CN101109805A - 一种卫星导航增强系统的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星导航增强系统的定位方法，包括步骤：用户站接收相邻参考站的信息，并确定用户站和相邻参考站的共视卫星，对用户站某一时刻卫星到用户站的伪距进行校正；利用用户站相邻的某一参考站对多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算，得到用户站差分定位的三维坐标；使用用户站与所有相邻参考站差分定位的三维坐标经加权平均计算得到最终的分布式区域增强用户定位结果。本发明针对用户与地面站距离较远时，地面站与用户的电离层和对流层延迟误差有较大差别，定位精度大大降低的缺点，在地基增强覆盖区域内，利用多个相邻的局域增强信息来提高用户的定位精度。

Description

一种卫星导航增强系统的定位方法

技术领域

本发明涉及一种卫星导航增强系统的定位方法，尤其是一种卫星导航分布式地基区域增强系统的定位方法。

背景技术

卫星导航系统，如美国全球定位系统(Golbal Position System，简称GPS)和俄罗斯全球导航卫星系统(GLObal NAvigation Satellite System，简称GLONASS)，广泛应用于国家安全以及国民经济的各个方面。对于一些应用领域来说，无增强的卫星导航在精度等方面还不能达到应用需求。

在卫星导航增强系统方面主要有广域增强、局域增强以及接收机自主增强等方式。广域增强针对较大的地理范围(如半径1000公里)，提供定位精度一般为几米的增强性能；局域增强针对较小的地理范围(如半径50公里)，提供定位精度优于一米的增强性能。因此，美国、欧盟、中国及日本等国家已经或即将建设卫星导航的广域增强系统，如美国的广域增强系统(WideArea Augmentation System，简称WAAS)及欧盟的欧洲静地星导航重叠服务(European Geostationary Navigation Overlay Service，简称EGNOS)，能够较大程度提高导航性能，但对于一些特殊的导航应用来说，如铁路导航、内河导航及沿海港口导航等，其覆盖的地理范围大于局域增强系统，应用的性能要求又高于广域增强系统，因此广域增强系统与局域增强系统都无法满足，其性能还有一定的差距。如美国的WAAS系统，水平精度一般为5-10米，垂直为5-20米，在火车导航自动驾驶、防撞及内河航道导航等方面还不能完全满足要求。同时，对于地理覆盖范围较小的卫星导航应用，美国等国家建设了局域增强系统，可覆盖半径50公里左右的区域，精度可以达到1米以下，较大增强了局域的卫星导航性能。

对于特殊的应用领域，如内河航道的船舶导航，沿海港口及其附近的精确导航，铁路交通的导航服务及自动驾驶，集装箱精确定位，精准农业等，既要达到1-2米的导航精度，覆盖的区域又远远大于局域范围，还需要一种高性能的卫星导航区域增强系统。

美国现有代表性的四种高性能卫星导航区域增强系统分别为：

(1)独立的地基增强系统(Ground Based Augmentation System，简称GBAS)

该系统应用大量独立的GBAS站，增加数据播发系统的功率以提供较大的覆盖范围。这些独立的站建立了一系列的覆盖小区，当用户端需要导航数据时，需选择能提供最好覆盖和服务的小区(小区覆盖区域可能重叠)。该方案的好处是不需要建立连接各GBAS站庞大昂贵的地面传输网络，同时单个站的失效只影响其本身的覆盖区域，对其他区域无影响。此方案的不利之处在于需要大量的冗余GBAS站。

(2)网络化的GBAS地面站系统

该系统利用网络将所有GBAS站连接成一个系统，本地GBAS站提供对当地的增强服务，同时将校正和状态信息传送到网络监视节点。监视节点维护整个区域增强性能数据，并指示哪些区域目前能够达到系统要求的性能指标。

(3)重新播发基于卫星增强系统(Space Based Augmentation System，简称SBAS)

该系统的本地站监视导航卫星和SBAS卫星，从SBAS卫星处获取增强数据并且将其转换成GBAS格式播发出去。本地站的设备可以非常简单，只包含一两个参考接收机，同时本地站会监视SBAS数据的完好性。

(4)广域网络推导出本地校正信息的系统

该系统并不是每个GBAS站监测所有的导航校正需要的信息，通过网络将信息共享即可，因此可以简化大量GBAS站结构。可以通过SBAS或GBAS格式将校正等信息传送给用户。

