CN106950585A - 基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法及系统 - Google Patents
基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法及系统，其方法包括：利用卫星的伪距观测量建立三颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；基于高度信息建立高程信息约束方程；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、以及高程信息约束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取导航仪的地心坐标。在本发明实施例中，基于MEMS压力传感器与数字罗盘的协同增强定位方法把MEMS压力传感器、数字罗盘与卫星导航模型结合起来，使只观测到3颗卫星的情况也能完成卫星定位求解。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法及系统。
背景技术
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(Position Velocity and Time，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。
MEMS作为新一代惯性导航进展方式，成本低，能耗小，微型化。随着MEMS传感器的设计和制造工艺的进步，MEMS压力传感器被广泛用于医疗、汽车和消费电子等应用领域，最近几年MEMS压力传感器的性能不断提高，成本降低，尺寸减小，人们开始使用MEMS压力传感器模组来实现定位。
现在市场上MEMS系统作为新一代惯性导航进展方式，成本低，能耗小，微型化，相对于传统的惯性导航来说更加实用。MEMS压力传感器可以计算出带有一定精度的高程维信息，而数字罗盘也能为用户提供准确的方位信息，增加定位的可靠性。然而MEMS压力传感器只是作为一种量测高度的设备，数字罗盘也是单纯为用户提供平面方位的信息，都没有与卫星定位进行紧密的耦合。
发明内容
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，本发明提供一种基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法及系统，利用MEMS压力传感器和数字罗盘与三颗卫星的结合，可以实现卫星定位有效的补充。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种基于压力传感器和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三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，建立三颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；
基于MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息，并基于高度信息建立高程信息约束方程；
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、以及高程信息约束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三颗时，启动MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息，以及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。
所述基于MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息还包括：
对所述高度信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取高度信息或者停止基于所述高度信息建立高程信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，基于所述高度信息建立高程信息约束方程。
所述获取导航仪的地心坐标还包括：
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，本发明还提供了一种基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统，包括：
星历模块，用于获取三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三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；
MEMS压力传感器，用于获取基于大地坐标下的高度信息；
高程信息约束模块，用于基于高度信息建立高程信息约束方程；
定位求解模块，用于基于伪距观测方程、以及高程信息约束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三颗时，触发数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息，以及触发MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息。
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。
所述系统还包括：
高度信息质量分析模块，用于对所述高度信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取高度信息或者停止高程信息约束模块基于所述高度信息建立高程信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，高程信息约束模块基于所述高度信息建立高程信息约束方程。
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，本发明的有益效果包括：
基于MEMS压力传感器与数字罗盘的协同增强定位方法把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，在卫星信号被挡的情况或者仅能获取3颗卫星的情况下，利用MEMS压力传感器感受垂直方向气压的变化，利用数字罗盘为用户提供平面方位的信息，结合卫星信号，使只观测到3颗卫星的情况也能完成卫星定位求解；
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3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。本发明把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3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发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例中的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方流程图；
图2是本发明实施例中的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统结构示意图；
图3是本发明实施例中的定位求解模块结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所涉及的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法，其主要通过如下方式实现：导航仪利用卫星广播的星历获取三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,建立三颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；基于MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息，并基于高度信息建立高程信息约束方程；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、以及高程信息约束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。
