CN112147660B - 基于直接位置估计的多普勒定位方法、装置、设备和介质 - Google Patents

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CN112147660B CN201910573883.8A CN201910573883A CN112147660B CN 112147660 B CN112147660 B CN 112147660B CN 201910573883 A CN201910573883 A CN 201910573883A CN 112147660 B CN112147660 B CN 112147660B
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Abstract

本申请涉及基于直接位置估计的多普勒定位方法、装置、设备和介质。所述方法包括：接收当前历元时刻的天基机会信号；更新信号计数，得到当前信号计数；若当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵；以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；以二次定位位置坐标为中心进行网格化，得到多个第一网格格点；根据天基机会信号的导频信号对各第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；根据用户当前历元时刻的运动姿态和当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。本申请提供的方法能够提高定位准确度。

Description

基于直接位置估计的多普勒定位方法、装置、设备和介质
技术领域
本申请涉及无线电导航领域，特别是涉及一种基于直接位置估计的多普勒定位方法、装置、设备和介质。
背景技术
随着科技的发展，全球导航卫星系统越来越成为生产和生活不可或缺的一部分。全球导航卫星系统受限于复杂的无线电环境，且易受到遮挡、干扰和欺骗，这些都会导致全球导航卫星系统的不可用。在很多场景下，保持安全可靠的导航定位非常重要，那么就需要别的手段来确保导航行为的准确性、可用性和完好性。机会信号导航定位是指利用所有可以利用的费导航无线电信号进行导航，机会信号导航定位可作为现有导航系统的备份和增强，能够大大提高导航系统的性能。
天基机会无线电信号(以下简称天基机会信号)是机会信号中的一大类。天基机会信号是指辐射源位于天空或太空的无线电信号。利用天基机会进行导航定位具有重要意义。多普勒定位是天基机会信号导航定位的一种最主要的一种方式。
传统技术中，主要通过以迭代最小二乘和卡尔曼滤波类算法为代表的两步法实现定位。然而，多普勒定位对多普勒估计误差非常敏感，很小的多普勒估计误差就会对最终的定位精度产生非常大的影响，因此，两步法定位多存在精确度不高的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高定位精度的基于直接位置估计的多普勒定位方法、装置、设备和介质。
为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种基于直接位置估计的多普勒定位方法，所述方法包括：
接收当前历元时刻的天基机会信号；
更新信号计数，得到当前信号计数，所述信号计数用于表征接收到的天基机会信号的总数量；
若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，其中，所述目标观测向量矩阵包括观测向量，所述目标观测向量矩阵包括表征所述天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量，所述观测向量至少包括历元时刻、用户的运动姿态、所述天基机会信号的多普勒估计值、所述天基机会信号的信噪比估计值、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系位置和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系速度向量；
以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；
以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点；
根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；
根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标，包括：
获取各个所述第一网格格点的地心地固坐标系坐标；
根据各个所述第一网格格点的地心地固坐标系坐标、所述目标观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第一网格格点的理论多普勒值；
分别消除所述天基机会信号的各所述第一网格格点理论多普勒值，得到多个消除理论多普勒频偏后的天基机会信号；
将各所述消除理论多普勒频偏后的天基机会信号的导频信号幅值进行平方计算，得到多个平方信号；
确定各所述平方信号中，I路和Q路幅值之差的绝对值之和最小的平方信号对应的地心地固坐标系坐标，即为所述当前信号计数对应的定位位置坐标。
在其中一个实施例中，所述以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点，包括：
将所述二次定位位置坐标转换成大地坐标系坐标；
以所述二次定位位置坐标对应的大地坐标系坐标为中心，按照预设网格化步长，计算网格化范围限定量范围内的各个网格格点的大地坐标系坐标，得到多个所述第一网格格点。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
若所述当前信号计数等于预设计数阈值，将所述当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵，得到初始观测向量矩阵；
对地球表面按照经纬度进行网格化，得到多个第二网格格点；
根据各所述第二网格格点的坐标和所述初始观测向量矩阵，计算各所述第二网格格点的理论多普勒值；
确定所述天基机会信号的导频信号中与所述理论多普勒值差值最小的信号对应的位置的坐标，得到初始位置估计坐标。
在其中一个实施例中，所述根据各所述第二网格格点的坐标和所述初始观测向量矩阵，计算各所述第二网格格点的理论多普勒值，包括：
计算各所述第二网格格点的大地坐标系坐标；
将各所述第二网格格点的大地坐标系转换为地心地固坐标系坐标；