澳大利亚的地基区域增强系统(Ground-based Regional AugmentationSystem，简称GRAS)与SBAS类似采用分布式网络通过各地的参考站来监视GPS系统，在各个参考站对SBAS信息进行本地检查和重新的格式化，以转换成GBAS形式的校正和完好性数据，通过甚高频(Very High Frequency，简称VHF)数据链路采用时分多址(Time Division Multiple Access，简称TDMA)共享方式发送出去。GRAS方式相对于SBAS方式来说可以减少费用，加快系统实施进度，同时对于具体国家来说具有完全的自主权。

上述地基区域增强系统可以分为两类，一种为各个地面站增强系统相互独立，用户来选择使用哪个局域增强地面站的信息，对于局域增强来说，当用户与地面站的距离增加时，定位误差相应增加，超过一定距离将不满足系统要求；另外一种为系统将所有地面站的信息综合，将定位误差项按照种类分开，对于其中起重要作用的电离层误差采用基于地理位置的格形化标示方法，这种方法与美国的星基WAAS增强系统类似，可以解决大的地理覆盖范围的卫星导航增强，但定位精度不高。

解决上述区域增强定位精度的问题，可以从局域增强定位误差的原因进行分析。对于局域增强卫星导航来说，当用户与地面站距离较近时，导航卫星定位信号到达地面站和用户的路径比较接近，定位的主要误差电离层和对流层延迟误差基本一样，因此局域增强可以获得较好的定位精度；当用户与地面站距离较远时，地面站与用户的电离层和对流层延迟误差有较大差别，定位精度大大降低。因此，在地基增强覆盖区域内，可以考虑利用相邻的局域增强信息来提高用户的定位精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中用户与地面站的距离增加定位误差增大的问题，提供一种卫星导航增强系统的定位方法，该方法可以提高定位精度，同时提高系统的健壮性和覆盖效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星导航增强系统的定位方法，特别是一种卫星导航分布式地基区域增强系统的定位方法，包括步骤：

步骤1：用户站接收相邻参考站的信息，并确定用户站和相邻参考站的共视卫星，对用户站某一时刻卫星到用户站的伪距进行校正；

步骤2：对多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算，得到用户站差分定位的三维坐标；

步骤3：使用所述用户站与所有相邻参考站差分定位得到的用户站三维坐标经加权平均计算得到最终的分布式区域增强用户定位结果。

其中，所述步骤1具体为：

步骤101：用户站接收所述相邻参考站的信息为相邻参考站的伪距校正值及参考站的三维坐标；

步骤102：由卫星到参考站连线与卫星到用户连线的夹角∠j的余弦和所述参考站的伪距校正值相乘可得到用户站的伪距校正值；

步骤103：利用所述用户站的伪距校正值对用户站的伪距进行校正。

在上述技术方案中，所述步骤2具体为：

步骤201：对于用户站和相邻参考站的共视卫星，对所述多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算；

步骤202：根据对所述用户站校正后的伪距定位解算可以得到用户的三维坐标，该坐标即为利用此参考站差分后得到的用户定位结果。

在上述技术方案中，对所述多颗卫星到用户站校正后的伪距使用最小二乘方进行定位解算。

在上述技术方案中，所述步骤3具体为：

步骤301：根据参考站定位域定位误差协方差函数获得参考站定位误差与等效距离误差之间的误差关系系数矩阵；

步骤302：用户周围有n个参考站，利用每个参考站得到的所述用户定位结果和所述参考站定位误差与所述等效距离误差之间的误差关系系数矩阵作加权平均，得到最终的分布式区域增强用户定位结果。

所述的参考站定位误差与所述等效距离误差之间的误差关系系数矩阵为一四阶矩阵，所述系数矩阵体现参考站定位误差与等效距离误差四个未知量之间的误差关系。

本发明采用分布式地基区域增强系统的定位方法可以部分克服导航精度随着用户与参考站距离的增加而降低的现象。用户位于区域增强覆盖范围内时，可以利用本地及相邻局域增强子系统的数据来获得更好的导航性能。

