对静止用户基于时差的不足四颗卫星定位方法技术

本发明专利技术涉及卫星定位技术，针对传统定位技术中在卫星数目小于四颗的情况下不能定位的问题提出了改进算法。当静止用户只能检测到不足四颗卫星信号的时候，用户每隔时间Ｔ观测一次卫星，根据卫星颗数来确定连续观测的次数，当检测到三或两颗卫星时，连续观测的两次，当只检测到一颗卫星时，需要连续观测的四次，分时接收定位信息，在时间间隔Ｔ满足一定范围要求时，钟差稳定、近似相等，从而可以根据四个方程，解出用户位置信息。该算法提出分时思想，创新了传统理论。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星定位技术，适用于当静止用户仅能检测到不足四颗定位卫星情况下的定位。算法的思想是终端多次收到定位数据，当间隔很短时，钟差变化造成的误差在允许范围内可以忽略；当间隔较长时，根据终端晶振变化的特性曲线进行校正，使钟差变化造成的误差在允许范围内可以忽略。从而达到在同一时刻终端检测到不足四颗定位卫星情况下也能定位的目的。本算法是在借鉴传统定位算法的基础上，解除了原有算法对时间的限制，从而使定位技术具有更强的适应性。
技术介绍
卫星定位技术在国民经济中占有重要的地位，除军事应用外，它已被广泛应用于航天、航空、航海、测量、勘探等诸多领域，其广泛的应用领域和广阔的发展前景已经引起越来越多人的关注，同时，这项技术的应用也是第三代移动通信网3G中一个重要的增值业务。然而，传统定位算法对适用条件的限制使它不能充分满足现有需求，在很大程度上制约了这项技术的推广。根据原有定位算法，GPS全球定位系统，伽利略卫星导航系统，GLONASS全球导航卫星系统实现定位的前提是用户必须能够同时检测到至少四颗卫星的定位信号，但是在实际应用中，实际测试数据表明，由于无线信道传输条件比较恶劣，可能会受到很多因素的影响，如传输中的信号衰减、阴影效应和天气状况不理想等，致使在通常情况下能检测到的卫星数不足四颗，或者即使能够搜索到四颗以上卫星，但信号强度不能满足要求，使得方程个数小于未知数个数，不能实现定位，严重影响了卫星定位技术的推广和普及。本专利技术就是针对这个矛盾，对原有算法进行改进，实现不足四颗卫星定位的算法，使它能够在更多情况下依然可用，这将是关系到卫星定位能否更广泛应用的关键技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种根据不足四颗卫星进行定位的实现算法，该算法实现了当终端仅能搜索到不足四颗卫星时也能定位，进而解决了传统算法中仅有不足四颗卫星情况下不能定位的问题，无需添加附属装置，就可以提高卫星的定位范围，使卫星定位得到广泛使用。具体实施例方式1)确定卫星与地面固定终端之间的伪距离ρ电磁波在空间中以光速c传播，在已知星上发送时刻t1和终端接收时刻t2的情况下，根据 ρ＝c*Δt计算出伪距离，其中Δt＝t2-t1。2)引入钟差变量tu卫星上使用稳定性极高的原子钟作为基准时钟，而接收机的时钟则与基准时钟存在钟差，影响了两端之间距离计算的准确度。因此，引入了伪距离的修正值c*tu，其中tu这个参数为星上基准时钟与接收机基准时钟间的差值。3)显然，在检测到不足四颗卫星的情况下，根据两点间距离公式只能写出少于四个方程，无法求解四个变量。4)接收机分时接收定位信息在t时刻按照传统定位算法根据当前卫星的位置，为用户的三维位置(xu，yu，zu)和时间偏移量tu建立一个方程。当静止用户只能检测到不足四颗卫星信号的时候，用户每隔时间T观测一次卫星，根据卫星颗数来确定连续观测的次数，当检测到三或两颗卫星时，连续观测的两次次，当只检测到一颗卫星时，需要连续观测的四次，分时接收定位信息。而多个时刻检测到的卫星可以是相同的，也可以是不同的。影响晶振稳定度的主要因素有温度、电压、负荷和寿命，然而当时间间隔T满足一定的范围要求时，这些因素的影响不显著，即tui(i＝1，2，3，4)近似相等。由此可以列出下列四个时刻的距离方程。从而可以解出用户位置信息。ρ1=(x1-xu)2+(y1-yu)2+(z1-zu)2+ctu1ρ2=(x2-xu)2+(y2-yu)2+(z2-zu)2+ctu2ρ3=(x3-xu)2+(y3-yu)2+(z3-zu)2+ctu3ρ4=(x4-xu)2+(y4-yu)2+(z4-zu)2+ctu4]]>可见，本专利技术所提供的利用不足四颗卫星实现定位的算法，具有以下的优点和特点1)本算法提出了分时的思想，晶振的稳定性是影响本方案精确度的最重要因素。2)本算法具有与具体实现平台无关的特点，可以应用在GPS全球定位系统，北斗卫星导航系统，伽利略卫星导航系统，GLONASS全球导航卫星系统。