根据各所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标、所述初始观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第二网格格点的理论多普勒值。
在其中一个实施例中，根据各所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标、所述初始观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第二网格格点的理论多普勒值包括：
通过公式计算各所述第二网格格点的理论多普勒值，其中，dft为理论多普勒值，f0为所述天基机会信号的导频信号的中心频率，c为光速，vu为用户在当前历元时刻的速度，vs所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量，pk为所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标，ps为所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标，εd为噪声，fc为接收机本振中心频率。
在其中一个实施例中，所述若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，包括：
若所述当前信号计数大于所述预设计数阈值，比较所述当前信号计数与所述预设向量总数，其中，所述预设向量总数是指所述目标观测向量矩阵中预设的观测向量的总数量，所述预设向量总数大于等于所述预设计数阈值；
若所述当前信号计数小于等于所述预设向量总数，则将所述当前信号计数对应的所述观测向量添加到观测向量矩阵，得到所述目标观测向量矩阵；
若所述当前信号计数大于所述预设向量总数，则将所述当前信号计数对应的所述观测向量添加到观测向量矩阵，并删除所述观测向量矩阵中最小的所述当前信号计数对应的观测向量，得到所述目标观测向量矩阵。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
若所述当前信号计数小于预设计数阈值，将所述当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵。
在其中一个实施例中，所述以所述上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标，包括：
通过公式并由公式df(tm)＝df(Ri,tm)在Ri处泰勒展开并舍去二阶及二阶以上小量后得到线性观测方程，其中R为[Pu,η]，Pu＝[pux,puy,puz]为用户位置坐标，Ri代表第i次迭代后的结果；
通过公式Ri+1＝Ri+(GTWG)-1GTWY进行加权迭代最小二乘，得到初始定位位置坐标，其中，方向矩阵G为
W为权值矩阵，W＝diag[snr1,snr2,…,snrm]，diag为对角阵，Y为残差向量，Y＝df(tm)-df(Ri,tm)，tm为所述当前历元时刻。
在其中一个实施例中，所述根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置，包括：
通过公式确定当前时刻用户的位置，其中，puf为所述当前时刻用户的位置，p2所述当前信号计数对应的定位位置坐标，vu为用户当前历元时刻的速度，au用户当前历元时刻的加速度，t为所述当前时刻，tm为所述当前历元时刻。
第二方面，本申请实施例提供一种基于直接位置估计的多普勒定位定位装置，其特征在于，所述装置包括：
信号接收模块，用于接收当前历元时刻的天基机会信号；
信号计数更新模块，用于得到当前信号计数，所述信号计数用于表征接收到的天基机会信号的总数量；
目标观测向量矩阵获取模块，用于若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，其中，所述目标观测向量矩阵包括观测向量，所述目标观测向量矩阵包括表征所述天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量；
加权迭代最小二乘模块，用于以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；
网格化模块，用于以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点；
直接位置估计模块，用于根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；
定位模块，用于根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。
第三方面，本申请实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
上述基于直接位置估计的多普勒定位方法、装置、设备和介质，在当前信号计数大于预设计数阈值时，通过获取目标观测向量矩阵，以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；根据天基机会信号的导频信号对各第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；进而根据用户当前历元时刻的运动姿态和当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。本申请实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法、装置、设备和介质相比于传统技术的两步法定位，直接通过天基机会信号的导频部分进行直接位置估计，得到定位位置坐标，无需进行多普勒估计，因此，能够避免多普勒估计带来的误差，提高定位效果。另外，本申请实施例提供的方法在直接位置估计时，通过在二次定位位置坐标周围网格化，结合天基机会信号的导频信号在多个第一网格格点中进行位置估计，在二次定位位置坐标周围确定出位置最准确的位置，进一步提高了定位的准确性。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法的应用环境图；
图2为本申请一个实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法的步骤流程示意图；
图3为本申请一个实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法的步骤流程示意图；
图4为本申请一个实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法的步骤流程示意图；
图5为本申请一个实施例提供的去多普勒频偏后的典型的铱星下行广播信号示意图；
