[发明专利]一种基于平滑与外推的卫星定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星定位与导航领域，具体涉及一种通过对用户终端所处位置的高程值(即 大地高，用户终端至地球基准椭球面的高度)进行平滑与外推，实现非完备定位条件下的卫 星定位方法。

背景技术

在城市、峡谷、密林等遮挡物较多的环境下，卫星定位系统容易出现可视卫星少于4颗 的“非完备定位条件”。此时若不依赖其他辅助手段或信息，用户终端将无法完成正常定位。 在非完备条件结束后，仍需要一段时间才能重新捕获和锁定卫星信号进行定位。这种情况影 响着卫星定位的连续性和可用性，成为GPS等卫星系统在遮挡环境下应用的最大技术瓶颈之 一。针对这一问题，常使用组合惯导、伪卫星系统及电子地图匹配等方法对卫星星座进行补 充，以实现三维定位。但这类通过外界手段辅助的方法，会增加投入与配套设施，且作用范 围受到工作方式及布站位置的限制。相比之下，对用户终端坐标位置、测量伪距或接收机钟 差进行数学建模处理的辅助定位方法无需额外的硬件设备，使用简单、经济方便。但其中利 用位置坐标与伪距进行外推的方法属于矢量参数外推，当用户终端运动方向与速度大小发生 改变时，容易产生较大误差。而基于接收机钟差外推的解决方法，因对接收机晶振的要求较 高，难以广泛适用于市面上的一般民用接收终端。

另一方面，由于卫星定位系统空间几何图形布局的原因，用户终端只能接收到来自天顶 方向的卫星信号，而在地底方向没有卫星信号，所以位置精度因子PDOP(positiondilutionof precision)值较大，从而导致高程方向上的定位误差较大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于平滑与外推的卫星定位方法，用 于正常定位情况下能够提高定位精度，并能完成非完备定位条件下的三维定位。

现有技术进行卫星定位的方法是：根据球面交会法解算用户终端所处位置的高程观测值 (大地高)，然后通过求解观测方程组得到用户终端的三维坐标。本发明提出的基于平滑与 外推的卫星定位方法是对上述定位方法的改进，具体技术方案如下：

一种基于平滑与外推的卫星定位方法，包括以下步骤：

根据球面交会法解算当前历元n的用户终端所处位置的高程观测值h_n，用于外推下一历 元n+1的高程预测值h_n+1预。对已解算出的历元n-1、历元n-2、……、历元n-m的高程观测 值h_n-1、h_n-2、……、h_n-m进行外推，得到当前历元n的高程预测值h_n预，将当前历元n的高程 预测值h_n预作为约束条件求解观测方程组，得到当前历元n的用户终端所处位置的坐标。其 中，n＝1，2，……；m为外推需要的历元个数，其值由外推精度要求确定。

若部分卫星信号短暂失锁或被遮挡，即在非完备定位条件下，以k个根据球面交会法正 常解算出的最新的高程观测值的均值(即进行均值平滑)作为非完备定位条件下的高程观测 值h_n。高程观测值不稳定时，所述均值为加权均值。

进一步地，对已解算出的高程观测值进行外推采用的模型包括：均值平滑模型，广义延 拓插值模型，加权最小二乘模型。

进一步地，所述观测方程组为：