)星信號，所W位置精度因子PD0P(position dilution of precision)值較大，從而導致高程方向上的定位誤差較大。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種基于平滑與外推的衛(wèi)星定位方 法，用于正常定位情況下能夠提高定位精度，并能完成非完備定位條件下的=維定位。
[0005] 現有技術進行衛(wèi)星定位的方法是:根據球面交會法解算用戶終端所處位置的高程 觀測值(大地高），然后通過求解觀測方程組得到用戶終端的=維坐標。本發(fā)明提出的基于 平滑與外推的衛(wèi)星定位方法是對上述定位方法的改進，具體技術方案如下：
[0006] -種基于平滑與外推的衛(wèi)星定位方法，包括W下步驟：
[0007] 根據球面交會法解算當前歷元n的用戶終端所處位置的高程觀測值hn，用于外推 下一歷元n+1的高程預測值hn+預。對已解算出的歷元n-1、歷元n-2、 、歷元n-m的高程觀 巧Ij值hn-l、hn-2、......、hn-m進行外推，得到當前歷元n的高程預測值hn預，將當前歷元n的高程預 測值hn預作為約束條件求解觀測方程組，得到當前歷元n的用戶終端所處位置的坐標。其中， n = l，2,……;111為外推需要的歷元個數，其值由外推精度要求確定。
[000引若部分衛(wèi)星信號短暫失鎖或被遮擋，即在非完備定位條件下，Wk個根據球面交會 法正常解算出的最新的高程觀測值的均值（即進行均值平滑)作為非完備定位條件下的高 程觀測值hn。高程觀測值不穩(wěn)定時，所述均值為加權均值。
[0009] 進一步地，對已解算出的高程觀測值進行外推采用的模型包括:均值平滑模型，廣 義延拓插值模型，加權最小二乘模型。
[0010] 進一步地，所述觀測方程組為：
[0012]其中，x、y、z與A t分別為待求的用戶終端所處位置的S維坐標與接收機鐘差，C為 光速;xi、yi和Zi為第i顆衛(wèi)星在地固坐標系下的=維坐標，化為第i顆衛(wèi)星至用戶終端的偽 距測量值，i = l，2,……;h為用戶的高程值;a、b分別為地球基準楠球的長、短半軸。
[0013 ]進一步地，求加權均值時，高程觀測值越新(歷元序號越大），其權重越大。
[0014] 進一步地，所述k滿足：
[0016] 式中，化為不進行均值處理的高程坐標方向的均方誤差，為均值處理后所期望 的高程坐標方向的均方誤差。
[0017] 與現有技術相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0018] 本發(fā)明所述方法利用當前歷元W前解算出的若干個歷元的用戶終端所處位置的 高程觀測值進行外推，得到當前歷元的高程預測值，同時根據球面交會法解算當前歷元的 高程觀測值，用于外推下一歷元的高程預測值。將當前歷元的高程預測值作為約束條件求 解觀測方程組，得到當前歷元的用戶終端所處位置的坐標。由于衛(wèi)星系統(tǒng)在高程方向上的 定位誤差較大，外推下一個歷元得到的高程觀測值比原單點定位得到的高程觀測值更準 確，因此本發(fā)明所述方法提高了正常情況下的定位精度。當部分衛(wèi)星信號短暫失鎖或被遮 擋，即在非完備條件下，W正常定位解算出的最新的若干個歷元的高程觀測值的均值作為 所述當前歷元的高程觀測值，高程觀測值不穩(wěn)定時，求加權均值，并進行上述相同的外推解 算過程，可W完成非完備條件下的=維定位。
【附圖說明】
[0019] 圖1為正常定位情況下的定位方法流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0021] 正常定位情況下定位方法流程圖如圖1所示，包括W下步驟：
[0022] 根據球面交會法解算當前歷元的用戶終端所處位置的高程觀測值，用于外推下一 歷元的高程預測值。利用當前歷元W前根據球面交會法解算出的若干個歷元的高程觀測值 (大地高)進行外推，得到當前歷元的高程預測值。將當前歷元的高程預測值作為約束條件 求解觀測方程組，得到當前歷元的用戶終端所處位置的坐標。外推需要的歷元個數根據外 推精度要求確定。
[0023] 對已解算出的高程觀測值序列進行外推采用的模型包括:均值平滑模型，廣義延 拓插值模型，加權最小二乘模型。
[0024] 當用戶終端所處位置的高程值h已知后，即相當于一顆衛(wèi)星處于地球中屯、點附近， 測得的高度值相當于增加了一段偽距值，成為W地屯、距為半徑的另一個交會球，所W能夠 起到一顆導航衛(wèi)星的作用。此時的觀測方程為：
Cl)
[00%]其中，x、y、z與A t分別為待求的用戶終端所處位置的S維坐標與接收機鐘差，C為 光速;xi、yi和Zi為第i顆衛(wèi)星在地固坐標系下的