[发明专利]一种基于虚拟轨道卫星的室内卫星导航定位方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟轨道卫星的室内卫星导航定位方法，属卫星导航领域，解决的是室内卫星导航接收机不能正常定位的问题。它根据室内定位的要求，公开了虚拟轨道卫星星座设计方法，四通道卫星导航模拟器发射点选取方法，伪距误差补偿算法，产生了不同于实际卫星星座且能保持较长时间可视的四颗虚拟轨道卫星信号，弥补了由于接收机测得卫星到用户距离与从卫星经室内发射天线到用户的信号时延距离不一致的误差，改善了室内普通卫星导航接收机的定位精度。

一、技术领域

本发明涉及卫星导航领域，特别是涉及一种室内卫星导航定位方法。

二、背景技术

导航定位技术正在向应用的深度和广度方向发展，室内导航定位随着物联网和智能化应用的发展已经引起业内高度重视，目前研究较多的方法是Wi-Fi指纹定位、蓝牙指纹定位、超宽带信号定位、超声无线定位等技术。这些定位方法与具体环境数据密切相关，应用推广受到许多限制。卫星导航在室外已经有绝对的技术优势独占市场，但在室内由于墙壁遮挡阻隔信号，直接定位十分困难。部分暴露的室内可以用多径卫星导航信号定位，但多数室内区域多径仍无法定位。室内卫星导航信号伪卫星增强是一种有效方法，目前室内增强采用的伪卫星技术主要有三种方法，一是发射无导航电文的伪卫星信号，为载波相位定位接收机提供增强观测量；二是接收室外信号转发到了室内；三是用卫星导航模拟源发射与空中卫星导航星座一样的增强信号。但这些研究对卫星星座几何局限性认识不够，定位精度受限，接收机算法复杂。

三、发明内容

1、发明目的

为了改善室内卫星导航定位时，卫星星座几何布局不合理的问题，本发明公开了一种模拟源发射虚拟轨道卫星信号的室内卫星导航定位方案，以解决室内卫星导航接收用真实卫星星座信号不能正确定位，或定位误差较大的难题。

2、技术方案

为了达到上述发明目的，本发明包括下列步骤：

(1)虚拟轨道卫星星座设计

在室内定位中，定位的精度可以由几何精度因子(GDOP)来表征，GDOP值与用户接收机至伪卫星发射点单位矢量所构成的多面体体积成反比，体积越大，GDOP值越小，精度越高。三维定位至少需要四颗伪卫星来实现，伪卫星均匀分布在以目标点为球心的球面且呈正四面体分布时，有最佳的几何星座布局。如图1所示的矩形空间定位中，考虑到空间布局限制，为了使室内区域定位精度均衡，以区域中心点M为接收目标点设计卫星星座，将三颗底座星S1、S2、S3呈等边三角形均匀布设在仰角10°以上南北方位，以便于普通接收机接收，天顶星S4布设在点M正上方仰角90°位置。即使不要求严格的正四面体构型，真实卫星的快速运动仍导致上述星座布局很难通过模拟真实的卫星星座来满足，因此本发明提出了一种能长时间保持几何关系的虚拟轨道卫星星座设计方法。

利用椭圆倾斜轨道准同步卫星运行过程中，星下点轨迹移动速率不同，卫星周期运动的特点，本发明通过设计卫星轨道参数，并进行时空搬移，在统一时间生成任意位置的导航电文，构成能长时间保持几何关系的虚拟轨道卫星星座。主要步骤如下：①确定要设计的四星位置以及维持的最小时间；②根据设定的卫星位置，利用基础的一组倾斜轨道卫星(IGSO)数据，以得到符合要求的星下点轨迹为目标，对其中的六大轨道根数进行参数设计；③考虑虚拟轨道卫星在远地点时有较慢的移动速度优势，修改星历参数对虚拟轨道卫星进行空间移动，使其星下点轨迹到达理想位置，如图2所示为目标左上方位的星下点轨迹，能在远地点长时间维持观测方向变化较慢的特性；④修改导航电文时间参数，进行虚拟轨道卫星时间搬移，星座设为统一时间，使卫星时间上同步；⑤将外部时间和用户位置输入导航电文生成模块进行电文生成，产生任意时间、任意位置的虚拟导航电文，构成较好的虚拟轨道四星卫星星座。

(2)用模拟源发射虚拟轨道卫星信号