一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：用戶站接收機、參考站接收機，還包括：GBAS服務器和移動網(wǎng)絡，所述GBAS服務器與用戶站接收機、參考站接收機均通過移動網(wǎng)絡連接。本發(fā)明所提出的系統(tǒng)可以有效提高用戶在城市復雜環(huán)境下的定位精度，提高廉價單頻導航芯片的差分定位能力；本發(fā)明方法適用于高精度衛(wèi)星定位，提高了用戶站位置、速度、鐘差和時鐘鐘漂的精度。
【專利說明】一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)及方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)領域，更具體地，涉及一種偽距離和多普勒組合差 分定位系統(tǒng)及方法。

【背景技術】
[0002] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)包括GPS、GLONASS、北斗和伽利略系統(tǒng)，為人類導航定 位提供了巨大的便利，圖1表示一個典型的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GNSS信號接收機2捕獲和跟 蹤導航衛(wèi)星1發(fā)出的偽隨機碼以及導航數(shù)據(jù)，測量出導航衛(wèi)星1到GNSS信號接收機2的無 線電波傳輸時間，再利用導航數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的位置和速度，然后計算出用戶的位置、速度和 時間。廉價的接收機通常是以單頻多模芯片為主。自主定位的單頻接收機的精度受到電離 層延時、對流層延時、衛(wèi)星時鐘偏差、衛(wèi)星時鐘頻率漂移、衛(wèi)星星歷偏差、多徑誤差等影響， 定位精度在最優(yōu)情況下只能達到7-10米。為了提高定位精度，K.TysenMueller發(fā)明了網(wǎng) 絡差分GPS系統(tǒng)，EdwardH.Martin利用向量處理差分GPS，PeterVanWyckLoomis發(fā)明 了載波相位差分GPS相關網(wǎng)絡，PatrickA.Hwang使用雙頻率測量發(fā)明了增強差分GNSS載 波相位平滑碼處理。
[0003] 衛(wèi)星差分導航系統(tǒng)可以極大地提高衛(wèi)星定位系統(tǒng)的精度和定位完整性。最普通的 結構由參考站、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和移動站三個部分組成。事先精確測量定位的參考基站利用 高質(zhì)量的衛(wèi)星接收機，估算每一顆衛(wèi)星測量中緩慢變化的各種誤差分量，形成對可見衛(wèi)星 的測量修正，再通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡廣播給附近的移動用戶，這樣就可以得到比單點定位更 高的精度。衛(wèi)星差分定位有很多不同的方法，它們大體可以分為局域差分系統(tǒng)（Localarea differentialGNSS)，廣域差分系統(tǒng)（WideareadifferentialGNSS)和載波相位差分系 統(tǒng)（Carrier-PhasedifferentialGNSS)〇
[0004] 大部分局域差分系統(tǒng)使用單參考站，根據(jù)已知位置信息和GPS觀測數(shù)據(jù)生成差分 改正信息，通過無線通訊鏈路實時播發(fā)給移動站。如果基站和移動用戶的距離在10公里以 內(nèi)，基于碼相位的局域差分可以實現(xiàn)亞米級定位精度。基于碼相位的差分除了系統(tǒng)比較簡 單以外，還有一個好處：由于它只需要傳輸每一顆衛(wèi)星偽距的標量修正，而且標量修正是緩 慢變化的，系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，節(jié)約網(wǎng)絡資源。局域差分定位的主要缺點是精度不高， 只能達到亞米級的定位。由于偽距容易受到多徑的影響，局域差分更容易受到多徑干擾，使 得復雜環(huán)境下定位精度變差，甚至失效。
[0005] 廣域差分系統(tǒng)是利用服務區(qū)內(nèi)的參考站網(wǎng)監(jiān)測可見GPS衛(wèi)星，計算每一顆衛(wèi)星的 矢量修正。矢量修正包括衛(wèi)星時鐘修正、衛(wèi)星位置的三個坐標的修正、以及格點化的電離層 延遲參數(shù)。廣域差分系統(tǒng)的精度和局域差分接近，但它可以覆蓋大到整個國家甚至地球的 區(qū)域。而且它比覆蓋同樣面積的局域網(wǎng)構建使用更少的參考站。和局域差分系統(tǒng)一樣，廣 域差分系統(tǒng)也是利用碼相位測量，對網(wǎng)絡傳輸要求不高，但也容易受到多徑誤差的影響。覆 蓋范圍最廣的廣域差分系統(tǒng)是美國航空航天局部署的廣域增強系統(tǒng)（WAAS/SBAS)。它通過 數(shù)十個分布在美國各地的高精度參考站測量到的信息，傳送到東西兩個主控站進行分析， 主控站計算出每一顆衛(wèi)星的矢量修正，通過地面注入站傳輸至地球同步衛(wèi)星，該同步衛(wèi)星 利用GPS的Ll頻率載波，將上述差分修正量作為GPS衛(wèi)星導航電文轉發(fā)給用戶站，用戶接 收機的基帶芯片只需配備用于處理SBAS信息的通道，就可以享受高精度的免費服務。目前 大部分商業(yè)化的GPS接收機都配備SBAS能力，在美國、日本和歐洲的用戶都可以得到3米 左右的精度。
