[发明专利]一种基于消除残余相位和改进TLBO算法的卫星导航定位方法

说明书

本发明提出了一种基于消除残余相位和改进TLBO算法的卫星导航定位方法，属于卫星导航定位领域，主要用于解决传统定位算法中残余相位以及多径干扰的问题。该算法主要分为两步：第一步通过求取残余载波相位与整周模糊度来消除传统定位算法的残余相位问题，求得了用户位置。第二步考虑到多径干扰对定位精度影响大的问题，将多径干扰引入伪距模型中，通过改进的TLBO算法对其进行优化得出用户位置更新量，然后对第一步求出的位置进行更新得出最终用户位置。本发明在消除残余相位即改变传统定位算法的基础上引入了改进的TLBO算法来抑制多径干扰，不仅降低了计算复杂度，而且有效的提升了定位精度。

技术领域

本发明属于卫星导航定位领域，具体涉及一种基于消除残余相位和改进TLBO算法的卫星导航定位算法。

背景技术

卫星导航定位系统关乎一个国家的政治，经济，军事等多个方面，且被广泛应用到大地测量、工程测量、水利、电力、交通、资源勘探和航海等领域中，因此对任何一个国家来说，拥有一套自主的定位系统与技术极其重要。全球定位系统(Global PositioningSystem—GPS)是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，且具有高效益、高精度、自动化、全球性、全天候等显著特点。类似于美国的GPS，俄罗斯与欧盟也相继推出了自己的卫星导航定位系统，即GLONASS和伽利略(Galileo)系统，意在打破美国对于卫星导航独家垄断的地位。虽然我国在卫星导航技术方面起步较晚，但由我国自主研发的北斗卫星导航系统却发展势头迅猛。随着现代全球导航定位系统的应用与发展以及人们生活水平的提升，人们对定位精度的要求也越来越高，因此研究提高定位精度的方法对促进北斗导航系统的推广和适用具有重要意义。

接收机的定位精度受多种误差源的影响，其中多径干扰是高精度定位的主要误差源之一。多径干扰是由障碍物对直接信号的反射造成的。多径干扰的存在使接收机无法区分直接信号和反射信号，而直接跟踪二者构成的合成信号，导致信号跟踪出现偏差，进而造成定位误差，称为多径误差。针对多径误差抑制问题，Chen等人(Chen G Y,Gan M,Chen C LP,et al.A Two-Stage Estimation Algorithm Based on Variable Projection Methodfor GPS Positioning[J].IEEE Transactions on InstrumentationMeasurement,PP(99):1-8.)提出了一种两阶段估计算法，即第一步先利用传统的定位方法定位出一个相对准确的用户位置，第二步再把多径干扰作为随机干扰加入伪距模型中，将其转化为一个可分离的非线性最小二乘(SNLS)问题，然后利用求取SNLS问题的经典方法即变量投影法对其进行优化求解，最终定位出用户的位置。

虽然该两阶段算法对定位精度的提升有了一定的改进，但是在第一步中计算用户位置时采用的传统定位算法，传统定位算法相对不准确进而会影响第二步中对多径的抑制，因此第一步中计算出的用户位置精度会受到一定的影响；在第二步中进行多径抑制的时候采用的是变量投影法，然而，在实际中，几乎不存在无约束SNLS问题。如果SNLS问题中变量的线性部分有边界约束，则变量投影无效。针对此问题，本发明提出了一种基于消除残余相位和改进TLBO(teaching-learning based optimization)算法的GPS定位算法用于GPS定位，它不仅对传统的定位算法进行了改进，而且将影响定位精度的最主要的误差即多径干扰进行了有效的抑制，从而会大大提升定位精度。

发明内容

本发明是采用如下技术方案实现的：一种基于消除残余相位和改进TLBO算法的卫星导航定位方法，分两步完成定位，第一步是在不考虑多径的情况下通过消除残余相位的定位方法定位出一个用户位置；第二步是将多径干扰作为随机干扰加入伪距模型中，将伪距模型转化为一个非线性最小二乘问题，通过基于改进TLBO算法的卫星导航定位方法来对最小二乘问题优化求取更新量，对第一步中求出的用户位置进行更新，得到最终的用户位置；

第一步的具体步骤如下：