具体的，图1示出了本发明实施例中的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方流程图，包括如下步骤：
S101、导航仪接收卫星信号；
在完整实施情况下，导航仪可携带有MEMS压力传感器来协同定位，该协同定位一般是在导航仪搜到的卫星数量为4时才开始启动。
S102、基于卫星信号判断卫星数量；
S103、是否大于3，若大于3则进入到S107，若等于3则进入到S104至S106步骤中；
需要说明的是，本发明实施例中可以实现三颗卫星与MEMS压力传感器间的协同定位功能，只需要满足三颗卫星数量就可以实现，若搜索过程中，存在3颗以上的卫星，也可以只需要取3个卫星数量的信号来基于MEMS压力传感器实现协同定位。这里为了实现原有情况下，一般在搜索到大于4颗卫星的情况下，还是参照原有的卫星定位来实现，即通过建立多个卫星相对应的伪距观测方程来实现最终卫星导航定位结果的输出，在搜索为4颗时，可以参照本发明中基于MEMS压力传感器或者数字罗盘来协同四颗卫星来实现导航定位，具体可参阅本公司其他专利文献，这里不再赘述。
具体实施过程中，可以通过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三颗时，启动MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息，以及启动数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息。
S104、基于3颗卫星数量建立伪距观测方程；
当导航仪搜索到3颗卫星数的时候，首先利用卫星广播的星历，计算出第i颗卫星的准确位置坐标(Xi，Yi，Zi)，这里i≤3；接着利用卫星的伪距观测量ρ建立观测方程如下式(2)。因为接收机存在钟差，因而把接收机钟差作为未知参数与接收机位置坐标(X，Y，Z)一起求解。
其中，i≤3，(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。
根据地心坐标和大地坐标的线性转换关系来建立，假定ρ已经经过对流层、电离层和卫星时钟改正，利用接收机近似坐标(X0，Y0，Z0)转换为大地坐标(B0，L0，H0)，四颗卫星的观测方程经线性化后，可以得到以下矩阵方程：
其中，A为伪距观测方程系数矩阵，K1为常数矩阵，通过观测方程的线性化可得；δB、δL、δH是接收机近似大地坐标(B0，L0，H0)的改正数，得到接收机位置坐标(B，L，H)＝(B0+δB，L0+δL，H0+δH)；tr为接收机钟差。
S105、基于数字罗盘获取平面方位信息，基于平面方位信息建立平面信息约束方程；
运用数字罗盘提取平面方位信息，即大地方位角α。
具体实施过程中，还涉及到对平面方位信息进行质量分析，判断该平面方位信息是否达标，若质量分析不达标，则继续获取平面方位信息或者停止基于平面方位信息建立平面信息约束方程；只有在判断质量分析达标以后，才基于该平面方位信息建立平面信息约束方程。
应用大地方位角α与待求解坐标的大地经纬度B、L间的关系建立平面信息约束方程(4)如下：
其中：D为平面信息约束条件方程对应的系数矩阵，K3为常数矩阵，其他变量关系与(3)中相同。
S106、基于MEMS压力传感器获取基于高度信息，并基于高度信息建立高程信息约束方程；
需要说明的是，具体实施过程中，还涉及到对高度信息进行质量分析，判断该质量分析是否达标，若质量分析不达标，则继续获取高度信息或者停止基于高度信息建立高程信息约束方程；只有在判断质量分析达标以后，才基于该高度信息建立高程信息约束方程。
GNSS卫星定位的实质是根据接收机与其所观测到的卫星之间的距离和所观测卫星的空间位置来求取接收机的空间位置。因为MEMS压力传感器测出的高度为大约一米的分辨精度，而利用伪距测量的定位方法精度同样为米级或亚米级，如果利用载波相位测量定位方法，则可以达到厘米级的精度，本技术方案阐述MEMS压力传感器与伪距测量协同定位方法的原理。
利用MEMS压力传感器提取高度。MEMS压力传感器在导航仪中，可以根据大气压与海拔高度的关系公式，计算海拔高度，为卫星定位求解提供一个高精度的高度信息。大气压与海拔高度的一般关系公式可以表示为：
P＝P0*(1-Altitude/44330)^5.255 (5)
其中P0是标准大气压，等于1013.25mbar；Altitude是以米为单位的海拔高度。P是在某一高度的以mbar为单位的气压，P可通过导航仪如智能手机中的数字气压计读取相关数据。
在基于MEMS压力传感器获得高度H之后，形成高程信息约束方程(7)：
C*δH+K2＝0(对应的权阵为P2) (6)
具体实施过程中，步骤S104至S106可以是同时完成的，也可以有先后顺序来触发完成的，比如同时启动S104、S105和S106，或者先启动S104、再进行S105、最后进行S106，或者先启动S104、再进行S106，最后进行S105。
在完成S104至S106步骤之后，可以对S104中式(3)、S105中式(4)和S106中式(6)合并成以下约束关系式(7)：
其中：A、C、D分别为伪距观测方程、高程信息约束条件方程、平面信息约束条件方程对应的系数矩阵，K1、K2、K3分别为对应的常数矩阵；δB、δL、δH是接收机近似大地坐标(B0，L0，H0)的改正数，得到接收机位置坐标(B，L，H)＝(B0+δB，L0+δL，H0+δH)；tr为接收机钟差。
该式(7)即为导航仪当前的大地坐标求解模型，从而可以实现导航仪的大地坐标求解，即后续可以通过卡尔曼滤波即可得出导航定位PVT解，即直接进入S108实现。
S107、其他方式建立求解模型；
需要说明的是，该卫星数量达到3颗以上时，比如5颗卫星时，至少可以建立5个相关的伪距观测方程，因此其可以求解出相应的四个未知数，不需要借助于数字罗盘和MEMS压力传感器来实现协同定位功能；若卫星数量为4颗时，可以基于数字罗盘或者MEMS压力传感器来实现协同定位，不需要借助于数字罗盘和MEMS压力传感器来实现协同定位，具体可参阅本公司相关专利说明。
S108、卡尔曼滤波求解；
S109、PVT解算，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；
S110、导航定位质量分析，若质量分析不合格，则进入到S103，若质量合格则进入到S111；
S111、输出导航结果。
步骤S108至S111中传统卫星定位实现解算的原理过程，在基于数字罗盘实现过程中，首先基于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。而传统的方式基于多个伪距观测方程来直接求得地心坐标。
基于步骤S104至S106所形成的伪距观测方程、以及高程信息约束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，接着耦合到卡尔曼滤波即可求出导航定位在大地坐标系下的PVT解,并通过地心坐标与大地坐标的转换关系,获得导航仪的地心坐标。同样，求解出导航仪的位置坐标后，可以进行质量分析。当质量分析不合格时可以重新运用上述数学模型再次求解，直到质量分析合格之后输出定位结果。所以在只观测3颗卫星的情况下运用本方法也可以得到理想的导航定位结果。
相应的，图2示出了本发明实施例中的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统结构示意图，该系统一般位于卫星导航仪器或者具有导航功能的设备上，该系统包括：
星历模块，用于获取三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三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；
MEMS压力传感器，用于获取基于大地坐标下的高度信息；
高程信息约束模块，用于基于高度信息建立高程信息约束方程；
定位求解模块，用于基于伪距观测方程、以及高程信息约束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，并通过地心坐标与大地坐标间的转换关系得到导航仪的地心坐标。