[0006] 載波相位差分是一種高精度定位模式，通常稱為實時動態(tài)（RTK)技術。實時動態(tài) 差分系統(tǒng)測量衛(wèi)星信號從導航衛(wèi)星到參考基站的相位變化，達到百分之幾的載波波長的精 度，通常為厘米級精度。參考站到移動用戶的整數(shù)波長數(shù)為定位的整數(shù)模糊度。整數(shù)模糊 度可以利用最優(yōu)的統(tǒng)計方法快速計算出來，達到厘米甚至毫米級的定位精度。由于實時動 態(tài)方法依賴于載波相位的測量，它的定位精度更加抗多徑影響，適合環(huán)境比較復雜的環(huán)境。 實時動態(tài)方法已經(jīng)廣泛地用于測繪、建筑、國防等應用。美國的天寶、日本的拓普康、德國的 萊卡和我國的華測都推出厘米和毫米級的參考站、移動站和通信設備，取得良好的商業(yè)化 結果。但高精度的實時動態(tài)系統(tǒng)有兩個主要缺點：1、由于計算整數(shù)模糊度需要載波相位的 測量和傳輸，載波相位是每一時刻快速變化的量，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量比基于碼相位的差分系 統(tǒng)要高很多。2、確定整數(shù)模糊度需要比較長的時間，通常在靜態(tài)的用戶需要幾分鐘甚至幾 十分鐘的時間。因此實時動態(tài)系統(tǒng)在高動態(tài)下確定整數(shù)模糊度就更加困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明引入地基增強系統(tǒng)（ground-basedaugmentationsystems,GBAS)服務器， 在至少在一定程度上解決上述技術問題。
[0008] 本發(fā)明的首要目的是提供一種有效提高用戶在城市復雜環(huán)境下的定位精度、提高 廉價單頻導航芯片的差分定位能力的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的進一步目的是提供一種最優(yōu)融合偽距離差分和多普勒差分、提高差分定 位的精度的偽距離和多普勒組合差分定位方法。
[0010] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：
[0011] 本發(fā)明提供一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，包括：用戶站接收機、參考站 接收機，還包括GBAS服務器、移動網(wǎng)絡，所述GBAS服務器與用戶站接收機、參考站接收機均 通過移動網(wǎng)絡連接。
[0012] 在一種優(yōu)選的方案中，參考站接收機包括接收單元、偽距計算單元、多普勒計算單 元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收GNSS信號，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計 算單元、多普勒計算單元的輸入連接，定位單元、偽距計算單元和多普勒計算單元的輸出與 數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫儲存有自身經(jīng)過精確標定的位置，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的 輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務器發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
[0013] 在一種優(yōu)選的方案中，GBAS服務器包括接收單元、偽距差分計算單元、多普勒差分 計算單元、卡爾曼濾波單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收用戶站接收機和參考站接收 機發(fā)生的數(shù)據(jù)或請求，接收單元的輸出分別與偽距差分計算單元、多普勒差分計算單元、卡 爾曼濾波單元的輸入連接，偽距差分計算單元、多普勒差分計算單元、卡爾曼濾波單元的輸 出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向參考站接收機 和用戶站接收機發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
