CN112394383A - 一种卫星与5g基站组合定位方法及装置 - Google Patents

一种卫星与5g基站组合定位方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种卫星和5G基站组合定位方法及装置，根据伪距和方向信息，以及每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。在卫星定位系统基础上，联合5G基站定位源共同对接收机定位，弥补了卫星构型差的缺点，提高定位精度，此外，根据方差分量估计，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，进而确定各个定位源最终观测权重，基于加权最小二乘法解算位置，进一步提高了定位精度。

Description

一种卫星与5G基站组合定位方法及装置
技术领域
本发明涉及无线电定位技术领域，特别是涉及一种卫星与5G基站组合定位方法及装置。
背景技术
卫星定位系统可以实现全球全天候定位，在人们生活中发挥着重要作用。
然而，在复杂城市环境中，卫星几何构型差、道路两侧建筑物遮挡导致信号连续性差等问题，严重影响了卫星定位系统的性能，导致定位精度下降。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种卫星与5G基站组合定位方法及装置，以实现提高定位精度。具体技术方案如下：
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种卫星和5G基站组合定位方法，所述方法包括：
接收多个定位源发送的定位信号，基于所述定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；所述定位源包括卫星定位源和5G基站定位源；
根据所述伪距和所述方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，所述第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，所述第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差；
根据所述卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定所述5G基站定位源的第二观测权重矩阵；
根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、所述第一观测权重矩阵以及所述第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值；
根据所述第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据所述第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值；
根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及所述权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵；
根据所述伪距和所述方向信息，以及所述每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。
可选的，所述根据卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，包括：
利用如下公式确定各个卫星定位源的权重，从而获得第一观测权重矩阵：
Figure BDA0002740088130000021
其中，P1表示第一观测权重矩阵，θ(1)表示第一个卫星定位源的高度角，n1表示卫星定位源的数目。
可选的，所述根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、所述第一观测权重矩阵以及所述第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，包括：
基于如下公式计算所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值和所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值：
Figure BDA0002740088130000031
Figure BDA0002740088130000032
Figure BDA0002740088130000033
Figure BDA0002740088130000034
N＝N1+N2
其中，
Figure BDA0002740088130000035
表示所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值，
Figure BDA0002740088130000036
表示所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值，V1表示第一伪距残差，V2表示第二伪距残差，P1表示第一观测权重矩阵，P2表示第二观测权重矩阵，n1表示卫星定位源的数目，n2表示5G基站定位源的数目，H1表示所述接收机相对于各个卫星定位源的方向信息矩阵，H2表示所述接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息矩阵，N1表示第一构造矩阵，N2表示第二构造矩阵，tr(·)表示矩阵的迹。
可选的，所述根据所述第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据所述第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正的步骤，包括：
基于如下公式对所述第一观测权重矩阵和所述第二观测权重矩阵进行修正：
Figure BDA0002740088130000037
Figure BDA0002740088130000038
其中，k表示迭代次数，c表示预设常数，P1(k)表示第k次迭代修正后的第一观测权重矩阵，P2(k)表示第k次迭代修正后的第二观测权重矩阵。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种卫星和5G基站组合定位装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于接收多个定位源发送的定位信号，基于所述定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；所述定位源包括卫星定位源和5G基站定位源；
第二确定模块，用于根据所述伪距和所述方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，所述第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，所述第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差；
第三确定模块，用于根据所述卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定所述5G基站定位源的第二观测权重矩阵；