当某个本地差分系统出现故障时，使用相邻的差分系统获得本地的增强信息，提高系统的健壮性。本发明采用分布式地基区域增强系统定位方法利用用户站邻近的参考站伪距校正值来提供差分信息，当邻近的参考站有一个或若干个出现故障不能提供伪距校正值时，用户站依然可以使用其它正常的参考站进行区域增强定位，因此提高了系统的健壮性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例1的流程图；

图2为本发明原理示意图；

图3为本发明具体实施例2的流程图；

图4为本发明具体实施例3的流程图。

具体实施方式

图1为本发明一种卫星导航增强系统的定位方法具体实施例1的流程图，如图1所示，该实施例包括以下步骤：

步骤1：用户站U接收相邻参考站R_j的信息，并确定用户站U和相邻参考站R_j的共视卫星S_i，对用户站U某一时刻t_k卫星S_i到用户站U的伪距P_CU进行校正；

步骤2：对多颗卫星到用户站U校正后的伪距进行定位解算，得到用户站差分定位的三维坐标(x_j，y_j，z_j)；

步骤3：使用所述用户站与所有相邻参考站差分定位得到的用户站三维坐标(x_j，y_j，z_j)经加权平均计算后得到最终的分布式区域增强用户定位结果。

在上述技术方案中，步骤1用户站U接收所述相邻参考站R_j的信息为相邻参考站R_j的伪距校正值Δρ_R(t_k，S_i，R_j)及参考站R_j的三维坐标，由卫星S_i到参考站R_j连线与卫星S_i到用户U连线的夹角∠j的余弦和所述参考站的伪距校正值Δρ_R(t_k，S_i，R_j)相乘可得到用户站的伪距校正值Δρ_U(t_k，S_i，U)，利用所述用户站的伪距校正值Δρ_U(t_k，S_i，U)对用户站的伪距P_CU(t_k，S_i，U)进行校正，本发明对用户站U校正后的伪距定义为：

ρ_corr＝P_CU(t_k，S_i，U)+Δρ_U(t_k，S_i，U)

在步骤2中，对于用户站U和相邻参考站R_j的共视卫星S_i，使用最小二乘方对所述多颗卫星(4颗以上卫星)到用户站U校正后的伪距ρ_corr进行定位解算，可以得到用户的三维坐标，该坐标即为利用参考站R_j差分后得到的用户定位结果(x_j，y_j，z_j)。

在步骤3中，最终的分布式区域增强用户定位结果的实现方式为：

步骤301：根据参考站R_j定位域定位误差协方差函数获得参考站定位误差与等效距离误差之间的误差关系系数矩阵；

步骤302：用户周围有n个参考站，利用每个参考站R_j得到的所述用户定位结果(x_j，y_j，z_j)利用所述参考站定位误差与所述等效距离误差之间的误差关系系数矩阵作加权平均，得到最终的分布式区域增强用户定位结果。实现所述技术方案的计算式为：

$x=(x_1\·C_{11}^1+x_2\·C_{11}^2+\·\·\·+x_n\·C_{11}^n)/(C_{11}^1+C_{11}^2+\·\·\·C_{11}^n)$

$y=(y_1\·C_{22}^1+y_2\·C_{22}^2+\·\·\·+y_n\·C_{22}^n)/(C_{22}^1+C_{22}^2+\·\·\·C_{22}^n)$

$z=(z_1\·C_{33}^1+z_2\·C_{33}^2+\·\·\·+z_n\·C_{33}^n)/(C_{33}^1+C_{33}^2+\·\·\·C_{33}^n)$

式中，x，y，z表示为最终的分布式区域增强用户定位结果，x₁...x_n，y₁...y_n，z₁...z_n表示利用n个参考站得到的用户定位结果，C¹ ₁₁...Cⁿ ₃₃表示利用该参考站的定位误差与所述等效距离误差之间的误差关系系数矩阵的元素。

本发明涉及的分布式区域增强系统定位方法通过对利用多个参考站得到的用户定位结果的加权平均，可以部分消参考站接收机的噪声。

图2为本发明分布式地基区域增强定位方法的原理示意图，如图2所示，本发明实现过程中基于的原理具体如下：

地基区域卫星导航增强系统由多个相邻的本地差分参考站组成，用户进行差分定位时利用相邻的差分参考站的伪距修正信息，按照相应的算法获得用户站的伪距校正值，用户利用此伪距校正值进行差分定位。参考站和用户站的伪距测量采用载波相位平滑伪距算法，以参考站为例进行说明，具体方法如下：