[0014] 在一種優(yōu)選的方案中，用戶站接收機包括接收單元、偽距計算單元、多普勒計算單 元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收GNSS信號，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計 算單元、多普勒計算單元的輸入連接，定位單元、偽距計算單元和多普勒計算單元的輸出與 數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務器發(fā)送數(shù) 據(jù)或請求。
[0015] 在一種優(yōu)選的方案中，所述移動網(wǎng)絡為GSM網(wǎng)絡、GPRS網(wǎng)絡、CDM網(wǎng)絡、3G網(wǎng)絡或 4G網(wǎng)絡中的一種。
[0016] 本發(fā)明提供一種偽距離和多普勒組合差分定位方法，包括以下步驟：
[0017] Sl:用戶站接收機通過移動網(wǎng)絡向GBAS服務器發(fā)送服務請求；
[0018] S2 :GBAS服務器收到來自用戶站接收機的請求后，向參考站接收機發(fā)送指令，要 求參考站接收機發(fā)送偽距和多普勒頻移的修正值；
[0019] S3:參考站接收機接收到GBAS服務器發(fā)來的指令后，計算出參考站接收機的偽距 和多普勒頻移的修正值，并發(fā)送給GBAS服務器；
[0020] S4 :GBAS服務器將接收到的參考站接收機的偽距和多普勒頻率的修正值通過移 動網(wǎng)絡廣播給用戶站接收機；
[0021] S5:用戶站接收機接收來自同一導航衛(wèi)星發(fā)過來的GNSS信號后，測量出用戶站接 收機對該衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；同時，利用加權最小二乘法計算出用戶站接收機 的本地時鐘鐘差和本地時鐘頻漂；
[0022] S6:結合參考站接收機發(fā)送的偽距和多普勒頻率的修正值以及用戶站接收機對同 一導航衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值測量值，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、 速度、鐘漂和頻漂。
[0023] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S3中，計算偽距和多普勒頻移的修正值包括以下步 驟：
[0024] 1)精確標定參考站接收機的位置；
[0025] 2)參考站接收機接收來自導航衛(wèi)星的GNSS信號，測量出參考站接收機對該導航 衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；
[0026] 3)利用加權最小二乘法求出參考站接收機的本地時鐘鐘差和本地時鐘頻漂；
[0027] 4)結合參考站接收機的偽距值、多普勒頻移值、位置、本地時鐘鐘差和本地時鐘頻 漂，計算參考站接收機的偽距和多普勒頻移的修正值。
[0028] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S6中，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、速 度、鐘漂和頻漂，具體包括以下步驟：
[0029] 在每一定位歷元，卡爾曼濾波器首先利用狀態(tài)方程預測用戶站接收機當前的位 置、速度、鐘差和鐘漂等狀態(tài)；然后，根據(jù)這一狀態(tài)先驗估計值以及導航衛(wèi)星星歷所提供的 導航衛(wèi)星位置和速度，卡爾曼濾波器預測用戶站接收機對各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒頻移 值，而這些測量預測值與用戶站接收機的實際測量值之間的差異形成測量殘余；最后，卡爾 曼濾波器的校正過程通過處理測量殘余而得到系統(tǒng)狀態(tài)估計值的校正量及其校正后的最 優(yōu)估計值。
[0030] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S3中，所述參考站接收機的偽距修正值表示為：
[0031] pc(〇rr Ξ V(i) ·ar(l) + Afdf + CSirr
[0032] 其中，表示參考站接收機的偽距修正值，v(i)是衛(wèi)星i的移動速度，\(i)是參 考站r指向衛(wèi)星i的單位向量，λ是載波Ll的波長，:是參考站r相對衛(wèi)星i的多普勒 頻移，c是真空中的光速，δt(i)是導航衛(wèi)星i的時鐘偏差。
[0033] 在一種優(yōu)選的方案中，步驟S3中，所述參考站接收機的多普勒頻移修正值表示 為：
[0034] /? Ξ -/i:)-憂