第四确定模块，用于根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、所述第一观测权重矩阵以及所述第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值；
第五确定模块，用于根据所述第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据所述第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值；
第六确定模块，用于根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及所述权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵；
定位模块，用于根据所述伪距和所述方向信息，以及所述每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。
可选的，所述第三确定模块，具体用于：
利用如下公式确定各个卫星定位源的权重，从而获得第一观测权重矩阵：
Figure BDA0002740088130000051
其中，P1表示第一观测权重矩阵，θ(1)表示第一个卫星定位源的高度角，n1表示卫星定位源的数目。
可选的，所述第四确定模块，具体用于：
基于如下公式计算所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值和所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值：
Figure BDA0002740088130000052
Figure BDA0002740088130000053
Figure BDA0002740088130000054
Figure BDA0002740088130000055
N＝N1+N2
其中，
Figure BDA0002740088130000056
表示所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值，
Figure BDA0002740088130000057
表示所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值，V1表示第一伪距残差，V2表示第二伪距残差，P1表示第一观测权重矩阵，P2表示第二观测权重矩阵，n1表示卫星定位源的数目，n2表示5G基站定位源的数目，H1表示所述接收机相对于各个卫星定位源的方向信息矩阵，H2表示所述接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息矩阵，N1表示第一构造矩阵，N2表示第二构造矩阵，tr(·)表示矩阵的迹。
可选的，所述第五确定模块，具体用于：
基于如下公式对所述第一观测权重矩阵和所述第二观测权重矩阵进行修正：
Figure BDA0002740088130000061
Figure BDA0002740088130000062
其中，k表示迭代次数，c表示预设常数，P1(k)表示第k次迭代修正后的第一观测权重矩阵，P2(k)表示第k次迭代修正后的第二观测权重矩阵。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一方法步骤。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法步骤。
本发明实施例有益效果：
应用本发明实施例提供的卫星与5G基站组合的定位方法及装置，在卫星定位系统基础上，联合5G基站定位源共同对接收机定位，弥补了卫星构型差的缺点，提高定位精度，此外，根据方差分量估计，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，进而确定各个定位源最终观测权重，基于加权最小二乘法解算位置，进一步提高了定位精度。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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他的附图。
图1为本发明实施例提供的卫星和5G基站组合定位方法的一种流程示意图；
图2为本发明实施例提供的卫星和5G基站组合定位系统的一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的卫星和5G基站组合定位装置的一种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有的卫星定位系统中卫星构型差导致定位精度不高的技术问题，本发明实施例提供了一种卫星与5G基站组合定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
参见图1，图1为本发明实施例提供的卫星与5G基站组合定位方法的一种流程示意图，方法可以包括以下步骤：
S101：接收多个定位源发送的定位信号，基于定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；定位源包括卫星定位源和5G基站定位源。
为了降低卫星构型差对定位精度的影响，本发明实施例中，联合卫星与5G基站对接收机进行定位。本发明实施例中所提到的卫星可以为北斗卫星。
参见图2，图2为本发明实施例提供的卫星和5G基站组合定位系统的一种结构示意图，如图2所示，定位源包括多个卫星定位源和多个5G基站定位源，各个定位源向接收机发送定位信号，接收机接收定位信号，根据所接收的定位信号对自身进行定位。
定位信号可以由载波、伪码和数据码三个信号层次构成，接收机可以根据定位信号，采用现有的定位技术确定自身相对于各个定位源的伪距以及相对各个定位源的方向信息。
接收机根据定位信号确定自身相对于定位源的伪距和相对定位源的方向信息的具体过程可以参见相关技术，在此不赘述。
S102：根据伪距和方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差。
本发明实施例中，接收机可以根据自身相对于各个定位源的伪距，以及自身相对于各个定位源的方向信息，采用最小二乘法解算自身位置。
具体的，由于定位源和接收机之间存在时钟偏差，因此伪距观测方程可以表示为：
Figure BDA0002740088130000081
其中，n表示定位源的序号，
Figure BDA0002740088130000082
表示第n个定位源到接收机的伪距，r(n)为第n个定位源到接收机的真实距离，
Figure BDA0002740088130000083
表示卫星定位源与接收机的时钟偏差，
Figure BDA0002740088130000084
表示5G基站定位源与接收机的时钟偏差，
Figure BDA0002740088130000085
表示第n个定位源的伪距测量误差。容易理解的，上述公式中，
Figure BDA0002740088130000086
和
Figure BDA0002740088130000087
二者选择其一生效，当定位源为卫星定位源时，不存在
Figure BDA0002740088130000088
这一项，当定位源为5G基站定位源时，不存在
Figure BDA0002740088130000089
这一项。
为了求解上式，可以将上式线性化，得到观测方程组，其矩阵形式为：
HΔx＝b+ερ
