CN100523858C - 一种应用于卫星导航系统的定位及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于卫星导航系统的定位及监测方法，包括：步骤1，确定观测卫星导航系统，计算系统观测矩阵H，估计各卫星电离层误差；步骤2，依据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，计算各系统其他误差；步骤3，根据步骤1得到的电离层误差和步骤2中得到的其他误差构造系统权阵W，通过系统权阵W对观测矩阵H与伪距观测向量ρ进行归一化处理；步骤4，利用归一化后的矩阵与伪距观测向量进行卫星定位与监测。本发明提供的方法对增强系统的依赖性小，相对原有按系统进行的权值设计的方法，权值精度得到提高，使得利用本方法获得的权阵精度得到提高，从而保证系统定位和监测精度。

Description

一种应用于卫星导航系统的定位及监测方法

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体地说，是指一种应用于卫星导航系统的卫星导航系统定位及监测的方法。

背景技术

全球卫星导航系统(GNSS)可以在全世界范围内提供连续的三维位置、速度与时间信息。由于GPS的成功经验，中国、欧洲等国家地区相继提出了卫星导航发展计划。新一代卫星导航系统与美国的GPS、俄罗斯的GLOANSS共同构成了多系统组合卫星导航系统。由于多系统组合卫星导航系统在精度、可靠性、完好性等几项性能指标上均超过了单一卫星导航系统。因此多模态卫星导航系统成为卫星导航的主流发展方向。

对多系统组合卫星导航系统而言，由于不同系统的卫星定位精度存在较大差异，若将来自不同卫星导航系统的观测信息不加处理地直接应用于多系统组合卫星导航系统，将对多系统组合卫星导航系统的定位精度与完好性带来不利影响。即多系统组合卫星导航系统的精度与完好性不能达到最优。

为解决这一问题，除了对现有卫星导航系统进行改造外，最简便的手段是对多系统组合卫星导航系统进行加权处理。通过提高精度较好的观测量权值，降低精度较差的观测量权值，实现对来自不同卫星的信息进行选择性的使用，从而降低等效测距误差较大的观测量对多系统组合卫星导航系统定位精度与完好性产生的制约作用。

为计算各可见星的权值，需要对观测量中各种误差(如电离层误差)或是经过修正后的残差大小进行估计，这种估计可以通过接收机实时地得到误差或者残差的信息来进行，也可以利用先验或后验知识对系统权值进行估计。

传统的方法是将多系统组合卫星导航系统的系统权值按各个系统分别进行权值设计，即通过各卫星系统的标准定位服务性能标准确定本系统的误差预算(也称误差期望值)，进而得到系统权阵，通过所得到的系统权阵进行加权处理，以实现多系统组合卫星导航系统的卫星定位和监测。

这种建立权阵进而通过权阵进行定位和监测的方法，将各个系统内的卫星权值设定为相同的值。以系统为单位进行权阵设计，其优点在于计算方法简单，通过较少的计算过程即可得到系统权阵。但实际的系统内各颗卫星权值是不相同的，卫星之间存在着较大的差异，所以上述的传统方法显然对卫星伪距测量误差的估计不够精确。

发明内容

本发明为了解决传统方法的卫星定位精度及监测不足的问题，提出了一种适用于卫星导航系统的定位及监测方法，本方法将系统权值分为电离层误差与其它误差两部分分别考虑，设计了一种电离层误差的估计方法，并根据电离层误差与其它误差建立一个与卫星位置有关的加权矩阵，利用所建立的加权矩阵对系统内的卫星进行精确定位和完好性监测。

本发明提供的方法包括以下步骤：

步骤一：确定观测卫星导航系统，计算系统观测矩阵H，估计各卫星电离层误差。

步骤二：依据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，计算各子导航系统的其他误差。

步骤三：根据步骤一得到的各卫星电离层误差和步骤二中得到各子导航系统的其他误差，构造系统权阵W，利用系统权阵W对观测矩阵H与伪距观测向量ρ进行归一化处理。

步骤四：利用归一化后的矩阵H_w与伪距观测向量ρ_w对系统卫星进行定位与完好性监测。

其中在步骤一所述的系统观测矩阵H与系统中卫星的仰角和方位角有关，因此通过计算系统观测矩阵H中的矩阵元素，建立卫星电离层误差与电离层延迟修正倍率R₁、R₂之间的关系表，对卫星电离层延迟修正倍率R₁、R₂进行估计，再根据不同系统的电离层延迟基数，估计系统中各卫星的电离层误差。

