CN110703287B - 一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法，首先采集伪卫星阵列发射的伪卫星信号，将信号解扩并同时提取每颗伪卫星的载波相位，在提取过程中采用双频互平滑消除载波相位周跳的影响，然后计算不同伪卫星之间的载波相位差余弦参数，并与数据库中的相应参数进行相关处理，寻找相关峰的最大值，并通过双频比对和卫星完好性检测实现室内和城市峡谷地带的精确导航定位。

Description

一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法
技术领域
本发明涉及卫星导航定位领域，特别适用于室内外复杂环境下的导航定位，采用载波相位差特征向量动态匹配的形式实现室内外复杂环境中的高精度导航与定位。
背景技术
卫星导航系统在室内和城市峡谷地带的定位性能较差，目前在城市峡谷地带和室内解决定位的方法有蓝牙、WIFE、无线通信基站定位和惯性定位来解决卫星信号由于信号较弱无法穿透墙体的问题，但是这些方法都存在这样或那样的问题，导致定位精度较差，如：蓝牙、WIFE采用的能量定位受多径衰减影响较大，不能准确测量观测点和发射点之间的能量衰减，导致定位精度较差；基站定位由于当前城市内的基站数量无法满足高精度导航定位需求，且室内受多径影响较大，而无法推广应用；惯导定位需要其它技术手段提供初始绝对坐标并不断对惯导进行修正。因此，目前室内导航定位技术还无法满足高精度定位的需求，需要在室内高精度导航定位方面开展新技术、新方法的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：基于双频阵列伪卫星解决城市峡谷地区和室内的高精度导航定位问题，提供一种基于阵列双频互备份的多星特征参数比对的室内外导航定位方法，能够极大提升城市峡谷地带和室内的导航定位精度。
本发明采用的技术方案为：
一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法，包括以下步骤：
(1)室内伪卫星接收终端将接收到的K个伪卫星的发射信号为SK，进行两个频点的下变频后得到基带信号S'K；
(2)对每颗伪卫星的信号进行捕获跟踪，并同时提取每颗伪卫星的载波相位，通过同一颗伪卫星发射的不同频点信号对伪卫星的实时载波相位跳变进行平滑，得到平滑后的载波相位矩阵
Figure GDA0003177334440000011
(3)分别计算同一时刻不同伪卫星之间同一频点的载波相位差，得到载波相位差矩阵φ2L：
Figure GDA0003177334440000021
其中L＝K×(K-1)，
Figure GDA0003177334440000022
(4)计算载波相位差的余弦矩阵，得到
Figure GDA0003177334440000023
将C2L展开并成一行得到
Figure GDA0003177334440000024
(5)将当前收到的载波相位差的余弦矩阵与本地数据库中对应卫星组的数据进行相关处理并归一化，即：即
Figure GDA0003177334440000025
形成M×N个相关值，即：
Figure GDA0003177334440000026
norm表示求向量的范数，定义为
Figure GDA0003177334440000027
M×N为本地数据库划分的网格个数，Tmn为第m行n列网格点的指纹信息；
(6)寻找相关矩阵QMN的最大值，并计算最大值对应的行列向量值，与本地数据库匹配得到位置点坐标A0＝[ax ay]；
(7)分别取两个频点的载波相位差矩阵与本地数据库对应数据进行相关处理并归一化,求取相关峰最大值对应的坐标
Figure GDA0003177334440000028
(8)设定误差门限为BT，若|A0-A1|≤BT且|A0-A2|≤BT，则定位正确，输出定位结果A0；若|A0-A1|＞BT或|A0-A2|＞BT，则定位错误，采用伪卫星信号逐次轮询的形式判断不可用伪卫星，每次轮询过程中剔除一颗卫星，返回步骤(3)，直到剔除异常伪卫星信号，即定位正确。
本发明相比现有技术的有益效果为：
本发明提供一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别的室内定位方法，该方法通过多颗伪卫星的特征参数与本地数据比对实现城市复杂环境下或室内的高精度导航定位。本发明相较WIFI/蓝牙等等采用能量定位的方法规避了信号能量估计不准导致的定位性能下降问题；相较于通信基站定位，规避了基站的分散架设问题。可采用一个伪卫星阵列实现，架设简单，且不存在惯导的漂移问题，能够有效解决室内和城市峡谷地带的高精度导航定位问题。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图1所示为本发明实施例公开的一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法的流程图，具体包括如下步骤：