[0035] 其中，是參考站接收機多普勒頻移修正值，/dW是參考站!相對衛(wèi)星i的多普 勒頻移，c是真空中的光速，λ是載波Ll的波長，δf；是是參考站r的時鐘鐘漂。
[0036] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術方案的有益效果是：本發(fā)明提供的方法完全消除了 導航衛(wèi)星鐘差和導航衛(wèi)星時鐘鐘漂，也消掉大部分星歷誤差、電離層延時、對流層延時，提 高了用戶站位置、速度、鐘差和時鐘鐘漂的精度；此外，由于多普勒效應對多徑誤差不敏感， 本發(fā)明所提出的系統(tǒng)可以有效提高用戶在城市復雜環(huán)境下的定位精度，提高廉價單頻導航 芯片的差分定位能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1是一個典型的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。
[0038] 圖2是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)的示意圖。
[0039] 圖3是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)功能結構圖。
[0040] 圖4是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位方法參考站處理數(shù)據(jù)的方法流程圖。
[0041] 圖5是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位方法用戶站處理數(shù)據(jù)的方法流程圖。
[0042] 圖6是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位方法中卡爾曼濾波器的方法原理圖。
[0043]圖7是本發(fā)明偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)的廣域地基差分系統(tǒng)的架構圖。
[0044] 圖中：1、導航衛(wèi)星；2、GNSS信號接收機；3、參考站接收機；4、用戶站接收機；5、 GBAS服務器；6、移動網(wǎng)絡。

【具體實施方式】
[0045] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0046] 為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品 的尺寸；
[0047] 對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解 的。
[0048] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明。
[0049] 實施例1
[0050] 如圖2所示，一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，包括：用戶站接收機4、參考 站接收機3,還包括GBAS服務器5、移動網(wǎng)絡6,所述GBAS服務器5與用戶站接收機4、參考 站接收機3均通過移動網(wǎng)絡6連接；
[0051] 如圖3所示，在具體實施過程中，參考站接收機3包括接收單元、偽距計算單元、多 普勒計算單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導航衛(wèi)星1的GNSS信號，接收單元的輸出 分別與定位單元、偽距計算單元、多普勒計算單元的輸入連接，定位單元、偽距計算單元和 多普勒計算單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫儲存有自身經(jīng)過精確標定的位置，數(shù) 據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務器5發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
[0052] 在具體實施過程中，GBAS服務器5包括接收單元、偽距差分計算單元、多普勒差分 計算單元、卡爾曼濾波單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收用戶站接收機和參考站接收 機發(fā)生的數(shù)據(jù)或請求，接收單元的輸出分別與偽距差分計算單元、多普勒差分計算單元、卡 爾曼濾波單元的輸入連接，偽距差分計算單元、多普勒差分計算單元、卡爾曼濾波單元的輸 出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向參考站接收機3 和用戶站接收機4發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