设参考站到第i个全球导航卫星系统(GNSS)导航卫星的伪距和相位观测方程为：

${\mathrm{\ρ}}^i=R_R^i+\mathrm{Cd\τ}+v_1$ 公式(1)

公式(2)

式中，ρⁱ为参考站到卫星的伪距；dτ为钟差；ⁱ为观测的相位小数；Nⁱ为整周相位模糊度；λ为波长；R_R为参考站至卫星的真实距离，其中包括参考站的三维坐标；v₁，v₂为接收机测量噪声。

公式(2)中包含着相位模糊度N。由于N的求解是相当困难的，因此采用历元间的相位变化量来平滑伪距。

我们取t₁，t₂两时刻的相位观测量之差：

$=R_R^i\left(t_2\right)-R_R^i\left(t_1\right)+\mathrm{Cd\τ}\left(t_2\right)-\mathrm{Cd\τ}\left(t_1\right)+v_2^{\′}$ 公式(3)

公式(3)中整周模糊度被消除了。若基准站与用户站相距不太远，GPS相位测量的噪声电平为毫米量级，所以相对伪距观测而言，可视v₂′≈0。

此时，在t₂时刻的伪距观测量为：

${\mathrm{\ρ}}^i\left(t_2\right)=R_R^i\left(t_2\right)+\mathrm{Cd\τ}\left(t_2\right)+v_1$ 公式(4)

将公式(3)代入公式(4)中，得：

${\mathrm{\ρ}}^i\left(t_2\right)=R_R^i\left(t_1\right)+\mathrm{Cd\τ}\left(t_1\right)+{\mathrm{\δ\ρ}}^i(t_1,t_2)+v_1$ 公式(5)

考虑到差分伪距观测量的噪声呈高斯白噪声，均值为零，则根据公式(5)可由t₂时刻差分伪距观测量经相位变化量回推t₁时刻的差分伪距观测量：

ρⁱ(t₁)＝ρⁱ(t₂)-δρⁱ(t₁，t₂)    公式(6)

由公式(6)看出，可由不同时段的相位差回推求出t₁时刻的伪距值。假定有k个历元的观测值ρⁱ(t₁)，ρⁱ(t₂)，...，ρⁱ(t_k)，利用相位观测量可求出从t₁到t_k的相位差：δρⁱ(t₁，t₂)，δρⁱ(t₁，t₃)，...，δρⁱ(t₁，t_k)。利用上述两个差可求出t₁时刻k个伪距观测量：

$\left.\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)={\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)\\ {\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)={\mathrm{\ρ}}^i\left(t_2\right)-{\mathrm{\δ\ρ}}^i(t_1,t_2)\\ ...\\ {\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)={\mathrm{\ρ}}^i\left(t_k\right)-{\mathrm{\δ\ρ}}^i(t_1,t_k)\end{array}\right\}$ 公式(7)

对所有推出值取平均，得到t₁时刻伪距平均值：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)}=\frac{1}{k}\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)$ 公式(8)

公式(8)为相位平滑伪距观测量，大大减小了噪声电平。每时刻的噪声都服从于以上假设的分布，且其方差记为σ²(ρ)，则差分伪距平滑值的误差方差为： ${\mathrm{\σ}}^2\left(\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}\right)=\frac{1}{k}{\mathrm{\σ}}^2\left(\mathrm{\ρ}\right).$

求出t₁时刻的平滑值后，可推得其它各时刻的平均值：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_k\right)}=\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)}+{\mathrm{\δ\ρ}}^i(t_1,t_k),(k=\mathrm{2,3},...k)$ 公式(9)

设起始条件为 $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right)}={\mathrm{\ρ}}^i\left(t_1\right),$ 则可推得：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_k\right)}=\frac{1}{k}{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_k\right)+\frac{k-1}{k}[\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_{k-1}\right)}+{\mathrm{\δ\ρ}}^i(t_{k-1},t_k)]$ 公式(10)

公式(10)为本发明使用的载波相位平滑伪距计算公式。

t_k时刻接收机与第i个卫星载波相位平滑后的伪距用P(t_k，S_i)表示，则有 $P(t_k,S_i)=\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^i\left(t_k\right)}.$

