CN114325784A - 一种基于超表面技术的gnss遮蔽空间定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，包括以下步骤：S1、在开阔区域获得高精度定位，获取每个定位点a3下的精确测距信息和相位信息；S2、计算任意时刻t下的卫星与定位点a3间的伪距离和相位特征值；S3、计算任意时刻t，定位点a3测得的距离误差；S4、基于定位点a3构建遮蔽区域的位置信息虚拟特征库；S5、根据遮蔽区域的动态接收信号特性实施获取遮蔽区域的自身位置。本发明解决了GNSS导航定位从开阔区域向遮蔽区域过渡问题；解决了GNSS在遮蔽区域的连续定位问题，扩大商用接收机连续定位应用范围；降低反欺骗接收机成本。

Description

一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法

技术领域

本发明涉及定位领域，特别涉及一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法。

背景技术

根据导航定位的原理，在用户当前位置未知的情况下，接收机至少需要得到4颗卫星的信息才能进行定位和定时工作。

假设接收机已经成功锁定到4颗导航卫星，并且通过导航电文计算得到4颗卫星的空间位置坐标，分别为(x_i y_i z_i)(i＝1，...，4)，用户当前位置坐标为(x_u y_u z_u)，本地接收机相对于UTC时间的钟差为Δt，通过下式就可计算出用户位置坐标和钟差值。

式中，ρ_i(i＝1，...，4)为用户接收机位置到观测卫星的距离；c为光速；

在已知用户位置的情况下，一般只需要1颗卫星就能够实现时间同步，如果能观察到4颗或以上，就能精确定位出接收机天线所在位置、速度和时间信息，进而实现定位、测速和精密授时功能，下图是卫星导航系统中时间测量的原理示意图。利用上式求得的钟差Δt来修正用户时钟就可以实现与卫星导航时间的同步。

图1中，Δt为用户接收机时钟与UTC时间的真实时差，即：

Δt＝t_UTC-U-t_R-U

式中，T_UTC-U以UTC时间为基准计数的用户时间

t_R-U以本地接收机时钟晶振为基准计数的用户时间

t_UTC-SV以UTC时间为基准计数的卫星时间

并且有：

t_∑＝t_R+t_i+t_j+t_r

式中

为测得的卫星到接收机的时差；

Δt_SV为卫星时钟相对于UTC的时差；

t_R为只考虑卫星到接收机距离的时延值；

t_i为由电离层引入的附加时延值；

t_j为由对流层引入的附加时延值；

t_r为接收天线、天线线缆及接收机本身引入的附加设备时延值。

上式中t_R、t_i、t_j等可以通过接收机提取的导航电文中的数据计算得到相应的值，T_r可以通过对天线及设备进行延时测定得到，通过计算就可以得到钟差Δt。

根据原理，GNSS接收机被动接收GNSS无线电信号，经过下变频、捕获、跟踪、定位解算，实现用户接收机终端实时获得自己的三维坐标和时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，包括以下步骤：

S1、在开阔区域获得高精度定位，获取每个定位点a3下的精确测距信息和相位信息；

S2、计算任意时刻t下的卫星与定位点a3间的伪距离和相位特征值；

S3、计算任意时刻t，定位点a3测得的距离误差；

S4、基于定位点a3构建遮蔽区域的位置信息虚拟特征库；

S5、根据遮蔽区域的动态接收信号特性实施获取遮蔽区域的自身位置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1当中，假定在开阔区域下已知高精度定位点a3坐标为[x1，y1，z1]，卫星坐标分别为

式中：

为第n颗卫星的坐标。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S2当中，任意时刻t下的卫星与定位点a3间的伪距离和相位特征值为

式中：

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的伪码距离；

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的相位特征值。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3当中，任意时刻t，定位点a3测得的距离误差为

式中

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的距离，

计算公式如下：

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S4当中，假设任意一点i处伪距和相位特征信息为T_i，则该点的特征库信息为A_i，则该点的特征信息为

A_i＝T_i-E

式中：

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机第i点处的伪码距离；

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机第i点处的相位特征值；

则由a3点作为基准点构建的遮蔽区域任意i点位置S_i处的特征库为A_i。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1：本发明解决了GNSS导航定位从开阔区域向遮蔽区域过渡问题。

2：本发明解决了GNSS在遮蔽区域的连续定位问题，扩大商用接收机连续定位应用范围。

3：本发明降低反欺骗接收机成本。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的背景技术中示意图；

图2是本发明的实施例中定位示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图2所示，本发明提供一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，包括以下步骤：

S1、在开阔区域获得高精度定位，获取每个定位点a3下的精确测距信息和相位信息，假定在开阔区域下已知高精度定位点a3坐标为[x1,y1,z1]，卫星坐标分别为

式中：

为第n颗卫星的坐标；

S2、计算任意时刻t下的卫星与定位点a3间的伪距离和相位特征值，任意时刻t下的卫星与定位点a3间的伪距离和相位特征值为

式中：

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的伪码距离；

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的相位特征值(或称为载波相位距离)；

S3、计算任意时刻t，定位点a3测得的距离误差，任意时刻t，定位点a3测得的距离误差为

式中

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的距离，

计算公式如下：

S4、基于定位点a3构建遮蔽区域的位置信息虚拟特征库，假设任意一点i处伪距和相位特征信息为T_i，则该点的特征库信息为A_i，则该点的特征信息为

A_i＝T_i-E

式中：

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机第i点处的伪码距离；

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机第i点处的相位特征值(或称为载波相位距离)；

则由a3点作为基准点构建的遮蔽区域任意i点位置S_i处的特征库为；

S5、根据遮蔽区域的动态接收信号特性实施获取遮蔽区域的自身位置。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在开阔区域获得高精度定位，获取每个定位点a3下的精确测距信息和相位信息；

S2、计算任意时刻t下的卫星与定位点a3间的伪距离和相位特征值；

S3、计算任意时刻t，定位点a3测得的距离误差；

S4、基于定位点a3构建遮蔽区域的位置信息虚拟特征库；

S5、根据遮蔽区域的动态接收信号特性实施获取遮蔽区域的自身位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，其特征在于，所述步骤S1当中，假定在开阔区域下已知高精度定位点a3坐标为[x1,y1,z1]，卫星坐标分别为

式中：

为第n颗卫星的坐标。

3.根据权利要求2所述的一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，其特征在于，所述步骤S2当中，任意时刻t下的卫星与定位点a3间的伪距离和相位特征值为

式中：

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的伪码距离；

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的相位特征值。

4.根据权利要求1所述的一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，其特征在于，所述步骤S3当中，任意时刻t，定位点a3测得的距离误差为

式中

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机a3的距离，

计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于超表面技术的GNSS遮蔽空间定位方法，其特征在于，所述步骤S4当中，假设任意一点i处伪距和相位特征信息为T_i，则该点的特征库信息为A_i，则该点的特征信息为

A_i＝T_i-E

式中：

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机第i点处的伪码距离；

分别为第1～n颗观测卫星到用户接收机第i点处的相位特征值；

则由a3点作为基准点构建的遮蔽区域任意i点位置S_i处的特征库为A_i。

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