(1)设室内伪卫星接收终端A,接收到的K个伪卫星的发射信号为SK，经过下变频后得到基带信号S'K，下变频过程针对两个频点分别下变频，从而实现不同频信号的分离；
(2)针对每颗伪卫星的信号进行捕获跟踪，并同时提取每颗伪卫星的载波相位，通过同一颗伪卫星发射的不同频信号对伪卫星的实时载波相位跳变进行平滑，周跳平滑的过程为：
Figure GDA0003177334440000031
其中，
Figure GDA0003177334440000032
为第一个频点的载波相位变化率，即：
Figure GDA0003177334440000033
Δt为两次采样的时间间隔，
Figure GDA0003177334440000034
为第二个频点的载波相位变化率，f1第一个频点的发射频率，f2为第二个频点的发射频率，
Figure GDA0003177334440000035
为两个频点的载波频率相对变化率，通常认为
Figure GDA0003177334440000036
大于0.05周则认为发生了载波周跳，若小于则认为没有发生周跳；
Figure GDA0003177334440000037
为正，则认为第一个频点发生周跳，
Figure GDA0003177334440000038
为负则认为第二个频点发生周跳，将
Figure GDA0003177334440000039
补偿到发生周跳的频点上，消除周跳的影响。得到平滑后的载波相位矩阵
Figure GDA00031773344400000310
(3)分别计算不同卫星之间的同频载波相位差，
Figure GDA0003177334440000041
Figure GDA0003177334440000042
得到载波相位差矩阵
Figure GDA0003177334440000043
其中L＝K×(K-1),第一行代表第一个频点的载波相位差，第二行代表第二个频点的载波相位差；
(4)计算载波相位差的余弦矩阵，即求矩阵内每一个值的余弦值，得到
Figure GDA0003177334440000044
将C2L展开并成一行得到
Figure GDA0003177334440000045
(5)当前收到的载波相位差余弦矩阵与本地数据库进行相关处理并归一化，即：即
Figure GDA0003177334440000046
形成M×N个相关值，即：
Figure GDA0003177334440000047
norm表示求向量的范数，定义为
Figure GDA0003177334440000048
M×N为本地数据库划分的网格个数，Tmn为第m行n列网格点的指纹信息；
(6)寻找相关矩阵QMN的最大值，并计算最大值对应的行列向量值，与真实坐标数据库匹配得到位置点坐标A0＝[ax ay]；
(7)分别取两个频点的载波相位差矩阵并与本地数据库对应数据进行相关处理并归一化,求取相关峰最大值对应的坐标
Figure GDA0003177334440000049
Figure GDA00031773344400000410
该过程可描述为：
(701)将步骤4中的余弦矩阵C2L拆分成两个频点分别对应的载波相位差值；
Figure GDA0003177334440000051
和
Figure GDA0003177334440000052
(702)得到的C1和C2分别与指纹数据库中的对应频点的指纹数据T1mn∈Tmn、T2mn∈Tmn做相关处理并归一化，即：即
Figure GDA0003177334440000053
形成M×N个相关值，即：
Figure GDA0003177334440000054
形成M×N个相关值，即：
Figure GDA0003177334440000055
(703)寻找相关矩阵Q1MN和Q2MN的最大值，并计算两个最大值对应的行列向量值，与真实坐标数据库匹配得到频点1和频点2定位的位置点坐标
Figure GDA0003177334440000056
(8)设定误差门限BT，若|A0-A1|≤BT且|A0-A2|≤BT，则认为定位正确，输出定位结果；若|A0-A1|＞BT或|A0-A2|＞BT，则认为定位错误，用伪卫星信号逐次轮询的形式判断不可用伪卫星，每次轮询过程中剔除一颗卫星，相当于将步骤2平滑后的载波相位矩阵
Figure GDA0003177334440000057
每次去除一列，即第一次去掉φ2×K第一列得到
Figure GDA0003177334440000058
返回步骤(3)，直到剔除异常伪卫星信号，重新定位的结果即认为定位正确。
通过以上步骤，完成本发明的一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法。

Claims (1)