在步骤二所述的其他误差为星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声。

在步骤三所述的系统权阵W是与两部分误差(即各卫星电离层误差和各系统的其他误差)的均方差有关的矩阵，归一化处理所依据的公式为H_w＝W×H和ρ_w＝W×ρ。

本发明提供的方法有以下优点：

a.本发明提供的方法可以通过增强系统提供长期电离层状态预报，也可以仅通过双频观测信息估计电离层状态，因此本方法对增强系统的依赖性很小。

b.本发明提供的方法对系统中每颗星单独估计权值，相对原有按系统进行的权值设计方法，权值精度得到提高，使得利用本方法获得的权阵精度得到提高，从而保证系统定位和监测精度。

附图说明

图1是本发明的定位及监测方法的步骤流程图；

图2是应用本发明提供的方法所得到的定位误差曲线图；

图3是应用传统方法进行定位所得到的定位误差曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种应用于卫星导航系统的卫星定位及监测方法，利用系统权值计算方法，提高多系统组合卫星导航系统的定位精度与完好性监测能力。

本发明的卫星导航系统的卫星定位及完好性监测方法，通过对系统权阵的计算来实现，包括电离层误差估计、其他误差估计(即星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声)、构造系统权阵、定位与完好性监测四个主要步骤，其处理流程如图1所示。

步骤一、确定观测卫星导航系统，计算系统观测矩阵H，估计各卫星电离层误差。

电离层误差是卫星导航系统中对定位结果影响最大的误差因素，不同的卫星导航系统对电离层误差的修正方法不同，为正确建立系统观测矩阵，需要估计电离层误差大小。

对于确定的观测卫星导航系统，一方面，不同仰角的可见星电离层延迟不同，低仰角的可见星相对于高仰角的可见星有较大的电离层误差；另一方面，用户与导航卫星连线的电离层穿透点越靠近赤道，其电离层误差越大。为提高电离层误差的估计精度，有必要考虑卫星相对用户位置对电离层误差的影响。

在本发明中，利用系统观测矩阵H进行电离层误差估计。首先需要计算系统观测矩阵H，由于系统观测矩阵H设为：

$H=\left[\begin{array}{ccccccc}{a}_{x1}& a_{y1}& a_{z1}& 1& 0& ...& 0\\ a_{x2}& a_{y2}& a_{z2}& 1& 0& ...& 0\\ & & ...& & & & \\ a_{\mathrm{xi}}& a_{\mathrm{yi}}& a_{\mathrm{zi}}& 0& 1& ...& 0\\ & & ...& & & & \\ a_{\mathrm{xj}}& a_{\mathrm{yj}}& a_{\mathrm{zj}}& 0& 0& ...& 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中 $a_{\mathrm{xk}}=\frac{x_k-{\hat{x}}_u}{{\hat{r}}_k},$ $a_{\mathrm{yk}}=\frac{y_k-{\hat{y}}_u}{{\hat{r}}_k},$ $a_{\mathrm{zk}}=\frac{z_k-{\hat{z}}_u}{{\hat{r}}_k}$ 为近似用户位置

指向第k(k＝1，2，…，i，…j)号卫星位置(x_k，y_k，z_k)的方向余弦，

为伪距测量值，近似用户位置为上一时刻定位结果，卫星位置(x_k，y_k，z_k)和伪距测量值

由接收机提供。则对H中第k号卫星的第2、3个元素，由方向余弦与仰角、方位角之间的关系，可以得到：

a_yk＝sin(AZ_k)cos(EL_k)           (2)

a_zk＝sin(EL_k)                   (3)

AZ_k与EL_k分别为第k号卫星的方位角与仰角。

通过式(2)和式(3)可以求得卫星的方位角和仰角。在本发明中，因为方位角和仰角直接影响卫星电离层误差的大小，而电离层延迟修正倍率也是仅与卫星方位角和仰角有关的量，所以可以建立系统观测矩阵H中的矩阵元素a_yk、a_zk与电离层误差的对应关系，进而可以统计得到电离层延迟修正倍率与矩阵元素a_yk、a_zk的关系，如表一、表二所示。

