CN117761745B - 一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法，属于卫星定位领域。所述方法先利用单点信息筛选方法，基于伪距观测值对单时刻点的可见卫星进行筛选，选出单时刻点的可用卫星信息；然后利用单点信息筛选获得的可用卫星信息组成包含历史信息序列的解算列表，从解算列表中筛选出定位解算的最优解算组合；若有新加入解算列表的信息组合时，将解算列表中的冗余信息、过早信息进行剔除，保证解算列表的最优。所述方法在可用卫星数量有限，且卫星信号干扰严重的情况下，优选出卫星信号有效且信号质量相对较好的卫星信息，实现信息的有效利用；同时将有效的卫星信息，引入到融合定位中，提高定位精度和连续性。

Description

一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法

技术领域

本发明属于卫星定位领域，具体涉及一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法。

背景技术

目前室外定位以GPS为主要代表的GNSS系统为主，但是在如地下通道、立交桥下、街道树荫、城市峡谷等地方时，GNSS由于信号受阻、无法接收到足够多卫星信号，而无法实现定位。因此有的学者发展了在少星情况下的定位方法，主要的研究方向是利用气压测高、PDR、WIFI、视觉等来辅助GNSS。也有学者尝试利用卫星信号历史信息进行融合，从而实现在少星情况下的连续定位，此时可以利用更多的信息来实现更高精度的定位，同时也可以有效的辅助如PDR、视觉等方法带来的累积误差，从而保证连续定位的精度。但是如何对于可用卫星少于4颗情况下，对于定位过程中如何对融合信息进行筛选，从而实现更高精度的定位，还没有系统的办法。

现有技术中，部分学者采用最佳几何误差因子法进行定位计算，该方法对所有可见的卫星进行遍历，分别对每种可能的组合情况进行几何精度因子求解，进而从中选出几何精度因子值最小的卫星组合。该方法可靠性强，可得到很好的定位精度；此方法要对所有可能的卫星组合进行遍历，运算复杂、用时长，尤其当卫星系统多且可视星数目多时，实时性非常差。与此同时，该方法基于卫星数量够多，且卫星信号质量良好的情况才有效，对于卫星少于4颗时，此方法不适用。

部分学者采用最大四面体体积法，该方法通过计算由可视卫星与用户组成的多面体的体积，从而选出体积最大的组合，此时几何精度因子值最小。但此方法与最佳几何误差因子法相类似，该方法也要遍历所有多面体组合，也存在运算复杂、用时长的问题。对于卫星少于4颗时，此方法不适用。

还有部分学者采用最大行列式法，该方法是通过计算方向余弦组成的矩阵行列式值，从中选择出行列式值最大时所对应的卫星组合，由于几何精度因子值和行列式绝对值之间成反比关系，几何精度因子值随行列式绝对值的增大而减小。此种方法相比于前两种方法降低了计算任务，计算所需耗时减少，但是依旧无法实现快速选星。考虑的是在卫星数量有限，且卫星信号干扰严重的情况下，无法进行有效的信息选择。

发明内容

考虑在卫星数量有限，即可用卫星少于四颗的情况，且卫星信号干扰严重导致定位信息选择困难的技术问题，本发明提出了一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法，该方法基于历史信息融合的少星定位的融合信息的筛选，设计了相应的优选方法，从而实现信息的有效利用，提高定位精度和连续性。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法，包括以下步骤：

单点信息筛选，利用伪距观测值对单时刻点的可见卫星进行筛选，选出单时刻点的可用卫星信息；

基于历史信息的信息优选，利用单点信息筛选获得的可用卫星信息组成包括历史信息序列的解算列表，从解算列表中筛选出定位解算的最优解算组合；

冗余信息剔除，当有新加入解算列表的信息时，将解算列表中的冗余信息、过早信息剔除。

本发明的有益效果：

（1）在可用卫星数量有限，且卫星信号干扰严重的情况下，优选出卫星信号有效且信号质量相对较好的卫星信息，实现信息的有效利用；

（2）利用有效的卫星信息，引入到融合定位中，提高定位精度和连续性。

附图说明

图1为本发明的一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法的示意图。

具体实施方式

本发明是一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法，先利用单点信息筛选方法选出单点可用观测卫星信息，主要是利用伪距观测值进行筛选。然后基于时间序列的信息优选出最有解算组合序列用于位置解算，最后是冗余信息剔除，将重复信息和过早信息进行剔除，保证历史序列的最优。如图1所示为本发明的一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法的示意图，具体步骤如下：