1.一种基于阵列双频互备份的多星特征参数识别定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)室内伪卫星接收终端将接收到的K个伪卫星的发射信号为SK，进行两个频点的下变频后得到基带信号S'K；
(2)对每颗伪卫星的信号进行捕获跟踪，并同时提取每颗伪卫星的载波相位，通过同一颗伪卫星发射的不同频点信号对伪卫星的实时载波相位跳变进行平滑，得到平滑后的载波相位矩阵
Figure FDA0003127973350000011
(3)分别计算同一时刻不同伪卫星之间同一频点的载波相位差，得到载波相位差矩阵φ2L：
Figure FDA0003127973350000012
其中L＝K×(K-1)，
Figure FDA0003127973350000013
(4)计算载波相位差的余弦矩阵，得到
Figure FDA0003127973350000014
将C2L展开并成一行得到
Figure FDA0003127973350000015
(5)将当前收到的载波相位差的余弦矩阵与本地数据库中对应卫星组的数据进行相关处理并归一化，即：即
Figure FDA0003127973350000016
形成M×N个相关值，即：
Figure FDA0003127973350000017
norm表示求向量的范数，定义为
Figure FDA0003127973350000018
M×N为本地数据库划分的网格个数，Tmn为第m行n列网格点的指纹信息；
(6)寻找相关矩阵QMN的最大值，并计算最大值对应的行列向量值，与本地数据库匹配得到位置点坐标A0＝[ax ay]；
(7)分别取两个频点的载波相位差矩阵与本地数据库对应数据进行相关处理并归一化,求取相关峰最大值对应的坐标
Figure FDA0003127973350000021
(8)设定误差门限为BT，若|A0-A1|≤BT且|A0-A2|≤BT，则定位正确，输出定位结果A0；若|A0-A1|＞BT或|A0-A2|＞BT，则定位错误，采用伪卫星信号逐次轮询的形式判断不可用伪卫星，每次轮询过程中剔除一颗卫星，返回步骤(3)，直到剔除异常伪卫星信号，即定位正确。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113093251B (zh) * 2021-03-18 2022-05-27 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915928A (zh) * 2010-07-14 2010-12-15 中国电子科技集团公司第十研究所 双星时差/频差联合定位的方法及装置
CN104155662A (zh) * 2014-08-05 2014-11-19 中国空间技术研究院 基于gnss相关峰值探测器的自适应互干扰抑制方法
WO2017204673A1 (en) * 2016-05-24 2017-11-30 Limited Liability Company "Topcon Positioning Systems" Method and apparatus for position determination of a mobile station using modified wi-fi signals
CN108469623A (zh) * 2018-03-27 2018-08-31 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 消除boc调制信号自相关函数边峰的方法
CN109164408A (zh) * 2018-07-17 2019-01-08 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种采用两传感器的频变信号二维测向方法及设备
CN109490925A (zh) * 2018-11-29 2019-03-19 中国电子科技集团公司第五十四研究所 基于双频组合的室内定位方法
CN109581451A (zh) * 2018-12-18 2019-04-05 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于载波相位差匹配的室内伪卫星定位方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101872021B (zh) * 2010-05-20 2012-10-10 武汉大学 Gps双频实时星载数据处理方法
US8949941B2 (en) * 2010-11-18 2015-02-03 The Boeing Company Geothentication based on network ranging
CN103049668B (zh) * 2012-12-28 2015-09-30 中国电子科技集团公司第三十六研究所 星载电子系统在轨可靠性的预测系统及方法
CN110133585A (zh) * 2019-06-27 2019-08-16 江苏芯盛智能科技有限公司 双频双动态定位方法、装置、定位设备及运载工具

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915928A (zh) * 2010-07-14 2010-12-15 中国电子科技集团公司第十研究所 双星时差/频差联合定位的方法及装置
CN104155662A (zh) * 2014-08-05 2014-11-19 中国空间技术研究院 基于gnss相关峰值探测器的自适应互干扰抑制方法
WO2017204673A1 (en) * 2016-05-24 2017-11-30 Limited Liability Company "Topcon Positioning Systems" Method and apparatus for position determination of a mobile station using modified wi-fi signals
CN108469623A (zh) * 2018-03-27 2018-08-31 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 消除boc调制信号自相关函数边峰的方法
CN109164408A (zh) * 2018-07-17 2019-01-08 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种采用两传感器的频变信号二维测向方法及设备
CN109490925A (zh) * 2018-11-29 2019-03-19 中国电子科技集团公司第五十四研究所 基于双频组合的室内定位方法
CN109581451A (zh) * 2018-12-18 2019-04-05 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于载波相位差匹配的室内伪卫星定位方法

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