表一：电离层延迟倍率与a_yk的关系

 

a<sub>yk</sub>范围	电离层延迟倍率R<sub>1</sub>
		a<sub>yk</sub>>0	1
a<sub>yk</sub><0	1.2

表二：电离层延迟倍率与a_zk的关系

 

a<sub>zk</sub>范围	电离层延迟倍率R<sub>2</sub>
		0.67≤a<sub>zk</sub>≤1	1.2
0.48≤a<sub>zk</sub><0.67	1.6
		0.32≤a<sub>zk</sub><0.48	2.0
0.20≤a<sub>zk</sub><0.32	2.4
		0.08≤a<sub>zk</sub><0.20	2.8
0≤a<sub>zk</sub><0.08	3.2

因此通过查表一、表二，即可通过计算系统观测矩阵H来得到电离层延迟修正倍率R₁、R₂。

不同的卫星导航系统所提供的电离层修正能力不同。对于能够采用双频观测量的卫星导航系统，如Galileo、GPSIII，由于通过双频观测量可以较好的计算电离层误差，以消除电离层误差的影响，可将电离层误差造成的延迟基数ΔS_iono-BASE视为0m。

对于无法进行双频观测的卫星导航系统，若在电离层活动平静期，则对于提供Klobucha8参数模型进行电离层延迟修正的系统，如GPSII，ΔS_iono-BASE可定为2.9m；对于不提供电离层延迟修正的系统，如GLONASS，ΔS_iono-BASE可定为5.8m。若电离层活动剧烈，用接收机双频观测量测得某一方向的电离层误差ΔS_iono，该方向上的电离层延迟修正倍率为

则对采用Klobucha8参数模型进行电离层延迟修正的系统， ${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{iono}-\mathrm{BASE}}=\mathrm{\Δ}{S}_{\mathrm{iono}}/R_1^{\′}/R_2^{\′}\×0.5;$ 对不提供电离层延迟修正的卫星导航系统， ${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{iono}-\mathrm{BASE}}=\mathrm{\Δ}{S}_{\mathrm{iono}}/R_1^{\′}/R_2^{\′},$ 则实际可见星电离层误差可表示为：

ΔS_iono＝ΔS_iono-BASE×R₁×R₂　　　　　　　(4)

其中R₁、R₂分别对应可见卫星方位角、仰角的电离层延迟修正倍率，ΔS_ono-BASE为电离层延迟基数。

步骤二：根据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，计算各系统的其他误差。

所述的其他误差为星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声。

由于星历与星钟误差随不同卫星导航系统而异，因此在估计星历与星钟误差时，需要考虑系统因素。根据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，获得各误差分量1σ值，星历误差记为ΔS_eph、星钟误差记为ΔS_clk、多径效应记为ΔS_mp和接收机热噪声记为ΔS_hw。由此对卫星导航系统测量误差ΔS_other进行预估，计算公式如式(5)：

$\mathrm{\Δ}{S}_{\mathrm{other}}=\sqrt{{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{eph}}^2+\mathrm{\Δ}{S}_{\mathrm{clk}}^2+\mathrm{\Δ}{S}_{\mathrm{mp}}^2+\mathrm{\Δ}{S}_{\mathrm{hw}}^2}---\left(5\right)$

ΔS_other为指定卫星导航系统星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声估计值。同样对其他系统进行相似操作，可以得到各系统星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声的估计值。

步骤三：根据步骤一得到的各卫星电离层误差ΔS_iono和步骤二中得到的各系统的其他误差(星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声)ΔS_other，构造系统权阵W，利用系统权阵W对观测矩阵H与伪距观测量ρ进行归一化处理。

卫星导航系统中第j颗卫星电离层误差

和第j颗卫星所述系统的其他误差(即星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声)的平方和就是导航卫星伪距测量误差的方差，开方后为均方差，记为：σ_j，其中j为系统中卫星的个数，j＝1，2......n。

${\mathrm{\σ}}_j=\sqrt{\mathrm{\Δ}{S}_{\mathrm{io}{\mathrm{no}}_j}^2+\mathrm{\Δ}{S}_{{\mathrm{other}}_j}^2}---\left(6\right)$

则系统权阵W可以设计如下：

系统权阵W是根据卫星导航系统中各卫星的电离层误差和卫星所属系统的其他误差(即星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声)而设计的，因此体现了各系统中卫星权值差异。