图6为本申请一个实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法的步骤流程示意图；
图7为本申请一个实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法的步骤流程示意图；
图8为本申请一个实施例提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法的步骤流程示意图；
图9为本申请一个实施例提供的天基机会信号差分多普勒定位装置结构框图；
图10为本申请一个实施例提供的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的基于直接位置估计的多普勒定位方法，可以适用于图1所示的应用环境中。如图1所示，信号发射源A可以为任何可以发射天基机会信号的发射源，例如，信号发射源A可以为铱星，也可以为其他通信卫星。用户接收机B用于接收信号发射源A发射的天基机会信号，并根据接收的天基机会信号进行直接位置估计的多普勒定位。本申请实施例提供的用户接收机B可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。
下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
需要说明的是，下述方法实施例的执行主体可以是用户接收机，该用户接收机可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为上述计算机设备的部分或者全部。下述方法实施例中，均以执行主体是用户接收机为例来进行说明。
请参见图2，本申请一个实施例提供一种基于直接位置估计的多普勒定位方法，所述方法用于通过天基机会信号，对用户进行定位。所述方法包括：
S10，接收当前历元时刻的天基机会信号。
用户接收机实时接收信号发射源发送的天基机会信号。本实施例提供的方法仅对当前历元时刻，用户接收机对信号的处理和定位方法，其他时刻的处理重复本实施例提供的方法的步骤即可。
S20，获取信号计数，得到当前信号计数m，信号计数用于表征接收到的天基机会信号的数量。
用户接收机实时接收信号发射源发送的天基机会信号，当接收到天基机会信号时，更新信号计数，得到当前信号计数m。用户接收机可以通过上一信号计数+1得到当前信号计数m。
S30，若当前信号计数m大于预设计数阈值Nm，获取目标观测向量矩阵，其中，目标观测向量矩阵包括观测向量，目标观测向量矩阵包括表征天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量。
预设计数阈值Nm可以为预先设置的固定阈值。当当前信号计数m大于预设计数阈值Nm，则启动定位操作，用户接收机获取目标观测向量矩阵。目标观测向量矩阵用于表征当前信号计数m和当前信号计数m之前预设范围内信号计数对应的天基机会信号的特征参数。每个信号计数对应一个观测向量，其中，观测向量用于表征当前历元时刻天基机会信号的特征参数。目标观测向量矩阵包括多个观测向量。也就是说，目标观测向量矩阵中包括当前信号计数m对应的观测向量，还包括一定数量的历史的信号计数对应的观测向量。
观测向量包括但不限于以下参数：当前历元时刻、用户当前历元时刻的运动姿态、天基机会信号的多普勒估计值、天基机会信号的信噪比估计值、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系位置和信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系速度向量。
S40，以上一信号计数对应的定位位置坐标p0作为初始位置，根据目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标p1。
用户接收机获取上一信号计数m-1对应的定位位置坐标p0。可以理解，当当前信号计数m＝Nm+1时，上一信号计数m-1即为Nm对应的定位位置坐标。当当前信号计数m>Nm+1时，上一信号计数m-1对应的定位位置坐标即为上一信号计数，通过本实施例提供的步骤S10-S60步骤计算得到的定位位置坐标。
以获取的上一信号计数m-1对应的定位位置坐标P0为初始位置，根据S30中得到的目标观测向量矩阵得到线性观测方程，并进一步进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标P1。
S50，以二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点。
即以二次定位位置坐标为中心，在一定的范围内按照预设算法寻找点，得到多个第一网格格点。
S60，根据天基机会信号的导频信号对各第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标P2。
信号发射源不同，天基机会信号的导频信号的位置和长度不同。以信号发射源为铱星为例，铱星的导频信号为铱星下行广播信号的前2.56ms。天基机会信号能够表征信号发射源信号的特征。用户接收机结合天基机会信号的导频信号，在步骤S50中的多个第一网格格点中找出与误差最小的位置，得到当前信号对应的定位位置坐标P2。
S70，根据用户当前历元时刻的运动姿态和当前信号计数m对应的定位位置坐标P2，定位当前时刻用户的位置puf。
用户当前历元时刻的运动姿态包括用户的运动速度、运动加速度等。根据S60得到的当前信号计数m对应的定位位置坐标P2，结合用户当前的运动进一步准确确定出用户当前时刻的位置puf。
本实施例中，在当前信号计数m大于预设计数阈值Nm时，通过获取目标观测向量矩阵，以上一信号计数m-1对应的定位位置坐标p0作为初始位置，根据目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标P1；根据天基机会信号的导频信号对各第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标P2；进而根据用户当前历元时刻的运动姿态和当前信号计数对应的定位位置坐标P2，定位当前时刻用户的位置puf。本申请实施例提供的方法相比于传统技术的两步法定位，直接通过天基机会信号的导频部分进行直接位置估计，得到定位位置坐标，无需进行多普勒估计，因此，能够避免多普勒估计带来的误差，提高定位效果。另外，本申请实施例提供的方法在直接位置估计时，通过在二次定位位置坐标周围网格化，结合天基机会信号的导频信号在多个第一网格格点中进行位置估计，在二次定位位置坐标周围确定出位置最准确的位置，进一步提高了定位的准确性。
本实施例涉及以上一信号计数对应的定位位置坐标p0作为初始位置，根据目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标p1一种可能的实现方式，S40通过以下步骤过程实现：
