一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法及系统，其方法包括：导航仪利用卫星广播的星历获取四颗卫星的卫星瞬时地心坐标，利用卫星的伪距观测量建立四颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；基于数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息，并基于平面方位信息建立平面信息约束方程；基于伪距观测方程和平面信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，并可通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获取导航仪的地心坐标。在本发明专利技术实施例中，利用数字罗盘结合卫星信号实现定位，使定位更为准确，同时成本低，方便民用，大大增加了本方法可行性，同时实现了在卫星信号差或者仅有4个卫星时的协同定位功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法及系统
本专利技术涉及卫星导航
，具体涉及一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法及系统。
技术介绍
现有的卫星定位系统，通过导航仪接收卫星信号，首先利用卫星广播的星历，计算出各个卫星的准确位置坐标，接着利用卫星的伪距观测量建立ρ建立伪距观测方程(1)，因为接收机存在钟差，需要把接收机钟差作为未知数与导航仪上的接收机位置坐标(X，Y，Z)一起求解。其中，其中，(Xi、Yi、Zi)为由卫星星历求得的卫星瞬时地心坐标，(X、Y、Z)为待求接收机的地心坐标，c为光速，tr、分别为接收机时钟与卫星时钟的误差，Vion为电离层延迟改正数，Vtrop为对流层延迟改正数。这里i取值一般在5以上，该伪距观测方程至少满足5个卫星的位置坐标，才可以实现。通过建立5个以上的伪距观测方式形成求解模型之后，基于卡尔曼滤波求解，即可得出导航定位的位置速度和时间(PositionVelocityandTime，PVT)解，通过残差及中误差等进行卫星定位质量分析，当质量分析不合格时，重新基于该求解模型再次求解，直到质量分析合格之后输出定位结果。现阶段有些区域会存在一些城市峡谷区域，会导致导航系统或者导航仪接收到的卫星会少于5个，导致导航的失灵，无法快速求解或者延迟。数字罗盘可以较准确地为用户提供平面方向信息。但是数字罗盘只是单纯地作为一种高度、方向的参考，并没有与卫星导航模型结合起来。
技术实现思路
为了解决现有技术的缺点，针对接收机面对5颗以下的卫星定位时，本专利技术提供一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法及系统，利用数字罗盘与四颗卫星的结合，可以实现卫星定位有效的补充。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法，包括如下步骤：导航仪利用卫星广播的星历获取四颗卫星的卫星瞬时地心坐标；基于地心坐标与大地坐标间的转换关系，以导航仪的大地坐标为求解目标，利用卫星的伪距观测量建立四颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；基于数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息，并基于平面方位信息建立平面信息约束方程；基于伪距观测方程和平面信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标。所述方法还包括：判断导航仪搜索卫星的数量，当判断导航仪搜索的卫星数量为四颗时，启动数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息。所述基于数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息还包括：对所述平面方位信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取平面方位信息或者停止基于所述平面方位信息建立平面信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，基于所述平面方位信息建立平面信息约束方程。所述方法还包括：判断导航仪搜索卫星的数量，当判断导航仪搜索的卫星数量为四颗时，启动MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息。所述方法还包括：将高度信息和平面方位信息进行质量比对，若平面方位信息优于高度信息，则基于平面方位信息建立平面信息约束方程；若高度信息优于平面方位信息，则基于高度信息建立高程信息约束方程，基于伪距观测方程和高程信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，并通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标；或者在平面方位进行质量分析不达标之后，基于高度信息建立高程信息约束方程，基于伪距观测方程和高程信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，并通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标。所述获取导航仪的大地坐标，通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标包括：基于所述大地坐标求解模型通过卡尔曼滤波得出导航定位在大地坐标系下的PVT解，并通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标；通过残差及中误差进行定位质量分析，在定位质量分析合格之后输出定位结果。相应的，本专利技术还提供了一种基于数字罗盘协同卫星定位的系统，包括：星历模块，用于获取四颗卫星的卫星瞬时地心坐标；伪距观测模块，用于基于地心坐标和大地坐标间的转换关系，以导航仪大地坐标为求解目标，利用卫星的伪距观测量建立四颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；数字罗盘模块，用于基于数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息；平面信息约束模块，用于基于平面方位信息建立平面信息约束方程；定位求解模块，用于基于伪距观测方程和平面信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，并通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标。