Figure BDA0002740088130000091
Figure BDA0002740088130000092
Figure BDA0002740088130000093
Figure BDA0002740088130000094
其中，H为雅可比矩阵，表示接收机相对于各个定位源的方向信息，
Figure BDA0002740088130000095
表示第n个定位源到接收机的单位观测矢量的x轴分量，
Figure BDA0002740088130000096
表示第n个定位源到接收机的单位观测矢量的y轴分量，
Figure BDA0002740088130000097
表示第n个定位源到接收机的单位观测矢量的z轴分量，k(n)表示第n个定位源的卫星选择系数，当第n个定位源为卫星定位源时，其值为1，反之为0；l(n)表示第n个定位源的5G基站选择系数，当第n个定位源为5G基站定位源时，其值为1，反之为0。
Δx表示目标向量，解算位置过程也可以理解为求取目标向量Δx的过程。(Δxu,Δyu,Δzu)表示接收机真实位置(xu,yu,zu)与估计位置
Figure BDA0002740088130000098
之间的偏差，
Figure BDA0002740088130000099
表示卫星定位源时钟偏差，
Figure BDA00027400881300000910
表示5G基站定位源时钟偏差，ερ表示伪距测量误差，此外，为了便于表述，向量b记为预设构造向量，其本身不具备物理含义。
根据最小二乘法，求解上述方程，即可对接收机进行定位，但是上述最小二乘法没有考虑各个定位源的权重，也就是说，每个定位源的观测权重都是相同的，这种计算方法得到的定位精度不高。
为了提高定位精度，本发明实施例中，进一步计算了每个卫星定位源的观测权重，以及每个5G基站定位源的观测权重，具体参加下文。
本发明实施例中，在根据最小二乘法解算出接收机位置后，即可确定Δx、H以及b。其中，H表示接收机相对于各个定位源的方向信息，H可以拆分为H1和H2，H1表示接收机相对于各个卫星定位源的方向信息，H2表示接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息，b也可以拆分为b1和b2，为了便于表述，b1记为第一构造向量，b2记为第二构造向量。
进一步的，可以根据残差方程计算卫星定位系统的伪距残差和5G基站系统的伪距残差。残差方程如下：
V1＝H1Δx-b1
V2＝H2Δx-b2
V1表示第一伪距残差，即卫星定位系统的伪距残差；V2表示第二伪距残差，即5G基站系统的伪距残差。
S103：根据卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定5G基站定位源的第二观测权重矩阵。
本发明实施例中，考虑到卫星的观测误差与高度有关，因此可以根据卫星高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵。卫星高度角表示水平面与卫星方向线的夹角，卫星的高度角越小，电离层、对流层和多径误差越大，因此可以设置较小的观测权重。
在本发明的一种实施例中，可以用高度角的正弦值作为观测权重，公式表示如下：
Figure BDA0002740088130000101
其中，P1表示卫星定位源的第一观测权重矩阵，n1表示卫星定位源的数目，θ(n)表示第n个卫星定位源的高度角。
此外，由于不用考虑5G基站定位源的高度因素，可以根据预设系数直接确定5G基站定位源的第二观测权重矩阵，例如预设系数为1，则所确定5G基站定位源的第二观测权重矩阵中对角线元素均为1。
上述第一观测权重和第二观测权重均为初始权重，在后续步骤中，需要对第一观测权重和第二观测权重进行修正，具体参见下文。
S104：根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、第一观测权重矩阵以及第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值。
本发明实施例中，由于卫星定位源和5G基站定位源的测量误差不同，因此可以根据最小二乘法解算结果分别估计卫星定位系统的测量误差和5G基站定位系统的测量误差。
在本发明的一种实施例中，可以基于如下公式计算卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值和5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值：
Figure BDA0002740088130000111
Figure BDA0002740088130000112
Figure BDA0002740088130000113
Figure BDA0002740088130000114
N＝N1+N2
其中，
Figure BDA0002740088130000115
表示卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值，
Figure BDA0002740088130000116
表示5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值，V1表示第一伪距残差，V2表示第二伪距残差，P1表示第一观测权重矩阵，P2表示第二观测权重矩阵，n1表示卫星定位源的数目，n2表示5G基站定位源的数目，H1表示接收机相对于各个卫星定位源的方向信息矩阵，H2表示接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息矩阵，N1表示第一构造矩阵，N2表示第二构造矩阵，tr(·)表示矩阵的迹。
具体的，可以根据Helmert方差分量估计算法计算卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值，Helmert方差分量估计严密的公式为：
Figure BDA0002740088130000121
Figure BDA0002740088130000122
Figure BDA0002740088130000123
Figure BDA0002740088130000124
N＝N1+N2
由于严密的Helmert方差分量估计的计算量较大，为了降低计算复杂性，以在更多的接收机系统中兼容，故可采用简化形式，即：
Figure BDA0002740088130000125
Figure BDA0002740088130000126
S105：根据第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值。
本发明实施例中，在确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值后，可以根据所确定的第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值分别对卫星定位源的观测权重和5G基站定位源的观测权重进行修正。
容易理解的，系统的测量误差方差越大，则对应的系统的观测权重应该越小。举例来讲，如果步骤S104计算得到的第一测量误差方差的估计值大于第二测量误差方差的估计值，表明卫星定位系统的误差较大，则可以将卫星定位源的观测权重设置的较小。
本发明实施例中，在对第一观测权重和第二观测权重进行修正后，可以根据修正后的第一观测权重和修正后的第二观测权重，返回步骤S104，重新计算第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值。即修正过程是一个迭代的过程，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值，迭代结束。