线性观测方程是满足以下关系：
上述线性观测方程是由公式df(tm)＝df(Ri,tm)在Ri处泰勒展开并舍去二阶及二阶以上小量后的结果。其中，R为[Pu,η]，Pu＝[pux,puy,puz]为用户位置坐标，Ri代表第i次迭代后的结果。需要说明的是，为了便于说明，此处用户位置坐标统一定义为Pu，在不同的步骤中，生成不同的用户位置坐标，可对Pu进行替换，例如，S40中，Pu可以替换为p1。
加权迭代最小二乘满足如下关系：
Ri+1＝Ri+(GTWG)-1GTWY
其中，方向矩阵G为
权值矩阵W由观测向量中的信噪比决定，即W＝diag[snr1,snr2,…,snrm]，其中，diag为对角阵。Y为残差向量，即Y＝df(tm)-df(Ri,tm)，tm为当前历元时刻。
请参见图3，本实施例涉及以二次定位位置坐标为中心，在预设范围内进行网格化，得到第一网格格点的一种可能的实现方式。S50包括：
S510，将二次定位位置坐标p1转换成大地坐标系坐标；
将S40加权迭代最小二乘得到的初始定位位置坐标p1＝[x0.y0.z0]转换为大地坐标系坐标[φ0,λ0,h0]。
S520，以二次定位位置坐标对应的大地坐标系坐标为中心，按照预设网格化步长，计算网格化范围限定量范围内的各个网格格点的大地坐标系坐标，得到多个第一网格格点。
预设网格化步长是指根据预设规则，设定的相邻两个第一网格格点之间的尺度差。网格化范围限定量用于表征以二次定位位置坐标为中心进行位置估计的范围，网格范围限定量用网格数量表征。假设预设网格化步长为dstep(单位为°)，网格范围限定量为dmax。预设网格化步长可以满足以下关系：纬度网格数ndφ＝2dmax/dstep+1为整数即可，那么经度网格数ndλ＝ndφ也一定为整数。
请参见图4，本实施例涉及根据天基机会信号的导频信号对各第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标的一种可能的实现方式。S60包括：
S610，获取各个第一网格格点的地心地固坐标系坐标；
S620，根据各个第一网格格点的地心地固坐标系坐标、目标观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各第一网格格点的理论多普勒值；
S630，分别消除天基机会信号的各第一网格格点理论多普勒值，得到多个消除理论多普勒频偏后的天基机会信号；
S640，将各消除理论多普勒频偏后的天基机会信号的导频信号幅值进行平方计算，得到多个平方信号；
S650，确定各平方信号中，I路和Q路幅值之差的绝对值之和最小的平方信号对应的地心地固坐标系坐标，即为当前信号计数对应的定位位置坐标。
以上过程涉及对多个第一网格格点的遍历，因此可以通过循环实现：
设定幅度差限定量为δmax，当前循环次数为j，循环总次数为Nd，则Nd＝ndφ·ndλ；
当j≤Nd时，设定当前第一网格格点的地心地固坐标系的纬度为φj，经度为λj，高度为hj，则，hj＝h0；
将当前第一网格格点的大地坐标系坐标[φj,λj,hj]转换成当前第一网格格点的地心地固坐标系坐标pj＝[xj,yj,zj]；
根据当前第一网格格点的地心地固坐标系坐标pj＝[xj,yj,zj]、目标观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标ps和信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量vs计算当前第一网格格点的理论多普勒值dfj；
消除接收到的天基机会信号的当前第一网格格点的理论多普勒值dfj，得到消除当前第一网格格点后的理论多普勒值dfj的天基机会信号，命名为消除理论多普勒频偏后的天基机会信号；
对当前消除理论多普勒频偏后的天基机会信号的导频信号幅值进行平方计算，得到当前平方信号；以信号发射源为铱星为例，对消除理论多普勒频偏后的天基机会信号的前2.56ms平方；请一并参见图5，图5为去多普勒频偏后的典型的铱星下行广播信号，此信号前2.56ms的导频信号可以用来进行多普勒频偏估计和直接位置估计；
计算当前平方信号的I路与Q路幅值之差的绝对值之和Σ；
若当前平方信号的I路与Q路幅值之差的绝对值之和Σ超过了上述幅度差限定量δmax，即Σ<δmax，则令δmax＝Σ，并且记下pj；
更新j＝j+1；
当j＞Nd时，令p2＝pj。
上述过程的部分详细计算方法可以参照图7所示实施例的计算方法。
本实施例中，通过获取每个第一网格格点的地心地固坐标系坐标，并根据各个第一网格格点的地心地固坐标系坐标以及目标观测向量矩阵计算每个第一网格格点的理论多普勒值，并进一步消除理论多普勒值后在天基机会信号的导频信号中估计出误差最小的定位位置坐标。本实施例中，在获取到二次定位位置坐标后，进一步反推理论多普勒值，在天基机会信号的导频信号中确定出误差最小的信号对应的位置坐标，大大提高了定位的准确性。
请参见图6，本实施例提供观测向量矩阵的累积过程，即当当前信号计数m小于预设计数阈值Nm时，所述方法还进一步包括：
S810，若当前信号计数m小于预设计数阈值Nm，将当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵。
如上一实施例所述，在当前信号计数m大于预设计数阈值Nm时，触发定位，那么，在当前信号计数m小于预设计数阈值Nm时，用户接收机不启动定位，仅进行观测向量的累积。将匹配通过的参考节点广播帧和天基机会信号的观测向量添加到观测向量矩阵中，重复以上S10、S20、S910，直至当前信号计数m等于预设计数阈值Nm。
请继续参见图6，本实施例提供定位位置坐标的初始化过程，即当当前信号计数m等于预设计数阈值Nm时，所述方法还进一步包括：
S820，若当前信号计数m等于预设计数阈值Nm，将当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵，得到初始观测向量矩阵。
S830，对地球表面按照经纬度进行网格化，得到多个第二网格格点。
第二网格化步长是指相邻两个第二网格格点之间的尺度差。假设第二网格化步长为wstep(单位为°)，以二次定位位置坐标为中心进行网格化时，第二网格化步长可以满足如下关系：保证纬度网格数nφ＝180°/wstep+1为整数，则经度网格数nλ＝360°/wstep也一定为整数。
S840，根据各第二网格格点的坐标和初始观测向量矩阵，计算各第二网格格点的理论多普勒值。
请参见图7，在一个具体的实施例中，本步骤可以通过以下步骤实现，S840包括：
S841，计算各第二网格格点的大地坐标系坐标；
S842，将各第二网格格点的大地坐标系转换为地心地固坐标系坐标；