步骤1：单点信息筛选，在k+1时刻，有新的卫星观测信息输入时，对卫星观测信息进行校正，校正后的伪距值，其中/>表示第k+1时刻卫星j与用户之间的真实距离，/>是卫星接收机的种差，/>是包括多径误差、白噪声在内的测量误差；然后计算校正后伪距之间的差值，其中分别表示第k+1时刻、第k时刻的校正后的伪距值，/>分别表示第k+1时刻、第k时刻卫星j与用户之间的真实距离，/>分别表示第k+1时刻、第k时刻的卫星接收机的钟差，/>分别表示第k+1时刻、第k时刻的测量误差，/>为卫星j的卫星编号。假设用户为低速运动，故对于低速运动用户而言，连续两个采样时刻移动的距离有限，则/>。与此同时，连续两个采样时刻之间的接收机种差变化很小，则/>，校正后伪距值之间的差值可等价为，由于/>是测量噪声，包括多径误差、白噪声等，因此在连续两个采样时刻内的变化不会很巨大，一定时间内其值在一定阈值/>范围内，因此用校正后伪距值之间的差值/>来筛第选k+1时刻卫星j的的信息是否可用，若满足/>，其中/>表示校正后伪距值之间的差值判断阈值，/>表示取绝对值，则认为卫星j在第k+1时刻的信息是可用的；对第k+1时刻的所有卫星进行筛选，将筛选出的信息组成卫星信息组合/>，进入步骤2；否则重复步骤1，等待新的观测信息接入。其中/>，/>表示第k+1时刻可用卫星数量，表示第k+1时刻可用卫星的卫星编号组合，表示所有可用卫星的校正后的伪距值的组合。

步骤2：更新解算列表，判断第k时刻的卫星信息组合而成的解算列表是否为空，若不为空，建立新的解算列表/>，/>表示矩阵转置；否则新建解算列表/>，进入步骤3。

步骤3：更新卫星编号序列，判断卫星编号序列是否为空，若为空，则利用卫星编号组合/>新建卫星编号序列/>；否则，利用卫星编号组合/>和卫星编号序列/>判断是否有新的可用卫星编号出现，即判断第k+1时刻的卫星编号组合/>中是否出现了卫星编号序列/>中没有的卫星编号，若存在卫星编号/>是卫星编号序列中没有的卫星编号，则更新卫星编号序列为/>，即卫星编号序列/>中有g+1个不同的卫星编号，其中/>和/>表示在第k+1时刻之前卫星编号序列中卫星编号，且卫星编号序列/>中有g个卫星编号，然后进入步骤4。

步骤4：卫星组合筛选，根据卫星编号序列从解算列表/>查找卫星编号为/>的卫星在解算列表/>出现的所有时刻的组合，组成卫星编号/>的时刻列表/>，其中/>表示第/>时刻，/>表示时刻编号，k+1表示第k+1时刻，p表示卫星编号/>的序号；对g+1个卫星编号都进行筛选后，得到关于卫星编号序列/>中所有卫星编号的时刻列表/>，组成所有卫星编号的时刻列表组合，其中卫星编号序列/>中在第k+1时刻有g+1个卫星编号，进入步骤5。

步骤5：重复组合剔除，对g+1个时刻列表进行筛选，若存在时刻列表/>使得，则删除时刻列表/>。经过筛选之后，组成新的时刻列表组合且/>，其中v表示有v种组合，且v不大于在卫星编号序列/>中卫星编号数量g+1；进入步骤6。

步骤6：筛选最优解算组合，利用新的时刻列表组合中对应时刻的校正后的伪距值、星历信息等观测数据，分别组合成一个求解组合，计算几何精度因子，其中H为观测矩阵，tr[]为求迹运算，/>表示矩阵求逆，表示求观测矩阵H的转置；选出其中最小的GDOP作为最优解算组合，形成解算序列，用于位置解算，进入步骤7。

步骤7：冗余信息剔除，对重复信息进行筛选，若存在卫星信息组合满足，即/>，则认为信息冗余，从解算列表删除卫星信息组合/>，而卫星信息组合/>变成新的卫星信息组合/>。其中/>，/>表示卫星信息组合，/>表示第i时刻可用卫星数量，/>表示第i时刻可用卫星的卫星编号/>的组合，/>表示所有可用卫星的校正后伪距值/>的组合。进入步骤8。

步骤8：过早信息剔除，对解算列表进行判断，计算第1时刻的时间/>与当前k+1时刻的时间/>之间的时间差值/>，若/>，其中/>表示时间阈值，则从解算列表/>中删除第1时刻的卫星信息组合/>，即解算列表向后平移1个时刻；若/>，则返回步骤1。