在本发明的一种实施例中，可以基于如下公式对第一观测权重和第二观测权重进行修正：
Figure BDA0002740088130000131
Figure BDA0002740088130000132
其中，k表示迭代次数，c表示预设常数，P1(k)表示第k次迭代修正后的第一观测权重矩阵，P2(k)表示第k次迭代修正后的第二观测权重矩阵。
举例来讲，以第k轮迭代为例，根据上述公式计算第k轮迭代后的第一观测权重P1(k)和第二观测权重P2(k)，返回步骤S104，重新计算第一测量误差方差的估计值
Figure BDA0002740088130000133
和第二测量误差方差的估计值
Figure BDA0002740088130000134
判断第一测量误差方差的估计值
Figure BDA0002740088130000135
和第二测量误差方差的估计值
Figure BDA0002740088130000136
的差值绝对值是否小于预设阈值，若不小于，则进入第k+1轮迭代，按照上式计算第k+1轮迭代后的第一观测权重P1(k+1)和第二观测权重P2(k+1)，并再次返回步骤S104。直到第一测量误差方差的估计值
Figure BDA0002740088130000137
和第二测量误差方差的估计值
Figure BDA0002740088130000138
的差值绝对值小于预设阈值。
其中，预设阈值可以根据实际需要进行设定，一种实施方式中，设定预设阈值为0.01。
S106：根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵。
本发明实施例中，当第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值时，迭代结束。可以根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比。
容易理解的，测量误差方差越大，则权值应设置的越小，即测量误差方差和权值是反比关系。例如，最终第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的比值为1:1.2，则卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比可以为1.2:1。
此外，可以结合当前的第一观测权重和第二观测权重，计算每个定位源的最终观测权重。
举例来讲，若卫星定位源数目为3，5G基站定位源数目为4，卫星定位源的第一观测权重分别为0.8、0.9、1.1，5G基站定位源的第二观测权重分别为1、1、1和1，卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比为1.2:1，则卫星定位源的最终观测权重依次分别为：0.8×1.2、0.9×1.2和1.1×1.2，5G基站定位源的最终观测权重依次分别为1×1、1×1、1×1和1×1。
S107：根据伪距和方向信息，以及每个定位源的最终观测权重矩阵，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。
本发明实施例中，在确定各个定位源的最终观测权重后，可以在S101获取的伪距和方向信息的基础上，结合每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法再次解算接收机位置。与步骤S102中最小二乘法解算接收机位置的过程相比，增加了各个定位源的权重信息，基于加权最小二乘法解算接收机位置，即可得到接收机的定位结果。
应用本发明实施例提供的卫星与5G基站组合的定位方法，接收多个定位源发送的定位信号，基于定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；定位源包括卫星定位源和5G基站定位源；根据伪距和方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差；根据卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定5G基站定位源的第二观测权重矩阵；根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、第一观测权重矩阵以及第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值；根据第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值；根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵；根据伪距和方向信息，以及每个定位源的最终观测权重矩阵，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。可见，在卫星定位系统基础上，联合5G基站定位源共同对接收机定位，弥补了卫星构型差的缺点，提高定位精度，此外，根据方差分量估计，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，进而确定各个定位源最终观测权重，基于加权最小二乘法解算位置，进一步提高了定位精度。
相应于本发明实施例提供的卫星和5G基站组合定位方法实施例，本发明实施例还提供了一种卫星和5G基站组合定位装置，参见图3，装置可以包括以下模块：
第一确定模块301，用于接收多个定位源发送的定位信号，基于定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；定位源包括卫星定位源和5G基站定位源；
第二确定模块302，用于根据伪距和方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差；
第三确定模块303，用于根据卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定5G基站定位源的第二观测权重矩阵；
第四确定模块304，用于根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、第一观测权重矩阵以及第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值；
第五确定模块305，用于根据第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值；
第六确定模块306，用于根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵；
定位模块307，用于根据伪距和方向信息，以及每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。
应用本发明实施例提供的卫星与5G基站组合的定位装置，在卫星定位系统基础上，联合5G基站定位源共同对接收机定位，弥补了卫星构型差的缺点，提高定位精度，此外，根据方差分量估计，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，进而确定各个定位源最终观测权重，基于加权最小二乘法解算位置，进一步提高了定位精度。