[0053] 在具體實施過程中，用戶站接收機4包括接收單元、偽距計算單元、多普勒計算單 元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導航衛(wèi)星1的GNSS信號，接收單元的輸出分別與定位 單元、偽距計算單元、多普勒計算單元的輸入連接，定位單元、偽距計算單元和多普勒計算 單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS 服務器5發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
[0054] 在具體實施過程中，所述移動網(wǎng)絡為GPRS網(wǎng)絡、CDMA網(wǎng)絡、3G網(wǎng)絡或4G網(wǎng)絡中的 一種。
[0055] 在具體實施過程中，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星差分增強系統(tǒng)為GPS系統(tǒng)或北斗系統(tǒng)。
[0056] 如圖4-5所示，一種偽距離和多普勒組合差分定位方法，包括以下步驟：
[0057]Sl:用戶站接收機通過移動網(wǎng)絡向GBAS服務器發(fā)送服務請求；
[0058]S2:GBAS服務器收到來自用戶站接收機的請求后，向參考站接收機發(fā)送指令，要 求參考站接收機發(fā)送偽距和多普勒頻移的修正值；
[0059]S3:參考站接收機接收到GBAS服務器發(fā)來的指令后，計算出參考站接收機的偽距 和多普勒頻移的修正值，并發(fā)送給GBAS服務器；
[0060] S4:GBAS服務器將接收到的參考站接收機的偽距和多普勒頻率的修正值通過移 動網(wǎng)絡廣播給用戶站接收機；
[0061] S5:用戶站接收機接收來自同一導航衛(wèi)星發(fā)過來的GNSS信號后，測量出用戶站接 收機對該衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；同時，利用加權最小二乘法計算出用戶站接收機 的本地時鐘鐘差和本地時鐘頻漂；
[0062]S6:結合參考站接收機發(fā)送的偽距和多普勒頻率的修正值以及用戶站接收機對同 一導航衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值測量值，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、 速度、鐘漂和頻漂。
[0063] 在具體實施過程中，參考站偽距的測量值可表示為：
[0064] pr(i) = rr(i) +c(Str -6t(0) + /r(l) + rr(l) + ερ(^ (I)
[0065] 其中，是參考站接收機r對衛(wèi)星i的偽距測量值，是參考站r到衛(wèi)星i的 幾何距離，C是真空中的光速，是參考站r的時鐘偏差，st(i)是衛(wèi)星i的時鐘偏差， 是參考站r到衛(wèi)星i之間的電離層延時，?:是參考站r到衛(wèi)星i之間的對流層延時， 是參考站r相對于衛(wèi)星i的偽距測量噪聲量。
[0066] 定義偽距的修正公式為：
[0067] Pcorr= ^_P^.) + CStr= c3t⑴_if)_ Tr(.) _Ep^.(2)
[0068] 對⑵式進行求導,有：三4(0-八(0 +C此
[0069]又因為，?°) =V⑴·αΓ?，/?) = -Ι/j;0,其中，λ是載波LI(f\ = 1575. 42MHz)對 應的波長，是參考站r指向衛(wèi)星i的單位向量，，是參考站r相對衛(wèi)星i的多普勒頻 移，v(i)是衛(wèi)星i的移動速度。
[0070]所以，ΞV(0·ar (〇 +l/d(r〇 +cAr
[0071] 偽距是一個緩慢變化的量，在短時間內(nèi)，pitOOI隨時間線性變化，為常 數(shù)。可以利用最小二乘法從一系列的偽距修正值Piictht2,...U中提取測量時刻t=tm 時的偽距修正和修正對時間的線性展開量：和
[0072] 用戶偽距的測量值可表示為：
[0073] =r"l) +c{5tu -δ?(?)) + + +Sp l
[0074] 其中，是衛(wèi)星i到用戶站接收機u之間的偽距測量值，ruW是用戶站接收機u到 衛(wèi)星i的幾何距離，Stu是用戶站u的時鐘偏差，是用戶站u到衛(wèi)星i之間的電離層延 時，ΓΜ(?)是用戶站u到衛(wèi)星i之間的對流層延時，是用戶站u相對于衛(wèi)星i的偽距測量 噪聲量。
[0075] 在時刻t時，偽距修正公式為：
[0076] pc?rr⑴=pc?rr (tm) + /^rr (tm) · (t - tm) (3 )
[0077] 因此，用戶站修正后的偽距測量公式為：
[0078] C=p?)+pS)rr⑷
[0079] 其中，戶^是用戶站U到衛(wèi)星i修正后的偽距測量值，是偽距修正值。
[0080] 將Pp和的值代入到公式（4)，有：
[0081 ]Pul=rul) +C(Stu -5t(i)) + 4° + ΓΜ(?) + + cSt^ -/r(0 - rr(0 -ε^Ι
[0082]所以，必=rf) + + 〇ΓΜ(Ρ+ε?