S843，根据各第二网格格点的地心地固坐标系坐标、初始观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各第二网格格点的理论多普勒值。
S850，确定天基机会信号的导频信号中，多普勒估计值与理论多普勒值差值最小的信号对应的位置的坐标，得到初始位置估计坐标p0。
以上过程涉及对多个第二网格格点的遍历，因此可以通过循环实现：
设定多普勒差值限定量为δmax，当前循环次数为k，循环总次数为Nc，则Nc＝nφ·nλ；
当k≤Nc时，设定当前第二网格格点的地心地固坐标系的纬度为φk，经度为λk，高度为hk，则，hj由相应协议地球模型在当前经度和纬度的地表高度决定；纬度范围为[-90°,90°]，赤道面以北为正，以南为负；经度范围为[-180°,180°)，格林尼治子午面以东为证，以西为负；
将当前第二网格格点的大地坐标系坐标[φk,λk,hk]转换成当前第二网格格点的地心地固坐标系坐标pk＝[xk,yk,zk]；
在上步骤中，当前第二网格格点的大地坐标系坐标和当前第二网格格点的地心地固坐标系坐标满足以下关系：
其中，[x,y,z]为当前第二网格格点的大地坐标系坐标，[φ,λ,h]为当前第二网格格点的地心地固坐标系坐标，N为基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e为椭球偏心率，它们与基准椭球体的长半径a和短半径b存在如下关系：
根据当前第二网格格点的地心地固坐标系坐标pk、目标观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标ps和信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量vs计算当前第二网格格点的理论多普勒值dfk；
上步骤中，用户在当前历元时刻的运动姿态包括用户在当前历元时刻的速度vu＝[vux,vuy,vuz]和加速度au＝[aux,auy,auz]，信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标Ps＝[psx，psy，psz]，信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量[vsx,vsy,vsz]，当前第二网格格点的理论多普勒值dfk满足以下关系：
其中，f0为接收到的天基机会信号的中心频率，εd为噪声，fc为接收机本振中心频率，c为光速，令η＝(f0-fc)；
计算当前信号计数对应的当前历元时刻的观测向量中多普勒估计值dfr和当前第二网格格点的理论多普勒值dft之差Σ，即Σ＝dfr-dft；
若二者之差Σ的绝对值超过了多普勒差值限定量δmax，即|Σ|<δmax，则令δmax＝|Σ|，并且记下当前第二网格格点的地心地固坐标系坐标pk；
更新k＝k+1；
当k＞Nc时，令p0＝pk。
可以理解，以上步骤S820-S850获得的初始位置估计坐标p0，在当前匹配计数m等于预设计数阈值Nm+1时，作为步骤S40中的上一信号计数对应的定位位置坐标p0。
请参见图8，本实施例涉及当前信号计数m大于预设计数阈值Nm时，目标观测向量矩阵的获取过程。如图8所示，S30包括：
S310，若当前信号计数m大于预设计数阈值Nm，比较当前信号计数m与预设向量总数Nf，其中，预设向量总数Nf是指目标观测向量矩阵中预设的观测向量的总数量，预设向量总数Nf大于等于预设计数阈值Nm；
S320，若当前信号计数m小于等于预设向量总数Nf，则将当前信号计数m对应的观测向量添加到观测向量矩阵，得到目标观测向量矩阵；
S330，若当前信号计数m大于预设向量总数Nf，则将当前信号计数m对应的观测向量添加到观测向量矩阵，并删除观测向量矩阵中最小的信号计数对应的观测向量，得到目标观测向量矩阵。
如前实施例所述，当当前信号计数m大于预设计数阈值Nm时，触发定位步骤。由于预设向量总数Nf≥预设计数阈值Nm，因此，要进一步判断当前信号计数m与预设向量总数Nf的关系。
当当前信号计数m≤预设向量总数Nf时，即观测向量矩阵中观测向量的数量未达到预设向量总数，此时，直接将当前信号计数m对应的观测向量加入观测向量矩阵，以此形成的观测向量矩阵作为目标观测向量矩阵进行后续的定位步骤。
当当前信号计数m>预设向量总数Nf时，需要保持观测向量矩阵中共包括预设历史向量总数Nf的观测向量。其中，观测向量矩阵应当包括当前信号计数m对应的天基机会信号的观测向量，以及Nf-1个历史信号计数对应的天基机会信号的观测向量。因此，在将当前信号计数m对应的观测向量加入观测向量矩阵是，需要删除观测向量矩阵中的对应数量的历史信号计数对应的观测向量，以保持观测向量矩阵中的观测向量总数为Nf。在一个具体的实施例中，添加观测向量的同时，可以删除观测向量矩阵中最小的信号计数对应的观测向量，即删除观测向量矩阵中最早历元时刻对应的观测向量，以此得到目标观测向量矩阵。
本实施例中，在前信号计数m大于预设计数阈值Nm时，通过比较当前信号计数m与预设向量总数Nf，在当前信号计数m小于等于预设向量总数Nf时，直接将当前信号计数m对应的观测向量添加到观测向量矩阵，得到目标观测向量矩阵；在当前信号计数m大于预设向量总数Nf时，将当前信号计数m对应的观测向量添加到观测向量矩阵，并删除观测向量矩阵中最小的信号计数对应的观测向量，得到目标观测向量矩阵，以此保证目标观测向量矩阵中观测向量的数量，并保持观测向量矩阵中观测向量的实时性，从而进一步提高后续定位的准确性。
在一个实施例中，S70通过以下公式实现：
其中，puf为当前时刻用户的位置，p2当前信号计数对应的定位位置坐标，vu为用户当前历元时刻的速度，vu＝[vux,vuy,vuz]，au用户当前历元时刻的加速度，au＝[aux,auy,auz]，t为当前时刻，tm为当前历元时刻。
本实施例中，通过用户当前历元时刻的运动姿态和当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置，不仅考虑了定位的位置坐标，而且考虑了用户当前的姿态情况，使得定位结果更加准确。
应该理解的是，虽然图中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种基于直接位置估计的多普勒定位装置1000，所述装置包括信号接收模块100、信号计数更新模块200、目标观测向量矩阵获取模块300、加权迭代最小二乘模块400、网格化模块500、直接位置估计模块600和定位模块700。
信号接收模块100用于接收当前历元时刻的天基机会信号；
信号计数更新模块200用于更新信号计数，得到当前信号计数，所述信号计数用于表征接收到的天基机会信号的总数量；