获得参考站到卫星的伪距后，我们就可以计算伪距改正数。利用接收到的导航电文，计算出卫星S_i在某一时刻t_k的瞬间位置(X_s，Y_s，Z_s)，由于参考站j的坐标精确已知(X_r，Y_r，Z_r)，这样，利用卫星和参考站的坐标就可以计算出卫星到参考站的真实距离为：

${\mathrm{\ρ}}_R(t_k,S_i,R_j)=\sqrt{{(X_s^i-X_r)}^2+{(Y_s^i-Y_r)}^2+{(Z_s^i-Z_r)}^2}$ 公式(11)

由于轨道误差、电离层折射和对流层折射等影响，基准站GPS接收机直接测量的伪距存在有误差，与真实距离不同。两者之间的差值就是伪距改正数：

Δρ_R(t_k，S_i，R_j)＝ρ_R(t_k，S_i，R_j)-P(t_k，S_i，R_j)    公式(12)

式中，P(t_k，S_i，R_j)为t_k时刻卫星S_i与参考站R_j之间载波相位伪距平滑算法得到的伪距值。

如图2所示，用户周围有n个参考站，设卫星S_i到参考站R_j的伪距校正值为Δρ_R(t_k，S_i，R_j)，卫星S_i到参考站R_j连线与卫星到用户连线的夹角为∠j，则用户的伪距校正值：

Δρ_U＝Δρ_R×cos∠j    公式(13)

式中，Δρ_U表示用户站的伪距校正值，Δρ_R表示参考站R_j的伪距校正值。

则用户校正后伪距为：

ρ_corr＝P_CU+Δρ_U    公式(14)

式中，ρ_corr表示用户校正后伪距，P_CU表示卫星到用户站的经过平滑和修正的伪距。

利用上述公式，获得4颗卫星以上的用户改正后伪距就可以解算出用户的三维坐标，该坐标即为参考站R_j差分后的定位结果，记为(x_j，y_j，z_j)。

参考站R_j定位域定位误差协方差函数为：

$\mathrm{cov}\left({\mathrm{dx}}_j\right)=E\left[{\mathrm{dx}}_j{\mathrm{dx}}_j^T\right]={\left(H_j^T{H}_j\right)}^{-1}\·{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{UERE}}^2\left(j\right)$ 公式(15)

式中，dx_j表示参考站定位域定位误差，(H^T _jH_j)^-1表示用户站三维坐标与用户时钟之间的误差关系系数矩阵，σ_UERE ²(j)表示用户等效距离误差。

设有下式成立：

${\left(H_j^T{H}_j\right)}^{-1}=\left[\begin{array}{cccc}{C}_{11}^j& C_{12}^j& C_{13}^j& C_{14}^j\\ C_{21}^j& C_{22}^j& C_{23}^j& C_{24}^j\\ C_{31}^j& C_{32}^j& C_{33}^j& C_{34}^j\\ C_{41}^J& C_{42}^j& C_{43}^j& C_{44}^j\end{array}\right]$ 公式(16)

用户周围有n个参考站，利用参考站R_j得到的用户定位结果为(x_j，y_j，z_j)，将该结果针对所述参考站定位误差与所述等效距离误差之间的误差关系系数矩阵作加权平均，得到最终的分布式区域增强用户定位结果则最终的分布式区域增强用户定位结果。

图3为本发明一种卫星导航增强系统的定位方法具体实施例2的流程图，该实施例在上述实施例的步骤1之前，为实现参考站R_j伪距校正值Δρ_R(t_k，S_i，R_j)的获取，加入了如下步骤：

步骤A1：参考站R_j接收机从导航电文中提取数据信息，包括卫星星历、卫星时钟改正、电离层时延等参数；

步骤A2：由步骤A1所述参数可得到t_k时刻卫星S_i到参考站R_j的测码伪距P_R(t_k，S_i，R_j)；

步骤A3：参考站R_j接收机获得t_k时刻卫星载波信号的相位，所述步骤A3与步骤A1、步骤A2是无序的；

步骤A4：利用所述载波信号的相位与载波相位平滑伪距计算公式对步骤2所述的测码伪距P_R(t_k，S_i，R_j)进行平滑；

步骤A5：对平滑后的伪距进行修正，包括卫星钟差、电离层时延、对流层时延，修正后的测码伪距记为P_CR(t_k，S_i，R_j)。其中，卫星钟差使用所述导航电文中的参数进行修正，电离层时延使用导航电文中的时延参数进行修正，对流层时延使用Hopfield模型进行修正；