具体实施过程中，该系统还可以包括：
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三颗时，触发数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息，以及触发MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息。
具体实施过程中，该系统还可以包括：
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。
具体实施过程中，该系统还可以包括：
高度信息质量分析模块，用于对所述高度信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取高度信息或者停止高程信息约束模块基于所述高度信息建立高程信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，高程信息约束模块基于所述高度信息建立高程信息约束方程。
相应的，图3示出了定位求解模块结构示意图，该定位求解模块包括：
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，并通过地心坐标与大地坐标间的转换关系得到导航仪的地心坐标，即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；
定位质量分析单元，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。
以上各模块实现过程内容，其整个内容与图1中的内容方法一致，这里不再赘述。
采用上面的方案后，本发明的有益效果包括：
基于MEMS压力传感器与数字罗盘的协同增强定位方法把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，在卫星信号被挡的情况或者仅能获取3颗卫星的情况下，利用MEMS压力传感器感受垂直方向气压的变化，利用数字罗盘为用户提供平面方位的信息，结合卫星信号，使只观测到3颗卫星的情况也能完成卫星定位求解；
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3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。本发明把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3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。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、FLASH、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于压力传感器和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三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，建立三颗卫星中每一颗卫星所对应的伪距观测方程；
基于MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息，并基于高度信息建立高程信息约束方程；
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、以及高程信息约束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所述的压力传感器和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三颗时，启动MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息，以及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所述的基于压力传感器和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所述的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，所述基于MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息还包括：
对所述高度信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取高度信息或者停止基于所述高度信息建立高程信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，基于所述高度信息建立高程信息约束方程。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法，其特征在于，所述获取导航仪的地心坐标还包括：
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。
6.一种基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统，其特征在于，包括：
星历模块，用于获取三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三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；
MEMS压力传感器，用于获取基于大地坐标下的高度信息；
高程信息约束模块，用于基于高度信息建立高程信息约束方程；
定位求解模块，用于基于伪距观测方程、以及高程信息约束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。
7.如权利要求6所述的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统，其特征在于，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三颗时，触发数字罗盘获取基于大地坐标下的平面方位信息，以及触发MEMS压力传感器获取基于大地坐标下的高度信息。
8.如权利要求6所述的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统，其特征在于，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。
9.如权利要求6所述的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统，其特征在于，所述系统还包括：
高度信息质量分析模块，用于对所述高度信息进行质量分析，判断所述质量分析是否达标，若所述质量分析不达标，则继续获取高度信息或者停止高程信息约束模块基于所述高度信息建立高程信息约束方程；在判断所述质量分析达标以后，高程信息约束模块基于所述高度信息建立高程信息约束方程。
10.如权利要求6至9任一项所述的基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的系统，其特征在于，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。
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|---|---|---|---|
| CN201710221708.3A CN106950585A (zh) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | 基于压力传感器和数字罗盘协同卫星定位的方法及系统 |
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- 2017-04-06 CN CN201710221708.3A patent/CN106950585A/zh active Pending
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