[0083] 其中，/2? = /?) ，A?) = ) - 7?)，
[0084] 如果用戶u和參考站r之間的基線距離較短，以至于衛(wèi)星i在這兩個觀察點的 電離層延時和對流層延時均分別相互近似相等，即￠2和7^}:均接近為零，因此上式可簡寫 為：
[0085] =ru(0 +Stu +E^r (5)
[0086] 因此，偽距差分技術的方法可描述如下：
[0087] (a)利用參考站r的偽距測量值^?計算參考站r的時鐘偏差δ仁；
[0088] (b)利用公式⑵求出偽距的修正值=rr(i) -pi0 +c5tr;
[0089] (c)利用最小二乘法從一系列的偽距修正值:p￡r (?,t2, ...ζ,· )中提取出^時刻的 偽距修正和該時刻的偽距變化率/^ir (tm);
[0090] (d)利用GBAS服務器和網(wǎng)絡資源，傳輸偽距修正值和偽距修正率給移動用戶；
[0091] (e)在用戶端計算t時刻用戶站修正后的偽距測量值：⑴=pp(t) + Pcorr(tm) +Pcorr(tm) (t_tm);
[0092] (f)利用牛頓迭代方程和最小二乘法求出修正后的用戶站的偽距測量值：

【權利要求】
1. 一種偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，包括：用戶站接收機、參考站接收機，其特 征在于，還包括GBAS服務器、移動網(wǎng)絡，所述GBAS服務器與用戶站接收機、參考站接收機均 通過移動網(wǎng)絡連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，參考站接 收機包括接收單元、偽距計算單元、多普勒計算單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導 航衛(wèi)星的GNSS信號，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計算單元、多普勒計算單元的 輸入連接，定位單元、偽距計算單元和多普勒計算單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫 儲存有自身經(jīng)過精確標定的位置，數(shù)據(jù)庫的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS 服務器發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
3. 根據(jù)權利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，GBAS服務 器包括接收單元、偽距差分計算單元、多普勒差分計算單元、卡爾曼濾波單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā) 送單元，接收單元接收用戶站接收機和參考站接收機發(fā)生的數(shù)據(jù)或請求，接收單元的輸出 分別與偽距差分計算單元、多普勒差分計算單元、卡爾曼濾波單元的輸入連接，偽距差分計 算單元、多普勒差分計算單元、卡爾曼濾波單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫的輸出 與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向參考站接收機和用戶站接收機發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
4. 根據(jù)權利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，用戶站接 收機包括接收單元、偽距計算單元、多普勒計算單元、數(shù)據(jù)庫和發(fā)送單元，接收單元接收導 航衛(wèi)星的GNSS信號，接收單元的輸出分別與定位單元、偽距計算單元、多普勒計算單元的 輸入連接，定位單元、偽距計算單元和多普勒計算單元的輸出與數(shù)據(jù)庫的輸入連接，數(shù)據(jù)庫 的輸出與發(fā)送單元的輸入連接，發(fā)送單元向GBAS服務器發(fā)送數(shù)據(jù)或請求。