步骤A6：利用已知的参考站R_j三维坐标和卫星星历计算出参考站R_j到卫星S_i的真实距离，记为ρ_R(t_k，S_i，R_j)，通过参考站R_j到卫星S_i的真实距离ρ_R(t_k，S_i，R_j)与平滑、修正后的测码伪距P_CR(t_k，S_i，R_j)作差得到参考站R_j的伪距校正值Δρ_R(t_k，S_i，R_j)。

所述步骤A6之后，将参考站的伪距校正值Δρ_R(t_k，S_i，R_j)及参考站三维坐标发送给用户。

图4为本发明一种卫星导航增强系统的定位方法具体实施例3的流程图，该实施例在所述实施例1步骤1的基础上，为实现用户站U伪距校正值Δρ_U(t_k，S_i，U)和用户站U经平滑、修正后的测码伪距P_CU(t_k，S_i，U)的获取，其具体步骤如下：

步骤11：用户站U接收机从导航电文中提取数据信息，包括卫星星历、卫星时钟改正、电离层时延等参数；

步骤12：利用步骤11所述参数可获得t_k时刻卫星S_i到用户站U的测码伪距P_U(t_k，S_i，U)；

步骤13：用户站U接收机获得t_k时刻卫星载波信号的相位，所述步骤13与步骤11、步骤12是无序的；

步骤14：对所述用户站U测码伪距P_U(t_k，S_i，U)利用载波相位进行平滑；

步骤15：对平滑后的伪距进行修正，包括卫星钟差、电离层时延、对流层时延，记为P_CU(t_k，S_i，U)。其中卫星钟差使用导航电文中的参数进行修正，电离层时延使用导航电文中的时延参数进行修正，对流层时延使用Hopfield模型进行修正；

步骤16：用户接收相邻参考站R_j的伪距校正值Δρ_R(t_k，S_i，R_j)及参考站的三维坐标；并由相邻参考站R_j的伪距校正值Δρ_R(t_k，S_i，R_j)和卫星S_i到参考站R_j连线与卫星S_i到用户U连线的夹角∠j的余弦值相乘，经计算得到用户站U伪距校正值Δρ_U(t_k，S_i，U)；

步骤17：利用用户站U伪距校正值Δρ_U(t_k，S_i，U)对用户站U某一时刻t_k卫星S_i到用户站U的修正后伪距P_CU(t_k，S_i，U)进行校正。

在上述各实施例中，地基区域卫星导航增强系统由多个相邻的本地差分参考站组成，用户进行差分定位时利用相邻的差分参考站的伪距校正值，按照相应的算法获得用户站的伪距校正值，用户利用此伪距校正值进行差分定位。

本发明具有以下优点和积极效果：

对于单个的局域增强系统来说，采用常规的伪距修正算法时，导航精度会随着用户与参考站距离的增加而降低，因此采用分布式区域增强系统的定位方法可以部分克服此现象。用户位于区域增强覆盖范围内时，可以利用本地及相邻局域增强子系统的数据来获得更好的导航性能。

分布式区域增强系统定位方法通过多个参考站的伪距修正，可以减少参考站的接收机噪声。对于单个本地差分系统来说，通过伪距差分可以校正参考站和用户站定位误差中的公共项，如电离层误差、对流层误差以及卫星星历误差。对于接收机噪声来讲，由于用户站和参考站之间接收机噪声不具有相关性，因此不能通过伪距差分校正。分布式区域增强系统定位方法通过对多个参考站伪距修正值的加权平均，可以部分消除参考站接收机的噪声。

当某个本地差分系统出现故障时，使用相邻的差分系统获得本地的增强信息，提高系统的健壮性。分布式区域增强系统定位方法利用用户站邻近的参考站伪距修正值来提供差分信息，当邻近的参考站有一个或若干个出现故障不能提供伪距修正值时，用户站依然可以使用其它正常的参考站进行区域增强定位，因此提高了系统的健壮性。