3)除了算法本身的优点外，算法的实现也是具有很多优势的。由于采用软件编程的方式来实现，操作简单、实现方便，而且可以灵活控制。4)该方法不需要增加附属的装置或配件，对用户来说克服了附属物使用上的麻烦，可保持终端原有的轻、小、巧特点，且携带方便。权利要求1.基于时差的不足四颗卫星实现定位的方法，其特征在于该算法包括以下的步骤根据定位卫星进行用户定位时，为确定用户的三维位置(xu，yu，zu)和时间偏移量tu，需要四个独立的方程才能求解，采用对卫星进行伪距测量的方法，可产生如下的方程组ρ1=(x1-xu)2+(y1-yu)2+(z1-zu)2+ctuρ2=(x2-xu)2+(y2-yu)2+(z2-zu)2+ctuρ3=(x3-xu)2+(y3-yu)2+(z3-zu)2+ctuρ4=(x4-xu)2+(y4-yu)2+(z4-zu)2+ctu]]>其中，(xj，yj，zj)是第j颗星的三维位置，j＝1，2，3，4；c为光速。因此，需要至少同时接收四颗不同定位卫星的定位信息才能现实定位，本专利技术提供了一种静止用户仅能观测到不足四颗定位卫星时的定位方法当静止用户只能检测到不足四颗卫星信号的时候，用户每隔时间T观测一次卫星，根据卫星颗数来确定连续观测的次数，当检测到三或两颗卫星时，连续观测的两次，当只检测到一颗卫星时，需要连续观测的四次，分时接收定位信息，在时间间隔T满足一定范围要求时，在某t时刻接收到一组定位卫星的定位数据，再于另外多个不同的时刻t+T、t+2T、t+3T分别接收一次卫星的定位数据，多次接收到不少于四组卫星的定位数据，构造四个独立的卫星伪距测量方程，进行求解xu，yu，zu，tu，从而实现定位。2.根据权利1所述的方法，其特征在于在t时刻可接收到不足四颗定位卫星的数据，在t+T、t+2T、t+3T多个时刻所测得的定位数据不少于三组即可，即只有每次只能观测到不足四颗卫星时才需要接收多次，若某次观测得到了两颗以上的卫星数据，那么就可以相应地减少测量次数。3.根据权利1或2所述的方法，其特征在于多个时刻检测到的卫星可以是相同的，也可以是不同的。4.根据权利1或2所述的方法，其特征在于在t时刻接收到不足四颗定位卫星的数据，在其它时刻可能接收到四颗卫星的数据，也可能一颗也接收不到卫星的数据。5.根据权利1所述的方法，其特征在于在t和t+T、t+2T、t+3T多个时刻，由定位终端晶振的不稳定度所引起的tu的变化极小可以忽略，就可以把多次接收的数据代入方程求解，实现定位。6.根据权利1所述的方法，其特征在于专利技术中所说的定位卫星可以是任何现有的和将来出现的卫星定位系统，如GPS全球定位系统、北斗卫星导航系统、伽利略卫星导航系统、GLONASS全球导航卫星系统，等等。7.根据权利1所述的方法，其特征在于在不同时刻定位数据所源自的卫星属于同一个卫星定位系统，比如是GPS全球定位系统、北斗卫星导航系统、伽利略卫星导航系统、GLONASS全球导航卫星系统以及将来的卫星定位系统。全文摘要本专利技术涉及卫星定位技术，针对传统定位技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于时差的不足四颗卫星实现定位的方法，其特征在于该算法包括以下的步骤：根据定位卫星进行用户定位时，为确定用户的三维位置（ｘ↓［ｕ］，ｙ↓［ｕ］，ｚ↓［ｕ］）和时间偏移量ｔ↓［ｕ］，需要四个独立的方程才能求解，采用对卫星进行伪距测量的方法，可产生如下的方程组：＊＊＊其中，（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］，ｚ↓［ｊ］）是第ｊ颗星的三维位置，ｊ＝１，２，３，４；ｃ为光速。因此，需要至少同时接收四颗不同定位卫星的定位信息才能现实定位，本专利技术提供了一种静止用户仅能观测到不足四颗定位卫星时的定位方法；当静止用户只能检测到不足四颗卫星信号的时候，用户每隔时间Ｔ观测一次卫星，根据卫星颗数来确定连续观测的次数，当检测到三或两颗卫星时，连续观测的两次，当只检测到一颗卫星时，需要连续观测的四次，分时接收定位信息，在时间间隔Ｔ满足一定范围要求时，在某ｔ时刻接收到一组定位卫星的定位数据，再于另外多个不同的时刻ｔ＋Ｔ、ｔ＋２Ｔ、ｔ＋３Ｔ分别接收一次卫星的定位数据，多次接收到不少于四组卫星的定位数据，构造四个独立的卫星伪距测量方程，进行求解ｘ↓［ｕ］，ｙ↓［ｕ］，ｚ↓［ｕ］，ｔ↓［ｕ］，从而实现定位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任春阳，马明辉，张炎明，桂荆京，
申请(专利权)人：任春阳，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]