在本发明的一种实施例中，第三确定模块303，具体可以用于：
利用如下公式确定各个卫星定位源的权重，从而获得第一观测权重矩阵：
Figure BDA0002740088130000171
其中，P1表示第一观测权重矩阵，θ(1)表示第一个卫星定位源的高度角，n1表示卫星定位源的数目。
在本发明的一种实施例中，第四确定模块304，具体可以用于：
基于如下公式计算卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值和5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值：
Figure BDA0002740088130000172
Figure BDA0002740088130000173
Figure BDA0002740088130000174
Figure BDA0002740088130000175
N＝N1+N2
其中，
Figure BDA0002740088130000176
表示卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值，
Figure BDA0002740088130000177
表示5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值，V1表示第一伪距残差，V2表示第二伪距残差，P1表示第一观测权重矩阵，P2表示第二观测权重矩阵，n1表示卫星定位源的数目，n2表示5G基站定位源的数目，H1表示接收机相对于各个卫星定位源的方向信息矩阵，H2表示接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息矩阵，N1表示第一构造矩阵，N2表示第二构造矩阵，tr(·)表示矩阵的迹。
在本发明的一种实施例中，第五确定模块305，具体可以用于：
基于如下公式对第一观测权重矩阵和第二观测权重矩阵进行修正：
Figure BDA0002740088130000178
Figure BDA0002740088130000181
其中，k表示迭代次数，c表示预设常数，P1(k)表示第k次迭代修正后的第一观测权重矩阵，P2(k)表示第k次迭代修正后的第二观测权重矩阵。
基于相同的发明构思，根据上述卫星和5G基站组合定位方法实施例，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，包括处理器401、通信接口402、存储器403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信，
存储器403，用于存放计算机程序；
处理器401，用于执行存储器403上所存放的程序时，实现如下步骤：
接收多个定位源发送的定位信号，基于定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；定位源包括卫星定位源和5G基站定位源；
根据伪距和方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差；
根据卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定5G基站定位源的第二观测权重矩阵；
根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、第一观测权重矩阵以及第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值；
根据第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、第一伪距残差、第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值；
根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵；
根据伪距和方向信息，以及每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
应用本发明实施例提供的电子设备，在卫星定位系统基础上，联合5G基站定位源共同对接收机定位，弥补了卫星构型差的缺点，提高定位精度，此外，根据方差分量估计，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，进而确定各个定位源最终观测权重，基于加权最小二乘法解算位置，进一步提高了定位精度。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一卫星和5G基站组合定位方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一卫星和5G基站组合定位方法的步骤。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于卫星和5G基站组合定位装置、电子设备、计算机可读存储介质及计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于卫星和5G基站组合定位方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见卫星和5G基站组合定位方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种卫星和5G基站组合定位方法，其特征在于，所述方法包括：
接收多个定位源发送的定位信号，基于所述定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；所述定位源包括卫星定位源和5G基站定位源；
根据所述伪距和所述方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，所述第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，所述第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差；
根据所述卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定所述5G基站定位源的第二观测权重矩阵；
根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、所述第一观测权重矩阵以及所述第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值；
根据所述第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据所述第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值；
根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及所述权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵；
根据所述伪距和所述方向信息，以及所述每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，包括：
利用如下公式确定各个卫星定位源的权重，从而获得第一观测权重矩阵：
Figure FDA0002740088120000021