利用系统权阵W对观测矩阵H进行归一化处理，H_w＝W×H，以代替归一化前的观测矩阵H；类似的，对由伪距组成的向量ρ进行归一化处理ρ_w＝W×ρ。

步骤四：利用归一化后的矩阵H_w与伪距观测向量ρ_w对系统卫星进行定位与完好性监测。

通过最小二乘法进行卫星定位计算，将归一化处理后的系统矩阵H_w与伪距观测量ρ_w替代原最小二乘算法中的观测矩阵H与伪距观测量ρ，有：

$\left[\begin{array}{c}{x}_u\\ y_u\\ z_u\\ t_u\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\hat{x}}_u\\ {\hat{y}}_u\\ {\hat{z}}_u\\ {\hat{t}}_u\end{array}\right]+{\left(H_w^T{H}_w\right)}^{-1}{H}_w^T({\widehat{\mathrm{\ρ}}}_w-{\mathrm{\ρ}}_w)---\left(8\right)$

其中，用户估计位置

取为上一时刻定位位置；

为估计钟差；

为归一化处理后的用户估计位置与导航卫星间的伪距观测向量，将H_w带入式(8)中得到用户当前钟差t_u和用户定位位置(x_u，y_u，z_u)。

通过最小二乘残差法进行卫星完好性监测计算，将归一化处理后的系统矩阵H_w与伪距观测量ρ_w替代原最小二乘残差法中的观测矩阵H与伪距观测量ρ。定义伪距残差矢量为：

$\mathrm{\ω}=[1-H_w{\left(H_w^T{H}_w\right)}^{-1}{H}_w^T]{\mathrm{\ρ}}_w---\left(9\right)$

定义最小二乘残差法统计检测量为

C_SSE＝ω^Tω         (10)

故障检测判断准则为：

T_SSE为预先设定的最小二乘残差法检测门限。

下面带入具体数值对本发明进一步说明。

针对太阳活动平静期电离层情况，给出GPS II、Galileo与GLONASS组合情况下的卫星定位及监测方法，这里假定三系统均达到满星座状态(即GPSII24颗卫星、Galileo27颗、GLONASS 24颗)。具体实施步骤为：

步骤一、确定观测卫星导航系统，计算系统观测矩阵，估计各卫星电离层误差。

确定观测卫星导航系统为GPS II、Galileo与GLONASS组合系统，利用先验统计值，并根据导航卫星提供的电离层延迟改正手段，将电离层延迟估计基础值ΔS_iono-BASE设为3.1m(单频Klobucha8参数模型改正，对应GPS II)、0m(双频改正，对应Galileo)、6.2m(无改正，对应GLONASS)，假定观测时刻可见星数为23颗。

坐标原点定为近似用户位置，近似用户位置 $({\hat{x}}_u,{\hat{y}}_u,{\hat{z}}_u)=\left(\mathrm{0,0,0}\right),$ 根据接收机提供的星历数据，伪距测量值为 ${\hat{r}}_1=2.0353\×{10}^7,$ 第1号卫星位置坐标(x₁，y₁，z₁)＝(-0.5172×10⁷，0.1022×10⁷，1.9658×10⁷)，则近似用户位置指向第1号卫星位置的方向余弦 $a_{x1}=\frac{x_1-{\hat{x}}_u}{{\hat{r}}_1}=-0.2541,$ $a_{y1}=\frac{y_1-{\hat{y}}_u}{{\hat{r}}_1}=0.0502,$ $a_{z1}=\frac{z_1-{\hat{z}}_u}{{\hat{r}}_1}=0.9659;$ 近似用户位置指向第2号卫星位置的方向余弦 $a_{x2}=\frac{x_2-{\hat{x}}_u}{{\hat{r}}_2}=0.1627,$ $a_{y2}=\frac{y_2-{\hat{y}}_u}{{\hat{r}}_2}=-0.5128,$ $a_{z2}=\frac{z_2-{\hat{z}}_u}{{\hat{r}}_2}=0.8430;$ ……；近似用户位置指向最后一颗卫星位置的方向余弦为 $a_{x23}=\frac{x_{23}-{\hat{x}}_u}{{\hat{r}}_{23}}=-0.6946,$ $a_{y23}=\frac{y_{23}-{\hat{y}}_u}{{\hat{r}}_{23}}=-0.6875,$ $a_{z23}=\frac{z_{23}-{\hat{z}}_u}{{\hat{r}}_{23}}=0.2118,$ 根据上述求得的方向余弦建立观测矩阵H为：