目标观测向量矩阵获取模块300用于若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，其中，所述目标观测向量矩阵包括观测向量，所述目标观测向量矩阵包括表征所述天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量，所述观测向量至少包括历元时刻、用户的运动姿态、所述天基机会信号的多普勒估计值、所述天基机会信号的信噪比估计值、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系位置和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系速度向量；
加权迭代最小二乘模块400用于以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；
网格化模块500用于以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点；
直接位置估计模块600用于根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；
定位模块700用于根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。
在一个实施例中，直接位置估计模块600具体用于获取各个所述第一网格格点的地心地固坐标系坐标；根据各个所述第一网格格点的地心地固坐标系坐标、所述目标观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第一网格格点的理论多普勒值；分别消除所述天基机会信号的各所述第一网格格点理论多普勒值，得到多个消除理论多普勒频偏后的天基机会信号；将各所述消除理论多普勒频偏后的天基机会信号的导频信号幅值进行平方计算，得到多个平方信号；确定各所述平方信号中，I路和Q路幅值之差的绝对值之和最小的平方信号对应的地心地固坐标系坐标，即为所述当前信号计数对应的定位位置坐标。
在一个实施例中，网格化模块500具体用于将所述二次定位位置坐标转换成大地坐标系坐标；以所述二次定位位置坐标对应的大地坐标系坐标为中心，按照预设网格化步长，计算网格化范围限定量范围内的各个网格格点的大地坐标系坐标，得到多个所述第一网格格点。
在一个实施例中，基于直接位置估计的多普勒定位装置1000还包括初始化模块810。初始化模块810用于若所述当前信号计数等于预设计数阈值，将所述当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵，得到初始观测向量矩阵；对地球表面按照经纬度进行网格化，得到多个第二网格格点；根据各所述第二网格格点的坐标和所述初始观测向量矩阵，计算各所述第二网格格点的理论多普勒值；确定所述天基机会信号的导频信号中与所述理论多普勒值差值最小的信号对应的位置的坐标，得到初始位置估计坐标。
在一个实施例中，初始化模块810具体用于计算各所述第二网格格点的大地坐标系坐标；将各所述第二网格格点的大地坐标系转换为地心地固坐标系坐标；根据各所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标、所述初始观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第二网格格点的理论多普勒值。
在一个实施例中，初始化模块810具体用于通过公式计算各所述第二网格格点的理论多普勒值，其中，dft为理论多普勒值，f0为所述天基机会信号的导频信号的中心频率，c为光速，vu为用户在当前历元时刻的速度，vs所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量，pk为所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标，ps为所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标，εd为噪声，fc为接收机本振中心频率。
在一个实施例中，目标观测向量矩阵获取模块300具体用于若所述当前信号计数大于所述预设计数阈值，比较所述当前信号计数与所述预设向量总数，其中，所述预设向量总数是指所述目标观测向量矩阵中预设的观测向量的总数量，所述预设向量总数大于等于所述预设计数阈值；若所述当前信号计数小于等于所述预设向量总数，则将所述当前信号计数对应的所述观测向量添加到观测向量矩阵，得到所述目标观测向量矩阵；若所述当前信号计数大于所述预设向量总数，则将所述当前信号计数对应的所述观测向量添加到观测向量矩阵，并删除所述观测向量矩阵中最小的所述当前信号计数对应的观测向量，得到所述目标观测向量矩阵。
在一个实施例中，基于直接位置估计的多普勒定位装置1000还包括观测向量累积模块820。观测向量累积模块820用于若所述当前信号计数小于预设计数阈值，将所述当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵。
在一个实施例中，加权迭代最小二乘模块400具体用于通过公式并由公式df(tm)＝df(Ri,tm)在Ri处泰勒展开并舍去二阶及二阶以上小量后得到线性观测方程，其中R为[Pu,η]，Pu＝[pux,puy,puz]为用户位置坐标，Ri代表第i次迭代后的结果；通过公式Ri+1＝Ri+(GTWG)-1GTWY进行加权迭代最小二乘，得到初始定位位置坐标，其中，方向矩阵G为
W为权值矩阵，W＝diag[snr1,snr2,…,snrm]，diag为对角阵，Y为残差向量，Y＝df(tm)-df(Ri,tm)，tm为所述当前历元时刻。
在一个实施例中，定位模块700具体用于通过公式确定当前时刻用户的位置，其中，puf为所述当前时刻用户的位置，p2所述当前信号计数对应的定位位置坐标，vu为用户当前历元时刻的速度，au用户当前历元时刻的加速度，t为所述当前时刻，tm为所述当前历元时刻。
关于所述基于直接位置估计的多普勒定位装置1000的具体限定可以参见上文中对于基于直接位置估计的多普勒定位方法的限定，在此不再赘述。上述基于直接位置估计的多普勒定位定位装置1000中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
请参见图10，在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于直接位置估计的多普勒定位方法。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
接收当前历元时刻的天基机会信号；
更新信号计数，得到当前信号计数，所述信号计数用于表征接收到的天基机会信号的总数量；