其中，P1表示第一观测权重矩阵，θ(1)表示第一个卫星定位源的高度角，n1表示卫星定位源的数目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、所述第一观测权重矩阵以及所述第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，包括：
基于如下公式计算所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值和所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值：
Figure FDA0002740088120000022
Figure FDA0002740088120000023
Figure FDA0002740088120000024
Figure FDA0002740088120000025
N＝N1+N2
其中，
Figure FDA0002740088120000026
表示所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值，
Figure FDA0002740088120000027
表示所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值，V1表示第一伪距残差，V2表示第二伪距残差，P1表示第一观测权重矩阵，P2表示第二观测权重矩阵，n1表示卫星定位源的数目，n2表示5G基站定位源的数目，H1表示所述接收机相对于各个卫星定位源的方向信息矩阵，H2表示所述接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息矩阵，N1表示第一构造矩阵，N2表示第二构造矩阵，tr(·)表示矩阵的迹。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据所述第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正的步骤，包括：
基于如下公式对所述第一观测权重矩阵和所述第二观测权重矩阵进行修正：
Figure FDA0002740088120000031
Figure FDA0002740088120000032
其中，k表示迭代次数，c表示预设常数，P1(k)表示第k次迭代修正后的第一观测权重矩阵，P2(k)表示第k次迭代修正后的第二观测权重矩阵。
5.一种卫星和5G基站组合定位装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于接收多个定位源发送的定位信号，基于所述定位信号确定接收机相对于各个定位源的伪距，以及接收机相对于各个定位源的方向信息；所述定位源包括卫星定位源和5G基站定位源；
第二确定模块，用于根据所述伪距和所述方向信息，采用最小二乘法解算接收机位置，并根据解算结果确定第一伪距残差以及第二伪距残差，所述第一伪距残差为卫星定位系统的伪距残差，所述第二伪距残差为5G基站定位系统的伪距残差；
第三确定模块，用于根据所述卫星定位源的高度角确定各个卫星定位源的第一观测权重矩阵，并根据预设系数确定所述5G基站定位源的第二观测权重矩阵；
第四确定模块，用于根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、所述第一观测权重矩阵以及所述第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值；
第五确定模块，用于根据所述第一测量误差方差的估计值对各个卫星定位源的第一观测权重矩阵进行修正，根据所述第二测量误差方差的估计值对各个5G基站定位源的第二观测权重矩阵进行修正，并返回根据接收机相对于各个卫星定位源的方向信息、接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息、所述第一伪距残差、所述第二伪距残差、修正后的第一观测权重矩阵以及修正后的第二观测权重矩阵，确定所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值以及所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值的步骤，直到第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值的差值绝对值小于预设阈值；
第六确定模块，用于根据当前第一测量误差方差的估计值和第二测量误差方差的估计值，确定卫星定位系统与5G基站定位系统的权值比，并根据当前的第一观测权重矩阵、当前的第二观测权重矩阵以及所述权值比，确定每个定位源的最终观测权重矩阵；
定位模块，用于根据所述伪距和所述方向信息，以及所述每个定位源的最终观测权重，采用加权最小二乘法解算接收机位置，得到接收机的定位结果。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块，具体用于：
利用如下公式确定各个卫星定位源的权重，从而获得第一观测权重矩阵：
Figure FDA0002740088120000041
其中，P1表示第一观测权重矩阵，θ(1)表示第一个卫星定位源的高度角，n1表示卫星定位源的数目。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块，具体用于：
基于如下公式计算所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值和所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值：
Figure FDA0002740088120000051
Figure FDA0002740088120000052
Figure FDA0002740088120000053
Figure FDA0002740088120000054
N＝N1+N2
其中，
Figure FDA0002740088120000055
表示所述卫星定位系统的第一测量误差方差的估计值，
Figure FDA0002740088120000056
表示所述5G基站定位系统的第二测量误差方差的估计值，V1表示第一伪距残差，V2表示第二伪距残差，P1表示第一观测权重矩阵，P2表示第二观测权重矩阵，n1表示卫星定位源的数目，n2表示5G基站定位源的数目，H1表示所述接收机相对于各个卫星定位源的方向信息矩阵，H2表示所述接收机相对于各个5G基站定位源的方向信息矩阵，N1表示第一构造矩阵，N2表示第二构造矩阵，tr(·)表示矩阵的迹。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第五确定模块，具体用于：
基于如下公式对所述第一观测权重矩阵和所述第二观测权重矩阵进行修正：
Figure FDA0002740088120000057
Figure FDA0002740088120000058
其中，k表示迭代次数，c表示预设常数，P1(k)表示第k次迭代修正后的第一观测权重矩阵，P2(k)表示第k次迭代修正后的第二观测权重矩阵。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
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