对于系统内每个差分参考站来说，通过利用分布式区域增强系统定位方法可以扩大每个差分参考站的覆盖范围，在相同定位精度下，每个参考站覆盖半径可以扩大30％-50％，增加了系统的覆盖效率，减少系统建设费用。

采用载波相位平滑伪距算法可以减少用户端以及参考站的伪距测量噪声。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：用户站接收相邻参考站的信息，并确定用户站和相邻参考站的共视卫星，对用户站某一时刻卫星到用户站的伪距进行校正；

步骤2：对多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算，得到用户站差分定位的三维坐标；

步骤3：使用所述用户站与所有相邻参考站差分定位得到的用户站三维坐标经加权平均计算得到最终的分布式区域增强用户定位结果。

2.根据权利要求1所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

步骤101：用户站接收所述相邻参考站的信息为相邻参考站的伪距校正值及参考站的三维坐标；

步骤102：由卫星到参考站连线与卫星到用户连线的夹角∠j和所述参考站的伪距校正值计算可得到用户站的伪距校正值；

步骤103：利用所述用户站的伪距校正值对用户站的伪距进行校正。

3.根据权利要求2所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，所述步骤101相邻参考站的伪距由参考站到导航卫星的伪距和相位观测方程得到，所述参考站到导航卫星的伪距和相位观测方程为：

${\mathrm{\ρ}}^i=R_R^i+\mathrm{Cd\τ}+v_1$

式中，ρⁱ表示参考站到卫星的伪距；dτ表示钟差；ⁱ表示观测的相位小数；Nⁱ表示整周相位模糊度；λ表示波长；R_R表示参考站至卫星的真实距离，其中包括参考站的三维坐标；v₁，v₂表示接收机测量噪声。

4.根据权利要求2所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，所述步骤102中所述用户站的伪距校正值可由下面公式得到：

Δρ_U＝Δρ_R×cos∠j

式中，Δρ_U表示用户站的伪距校正值，Δρ_R表示参考站的伪距校正值，cos∠j表示卫星到参考站连线与卫星到用户连线的夹角∠j的余弦。

5.根据权利要求1所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤201：对于用户站和相邻参考站的共视卫星，对所述多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算；

步骤202：根据对所述用户站校正后的伪距定位解算可以得到用户的三维坐标，该坐标即为利用此参考站差分后得到的用户定位结果。

6.根据权利要求5所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于所述步骤201中，对于所述用户站和相邻参考站的共视卫星，使用最小二乘方对所述多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算。

7.根据权利要求5所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于所述步骤201中包括获得四颗以上的卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算，可以解算出用户的三维坐标。

8.根据权利要求1所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

步骤301：根据参考站定位域定位误差协方差函数获得参考站定位误差与等效距离误差之间的误差关系系数矩阵；

步骤302：用户周围有n个参考站，利用每个参考站得到的所述用户定位结果和所述参考站定位误差与所述等效距离误差之间的误差关系系数矩阵作加权平均，得到最终的分布式区域增强用户定位结果。

9.根据权利要求8所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，所述参考站定位误差与所述等效距离误差之间的误差关系系数矩阵为一四阶矩阵，所述系数矩阵体现参考站定位误差与所述等效距离误差四个未知量之间的误差关系。

10.根据权利要求8所述的卫星导航增强系统的定位方法，其特征在于，所述最终的分布式区域增强用户定位结果由下式得到：

$x=(x_1\·C_{11}^1+x_2\·C_{11}^2+\·\·\·+x_n\·C_{11}^n)/(C_{11}^1+C_{11}^2+\·\·\·C_{11}^n)$

$y=(y_1\·C_{22}^1+y_2\·C_{22}^2+\·\·\·+y_n\·C_{22}^n)/(C_{22}^1+C_{22}^2+\·\·\·C_{22}^n)$

$z=(z_1\·C_{33}^1+z_2\·C_{33}^2+\·\·\·+z_n\·C_{33}^n)/(C_{33}^1+C_{33}^2+\·\·\·C_{33}^n)$

式中，x，y，z表示为最终的分布式区域增强用户定位结果，x₁...x_n，y₁...y_n，z₁...z_n表示利用n个参考站得到的用户定位结果，C¹ ₁₁...Cⁿ ₃₃表示参考站定位误差与等效距离误差之间的误差关系系数矩阵的元素。

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