若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，其中，所述目标观测向量矩阵包括观测向量，所述目标观测向量矩阵包括表征所述天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量，所述观测向量至少包括历元时刻、用户的运动姿态、所述天基机会信号的多普勒估计值、所述天基机会信号的信噪比估计值、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系位置和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系速度向量；
以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；
以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点；
根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；
根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收当前历元时刻的天基机会信号；
更新信号计数，得到当前信号计数，所述信号计数用于表征接收到的天基机会信号的总数量；
若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，其中，所述目标观测向量矩阵包括观测向量，所述目标观测向量矩阵包括表征所述天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量，所述观测向量至少包括历元时刻、用户的运动姿态、所述天基机会信号的多普勒估计值、所述天基机会信号的信噪比估计值、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系位置和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系速度向量；
以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；
以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点；
根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；
根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种基于直接位置估计的多普勒定位方法，其特征在于，所述方法包括：
接收当前历元时刻的天基机会信号；
更新信号计数，得到当前信号计数，所述信号计数用于表征接收到的天基机会信号的总数量；
若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，其中，所述目标观测向量矩阵包括观测向量，所述目标观测向量矩阵包括表征所述天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量，所述观测向量至少包括历元时刻、用户的运动姿态、所述天基机会信号的多普勒估计值、所述天基机会信号的信噪比估计值、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系位置和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系速度向量；
以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；
以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点；
根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；
根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标，包括：
获取各个所述第一网格格点的地心地固坐标系坐标；
根据各个所述第一网格格点的地心地固坐标系坐标、所述目标观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第一网格格点的理论多普勒值；
分别消除所述天基机会信号的各所述第一网格格点理论多普勒值，得到多个消除理论多普勒频偏后的天基机会信号；
将各所述消除理论多普勒频偏后的天基机会信号的导频信号幅值进行平方计算，得到多个平方信号；
确定各所述平方信号中，I路和Q路幅值之差的绝对值之和最小的平方信号对应的地心地固坐标系坐标，即为所述当前信号计数对应的定位位置坐标。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点，包括：
将所述二次定位位置坐标转换成大地坐标系坐标；
以所述二次定位位置坐标对应的大地坐标系坐标为中心，按照预设网格化步长，计算网格化范围限定量范围内的各个网格格点的大地坐标系坐标，得到多个所述第一网格格点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述当前信号计数等于预设计数阈值，将所述当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵，得到初始观测向量矩阵；
对地球表面按照经纬度进行网格化，得到多个第二网格格点；
根据各所述第二网格格点的坐标和所述初始观测向量矩阵，计算各所述第二网格格点的理论多普勒值；
确定所述天基机会信号的导频信号中与所述理论多普勒值差值最小的信号对应的位置的坐标，得到初始位置估计坐标。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据各所述第二网格格点的坐标和所述初始观测向量矩阵，计算各所述第二网格格点的理论多普勒值，包括：
计算各所述第二网格格点的大地坐标系坐标；
将各所述第二网格格点的大地坐标系转换为地心地固坐标系坐标；
根据各所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标、所述初始观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第二网格格点的理论多普勒值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据各所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标、所述初始观测向量矩阵中的用户在当前历元时刻的运动姿态、所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量计算各所述第二网格格点的理论多普勒值包括：