所述系统还包括：卫星数量判断模块，用于判断导航仪搜索卫星的数量；触发模块，用于在卫星数量判断模块判断导航仪搜索的卫星数量为四颗时，触发数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息。所述系统还包括：平面信息质量分析模块，用于对所述平面方位信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取平面方位信息或者停止基于所述平面方位信息建立平面信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，基于所述平面方位信息建立平面信息约束方程。所述定位求解模块包括：卡尔曼滤波单元，用于基于所述大地坐标求解模型通过卡尔曼滤波求解；PVT解单元，基于卡尔曼滤波求解得出导航定位在大地坐标系下的PVT解，并通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪地心坐标系下的PVT解；定位质量分析，用于通过残差及中误差进行定位质量分析；定位输出单元，用于在定位质量分析合格之后输出定位结果。采用上面的方案后，本专利技术的有益效果包括：数字罗盘作为新一代惯性导航进展方式，相比于传统的惯性导航器件来说成本低，能耗小，微型化，本方法利用数字罗盘结合卫星信号实现定位，使定位更为准确，同时成本低，方便民用，大大增加了本方法可行性，同时实现了在卫星信号差或者仅有4个卫星时的协同定位功能。传统上卫星定位与高度都是分开求解的，国内很少把MEMS压力传感器与卫星定位耦合起来求解，国外同样是很少把二者结合起来进行卫星定位求解。本专利技术把MEMS压力传感器、数字罗盘与卫星导航模型结合起来形成一种紧凑的技术方案，可以解决城市峡谷、树林等遮挡比较严重区域的定位求解难题。本方法确立MEMS、数字罗盘、GNSS的集成定位模式，是技术上的一个独特思考，根据不同的定位条件，构建出基于MEMS压力传感器的集成GNSS卫星定位体系，当卫星信号不正常只能接收到4颗卫星的情况下，提供协同工作模式进行卫星定位求解，当卫星信号正常时正常求解，灵活性强，能够适应不同类型的定位区域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例中的基于数字罗盘协同卫星定位的方法流程图；图2是本专利技术实施例中的基于数字罗盘协同卫星定位的方法第二流程图；图3是本专利技术实施例中的基于数字罗盘协同卫星定位的系统结构示意图；图4是本专利技术实施例中的定位求解模块结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：导航仪利用卫星广播的星历获取四颗卫星的卫星瞬时地心坐标；基于地心坐标与大地坐标间的转换关系，以导航仪的大地坐标为求解目标，利用卫星的伪距观测量建立四颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；基于数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息，并基于平面方位信息建立平面信息约束方程；基于伪距观测方程和平面信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：导航仪利用卫星广播的星历获取四颗卫星的卫星瞬时地心坐标；基于地心坐标与大地坐标间的转换关系，以导航仪的大地坐标为求解目标，利用卫星的伪距观测量建立四颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；基于数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息，并基于平面方位信息建立平面信息约束方程；基于伪距观测方程和平面信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标。2.如权利要求1所述的基于数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，所述方法还包括：判断导航仪搜索卫星的数量，当判断导航仪搜索的卫星数量为四颗时，启动数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息。3.如权利要求1所述的基于数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，所述基于数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息还包括：对所述平面方位信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取平面方位信息或者停止基于所述平面方位信息建立平面信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，基于所述平面方位信息建立平面信息约束方程。4.如权利要求1至3任一项所述的基于数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，所述方法还包括：判断导航仪搜索卫星的数量，当判断导航仪搜索的卫星数量为四颗时，启动MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息。5.如权利要求4所述的基于数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，所述方法还包括：将高度信息和平面方位信息进行质量比对，若平面方位信息优于高度信息，则基于平面方位信息建立平面信息约束方程；若高度信息优于平面方位信息，则基于高度信息建立高程信息约束方程，基于伪距观测方程和高程信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，并通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标；或者在平面方位进行质量分析不达标之后，基于高度信息建立高程信息约束方程，基于伪距观测方程和高程信息约束方程形成导航仪当前的大地坐标求解模型，获取导航仪的大地坐标，并通过地心坐标和大地坐标间的转换关系获得导航仪的地心坐标。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏敬廷，李倩霞，花城，易家莉，李彩霞，
申请(专利权)人：广州中硕云空间信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44