$H={\left[\begin{array}{cccccc}-0.2541& 0.0502& 0.9659& 1& 0& 0\\ 0.1627& -0.5128& 0.8430& 1& 0& 0\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \text{\·\·\·}& \·\·\·& \·\·\·\\ -0.6946& -0.6875& 0.2118& 0& 0& 1\end{array}\right]}_{23\×6}$

查表一、表二，得到每颗卫星的电离层延迟倍率R₁、R₂，根据各系统的电离层延迟估计基础值ΔS_iono-BASE＝3.1m(单频Klobucha8参数模型改正，对应GPSII)、ΔS_iono-BASE＝0m(双频改正，对应Galileo)、ΔS_iono-BASE＝6.2m(无改正，对应GLONASS)，将每颗卫星的电离层延迟倍率R₁、R₂和各系统的电离层延迟估计基础值ΔS_iono-BASE代人公式(4)中，可以计算出系统中每颗卫星电离层误差ΔS_iono。

第1卫星属于GPSII系统，其ΔS_iono-BASE＝3.1m，因为a_y1>0，0.67<a_z1<1，所以应的电离层延迟倍率R₁、R₂分别为1、1.2，从而得到第1号卫星电离层误差：

ΔS_iono＝ΔS_ion。-BASE×R₁×R₂＝3.1×1×1.2＝3.72

同理可以计算出其他各系统中各个卫星的电离层误差ΔS_iono分别为：

4.464，4.96，……，14.88，17.856。

步骤二：根据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，计算各系统星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声。

对于步骤一中确定的观测卫星导航系统GPS II、Galileo与GLONASS，计算各系统的其他误差(包括星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声)估计值ΔS_other，根据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，获得各误差分量1σ值，星历误差ΔS_eph、星钟误差ΔS_clk、多径效应ΔS_mp和接收机热噪声ΔS_hw。将各个系统的ΔS_eph、ΔS_clk、ΔS_wp和ΔS_hw带入公式(5)，得到：

$\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{other}-\mathrm{GPS}}=\sqrt{\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{eph}-\mathrm{GPS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{clk}-\mathrm{GPS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{mp}-\mathrm{GPS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{hw}-\mathrm{GPS}}^2}=4.78$

$\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{other}-\mathrm{Galileo}}=\sqrt{\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{eph}-\mathrm{GPS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{clk}-\mathrm{GPS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{mp}-\mathrm{GPS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{hw}-\mathrm{GPS}}^2}=3.40$

$\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{other}-\mathrm{GLONASS}}=\sqrt{\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{eph}-\mathrm{GLONASS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{clk}-G\mathrm{LONASS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{mp}-G\mathrm{LONASS}}^2+\mathrm{\&Delta;}{S}_{\mathrm{hw}-\mathrm{GLONASS}}^2}=9.26$

步骤三：根据步骤一得到的各卫星电离层误差ΔS_iono和步骤二中得到的各系统星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声的估计值ΔS_other，构造系统权阵，利用系统权阵对观测矩阵H与伪距观测量ρ进行归一化处理。

将上述步骤一和步骤二中得到ΔS_iono和ΔS_other带入公式(6)，计算各导航卫星伪距测量误差的均方差σ_j，则构造新的系统权阵W为：

利用系统权阵W对系统观测矩阵H进行归一化处理，有：

$H_w=W\&times;H={\left[\begin{array}{cccccc}-0.0420& 0.0083& 0.1595& 0.1651& 0& 0\\ 0.0249& -0.0784& 0.1289& 0.1529& 0& 0\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \text{\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ -0.0345& -0.0342& 0.0105& 0& 0& 0.0497\end{array}\right]}_{23\&times;6}$