通过公式计算各所述第二网格格点的理论多普勒值，其中，dft为理论多普勒值，f0为所述天基机会信号的导频信号的中心频率，c为光速，vu为用户在当前历元时刻的速度，vs所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固速度向量，pk为所述第二网格格点的地心地固坐标系坐标，ps为所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系坐标，εd为噪声，fc为接收机本振中心频率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，包括：
若所述当前信号计数大于所述预设计数阈值，比较所述当前信号计数与预设向量总数，其中，所述预设向量总数是指所述目标观测向量矩阵中预设的观测向量的总数量，所述预设向量总数大于等于所述预设计数阈值；
若所述当前信号计数小于等于所述预设向量总数，则将所述当前信号计数对应的所述观测向量添加到观测向量矩阵，得到所述目标观测向量矩阵；
若所述当前信号计数大于所述预设向量总数，则将所述当前信号计数对应的所述观测向量添加到观测向量矩阵，并删除所述观测向量矩阵中最小的所述当前信号计数对应的观测向量，得到所述目标观测向量矩阵。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述当前信号计数小于预设计数阈值，将所述当前历元时刻对应的观测向量添加到观测向量矩阵。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标，包括：
通过公式并由公式df(tm)＝df(Ri,tm)在Ri处泰勒展开并舍去二阶及二阶以上小量后得到线性观测方程，其中R为[Pu,η]，Pu＝[pux,puy,puz]为用户位置坐标，Ri代表第i次迭代后的结果，η为所述天基机会信号的中心频率与接收机本振中心频率之间的差值；
通过公式Ri+1＝Ri+(GTWG)-1GTWY进行加权迭代最小二乘，得到初始定位位置坐标，其中，方向矩阵G为
W为权值矩阵，W＝diag[snr1,snr2,…,snrm]，diag为对角阵，Y为残差向量，Y＝df(tm)-df(Ri,tm)，tm为所述当前历元时刻，snr为所述天基机会信号的信噪比估计值。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置，包括：
通过公式确定当前时刻用户的位置，其中，puf为所述当前时刻用户的位置，p2所述当前信号计数对应的定位位置坐标，vu为用户当前历元时刻的速度，au用户当前历元时刻的加速度，t为所述当前时刻，tm为所述当前历元时刻。
11.一种基于直接位置估计的多普勒定位定位装置，其特征在于，所述装置包括：
信号接收模块，用于接收当前历元时刻的天基机会信号；
信号计数更新模块，用于得到当前信号计数，所述信号计数用于表征接收到的天基机会信号的总数量；
目标观测向量矩阵获取模块，用于若所述当前信号计数大于预设计数阈值，获取目标观测向量矩阵，其中，所述目标观测向量矩阵包括观测向量，所述目标观测向量矩阵包括表征所述天基机会信号的特征参数的观测向量，以及表征预设信号计数范围内的历史天基机会信号的特征参数的观测向量，所述观测向量至少包括历元时刻、用户的运动姿态、所述天基机会信号的多普勒估计值、所述天基机会信号的信噪比估计值、信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系位置和所述信号发射源在当前历元时刻的地心地固坐标系速度向量；
加权迭代最小二乘模块，用于以上一信号计数对应的定位位置坐标作为初始位置，根据所述目标观测向量矩阵对应的线性观测方程进行加权迭代最小二乘，得到二次定位位置坐标；
网格化模块，用于以所述二次定位位置坐标为中心在预设范围内进行网格化，得到多个第一网格格点；
直接位置估计模块，用于根据所述天基机会信号的导频信号对各所述第一网格格点进行直接位置估计，得到当前信号计数对应的定位位置坐标；
定位模块，用于根据用户当前历元时刻的运动姿态和所述当前信号计数对应的定位位置坐标，定位当前时刻用户的位置。
12.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至10中任一项所述方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104977594A (zh) * 2015-05-29 2015-10-14 南京航空航天大学 基于非合作导航卫星信号的无码多普勒定轨方法
CN107340529A (zh) * 2017-05-31 2017-11-10 中国电子科技集团公司第三十六研究所 一种星载测频定位方法、装置和系统
CN108287353A (zh) * 2018-01-03 2018-07-17 武汉理工大学 天基无人机通讯卫星定位跟踪方法
CN109521448A (zh) * 2018-12-18 2019-03-26 清华大学 基于轨道根数预测的星载导航接收机定位授时方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100617786B1 (ko) * 2004-07-13 2006-08-28 삼성전자주식회사 도플러 변화를 보상하는 고감도 전세계위치확인 시스템수신기 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104977594A (zh) * 2015-05-29 2015-10-14 南京航空航天大学 基于非合作导航卫星信号的无码多普勒定轨方法
CN107340529A (zh) * 2017-05-31 2017-11-10 中国电子科技集团公司第三十六研究所 一种星载测频定位方法、装置和系统
CN108287353A (zh) * 2018-01-03 2018-07-17 武汉理工大学 天基无人机通讯卫星定位跟踪方法
CN109521448A (zh) * 2018-12-18 2019-03-26 清华大学 基于轨道根数预测的星载导航接收机定位授时方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于多普勒参数测量的单星无源定位技术研究;朱一凡;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》(第3期);I136-1354 *

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