上述实施例为本发明较理想的实施方式，本发明实施方式不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质和基本原理所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法，其特征在于，包括以下步骤：

单点信息筛选，利用伪距观测值对单时刻点的可见卫星进行筛选，选出单时刻点的可用卫星信息；

基于历史信息的信息优选，利用单点信息筛选获得的可用卫星信息组成包括历史信息序列的解算列表，从解算列表中筛选出定位解算的最优解算组合；

冗余信息剔除，当有新加入解算列表的信息时，将解算列表中的冗余信息、过早信息剔除；

所述基于历史信息的信息优选具体包括：

更新解算列表，判断第k时刻的卫星信息组合而成的解算列表是否为空，若不为空，建立新的解算列表/>，/>表示矩阵转置；否则新建解算列表/>；

更新卫星编号序列，判断卫星编号序列是否为空，若为空，则利用卫星编号组合新建卫星编号序列/>；否则，利用卫星编号组合/>和卫星编号序列判断是否有新的可用卫星编号出现，即判断第k+1时刻可用卫星的卫星编号组合/>中是否出现了卫星编号序列/>中没有的卫星编号，若存在卫星编号/>是卫星编号序列中没有的卫星编号，则更新卫星编号序列为/>，即卫星编号序列/>中有g+1个不同的卫星编号，其中/>和/>表示在第k+1时刻之前卫星编号序列中卫星编号，且卫星编号序列/>中有g个卫星编号；

卫星组合筛选，根据卫星编号序列从解算列表/>查找卫星编号为/>的卫星在解算列表/>出现的所有时刻的组合，组成卫星编号/>的时刻列表，其中/>表示第/>时刻，/>表示时刻编号，k+1表示第k+1时刻，p表示卫星编号/>的序号；对g+1个不同的卫星编号都进行筛选后，得到关于卫星编号序列/>中所有卫星编号的时刻列表，组成时刻列表组合，其中卫星编号序列/>中在第k+1时刻有g+1个卫星编号；

重复组合剔除，对g+1个时刻列表进行筛选，若存在时刻列表/>使得/>，则删除时刻列表/>，经过筛选之后，组成新的时刻列表组合/>且，其中v表示有v种组合，且v不大于在卫星编号序列/>中卫星编号数量g+1；

筛选最优解算组合，利用新的时刻列表组合中对应时刻的校正后的伪距值、星历信息观测数据，分别组合成一个求解组合，计算几何精度因子/>，其中H为观测矩阵，tr[]为求迹运算，/>表示矩阵求逆，/>表示求观测矩阵H的转置；选出其中最小的GDOP作为最优解算组合，形成解算序列，用于位置解算；

所述冗余信息剔除具体包括：

冗余信息剔除，对重复信息进行筛选，若存在卫星信息组合满足，即/>，则认为信息冗余，从解算列表/>删除卫星信息组合/>，其中/>，表示第i时刻可用卫星数量，/>表示第i时刻可用卫星的卫星编号/>的组合，/>表示所有可用卫星的校正后伪距值/>的组合；

过早信息剔除，对解算列表进行判断，计算第1时刻的时间/>与当前k+1时刻的时间/>之间的时间差值/>，若/>，其中/>表示时间阈值，则从解算列表/>中删除第1时刻的卫星信息组合/>，即解算列表/>向后平移1个时刻。

2.根据权利要求1所述的一种用于基于历史信息融合的少星定位的信息优选方法，其特征在于，所述单点信息筛选具体包括：

在k+1时刻，有新的卫星观测信息输入时，对卫星观测信息进行校正，校正后的伪距值，计算校正后的伪距值之间的差值，其中分别表示第k+1时刻，第k时刻的校正后的伪距值，/>分别表示第k+1时刻，第k时刻卫星j与用户之间的真实距离，/>分别表示第k+1时刻，第k时刻的卫星接收机的钟差，/>分别表示第k+1时刻，第k时刻的包括多径误差、白噪声在内的测量误差，/>为卫星j的卫星编号；用校正后的伪距值之间的差值/>来筛选第k+1时刻卫星j的信息是否可用，若满足/>，其中/>表示校正后的伪距值之间的差值判断阈值，/>表示取绝对值，则认为在第k+1时刻卫星j的信息是可用的；对第k+1时刻的所有卫星信息进行筛选，将筛选出的信息组成卫星信息组合，/>表示第k+1时刻可用卫星数量，表示第k+1时刻可用卫星的卫星编号组合，表示所有可用卫星的校正后的伪距值的组合。