同样的，利用系统权阵W对伪距组成的向量ρ进行归一化处理，有：ρ_w＝W×ρ。

步骤四：利用归一化后的矩阵H_w与伪距观测向量ρ_w进行卫星定位与完好性监测。

利用归一化处理后得到的矩阵H_w和伪距观测向量ρ_w对一段419秒的模拟数据进行仿真定位。

通过最小二乘法进行卫星定位计算。将卫星定位上一时刻得到的用户位置

作为坐标原点(0，0，0)、

及步骤三求得的H_w、ρ_w带入式(8)，

为上一时刻的用户估计位置

与导航卫星间的伪距观测向量，计算得到用户当前钟差t_u和用户定位位置(x_u，y_u，z_u)：

t_u＝(-11.2468，-4.3212，-4.4363)^T，分别代表接收机与GPS、Galileo、GLONASS三系统间钟差；

(x_u，y_u，z_u)＝(-2.6028，2.2199，14.4075)。

本发明提供的方法进行定位的误差如图2所示。传统方法进行定位得到的定位误差如图3所示。从图中可以看出：本发明提供的方法进行定位时候的卫星定位精度明显高于传统方法对卫星进行定位的精度。利用本发明提供的方法进行定位的卫星定位误差均小于20m，在整个仿真时段内仅有4次定位误差超过15m；而用传统方法进行定位时，整个仿真时段内最大定位误差超过25m，有数十次定位误差超过15m。

对该419秒时间段内的卫星定位误差进行均方根统计，根据公式：

$\mathrm{\&sigma;}=\sqrt{E{(X-E\left(X\right))}^2}---\left(12\right)$

其中E(X)为各定位误差的平均值，得到表三中的数据：

表三：本发明与传统方法定位精度比较

 

定位方法	水平定位误差均方根值	三维定位误差(总定位误差)均方根值
			传统方法	1.7788m	5.4765m
本发明提供的方法	1.4861m	3.1807m

从水平定位误差和三维定位误差的均方根统计值均可发现，按本发明所提供的方法进行定位得到的误差均方根值小于按传统方法进行定位得到的误差均方根值，即按本发明所提供的方法进行定位结果更接近实际位置，定位精度优于按传统方法定位精度。

通过最小二乘残差法进行卫星完好性监测计算。利用归一化处理后的矩阵H_w与伪距观测向量ρ_w对本发明中所确定观测系统中的卫星状况进行完好性监测计算，监测时间间隔为60秒。假设任意时刻均有一颗卫星出现故障。将H_w、ρ_w、H、ρ带入式(9)中，计算 $\mathrm{\&omega;}=[1-H_w{\left(H_w^T{H}_w\right)}^{-1}{H}_w^T]{\mathrm{\&rho;}}_w.$ 并计算最小二乘残差法统计检测量CSSE＝ω^Tω。故障检测判断准则为：

T_SSE为预先设定的最小二乘残差法检测门限。

通过仿真可以得到，当因故障导致伪距测量偏差等于50m时，传统方法实现故障检测概率为30.33％，本发明实现故障检测概率为61.90％；当因故障导致伪距测量偏差等于100m时，传统方法实现故障检测概率为98.13％，本发明实现故障检测概率为99.79％。可见本发明所提供的方法进行完好性监测能够更准确地判断故障发生情况，有更强的完好性监测能力。

Claims (4)

1、一种适用于卫星导航系统的定位和监测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：确定观测卫星导航系统，计算系统观测矩阵H，估计各卫星电离层误差；

步骤二：依据卫星导航系统的标准定位服务性能标准，计算各子导航系统其他误差；

步骤三：根据步骤一得到的各卫星电离层误差和步骤二中得到各子导航系统的其他误差，构造系统权阵W，利用系统权阵W对观测矩阵H与伪距观测向量ρ进行归一化处理；

步骤四：利用归一化后的矩阵H_w与伪距观测向量ρ_w对系统卫星进行定位与完好性监测。

2、根据权利要求1所述的一种适用于卫星导航系统的定位和监测方法，其特征在于所述步骤一具体为：

步骤a：利用系统观测矩阵进行各可见星电离层延迟修正倍率估计；

步骤b：确定各系统电离层残差延迟基数；

步骤c：估计各可见星电离层误差。

3、根据权利要求1所述的一种适用于卫星导航系统的定位和监测方法，其特征在于：步骤二中所述的各系统其他误差为星历误差、星钟误差、多径效应和接收机热噪声。

4、根据权利要求1所述的一种适用于卫星导航系统的定位和监测方法，其特征在于所述步骤三具体为：首先计算各卫星的电离层误差与各系统其他误差的均方差，并根

据均方差构造系统权阵W；所述归一化处理所依据的公式为H_w＝W×H和ρ_w＝W×ρ。

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