5. 根據(jù)權利要求1所述的偽距離和多普勒組合差分定位系統(tǒng)，其特征在于，所述移動 網(wǎng)絡為GSM網(wǎng)絡、GPRS網(wǎng)絡、CDMA網(wǎng)絡、3G網(wǎng)絡或4G網(wǎng)絡中的一種。
6. -種偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 51 :用戶站接收機通過移動網(wǎng)絡向GBAS服務器發(fā)送服務請求； 52 :GBAS服務器收到來自用戶站接收機的請求后，向參考站接收機發(fā)送指令，要求參 考站接收機發(fā)送偽距和多普勒頻移的修正值； 53 :參考站接收機接收到GBAS服務器發(fā)來的指令后，計算出參考站接收機的偽距和多 普勒頻移的修正值，并發(fā)送給GBAS服務器； 54 :GBAS服務器將接收到的參考站接收機的偽距和多普勒頻率的修正值通過移動網(wǎng) 絡廣播給用戶站接收機； 55 :用戶站接收機接收來自同一導航衛(wèi)星發(fā)過來的GNSS信號后，測量出用戶站接收機 對該衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值；同時，利用加權最小二乘法計算出用戶站接收機的本 地時鐘鐘差和本地時鐘頻漂； S6:結合參考站接收機發(fā)送的偽距和多普勒頻率的修正值以及用戶站接收機對同一導 航衛(wèi)星的偽距值和多普勒頻移值測量值，利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、速度、 鐘漂和頻漂。
7. 根據(jù)權利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S3中， 計算偽距和多普勒頻移的修正值包括以下步驟： 1)精確標定參考站接收機的位置； 2) 參考站接收機接收來自導航衛(wèi)星的GNSS信號，測量出參考站接收機對該導航衛(wèi)星 的偽距值和多普勒頻移值； 3) 利用加權最小二乘法求出參考站接收機的本地時鐘鐘差和本地時鐘頻漂； 4) 結合參考站接收機的偽距值、多普勒頻移值、位置、本地時鐘鐘差和本地時鐘頻漂， 計算參考站接收機的偽距和多普勒頻移的修正值。
8. 根據(jù)權利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S6中， 利用卡爾曼濾波器擬合出最佳的用戶位置、速度、鐘漂和頻漂，具體包括以下步驟： 在每一定位歷元，卡爾曼濾波器首先利用狀態(tài)方程預測用戶站接收機當前的位置、速 度、鐘差和鐘漂等狀態(tài)；然后，根據(jù)這一狀態(tài)先驗估計值以及導航衛(wèi)星星歷所提供的導航衛(wèi) 星位置和速度，卡爾曼濾波器預測用戶站接收機對各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒頻移值，而這 些測量預測值與用戶站接收機的實際測量值之間的差異形成測量殘余；最后，卡爾曼濾波 器的校正過程通過處理測量殘余而得到系統(tǒng)狀態(tài)估計值的校正量及其校正后的最優(yōu)估計 值。
9. 根據(jù)權利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S3中， 所述參考站接收機的偽距修正值表示為：
其中，表示參考站接收機的偽距修正值，νω是衛(wèi)星i的移動速度，\(i)是參考站 r指向衛(wèi)星i的單位向量，λ是載波Ll的波長，是參考站r相對衛(wèi)星i的多普勒頻移， c是真空中的光速，δt(i)是導航衛(wèi)星i的時鐘偏差。
10. 根據(jù)權利要求6所述的偽距離和多普勒組合差分定位方法，其特征在于，步驟S3 中，所述參考站接收機的多普勒頻移修正值表示為：
其中，是參考站接收機多普勒頻移修正值，是參考站r相對衛(wèi)星i的多普勒頻 移，c是真空中的光速，λ是載波Ll的波長，δf；是是參考站r的時鐘鐘漂。
【文檔編號】G01S19/42GK104316943SQ201410487596
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權日:2014年9月22日
【發(fā)明者】王峰, 陳櫻婷, 朱海波, 錢瑞琦, 鄒俊成, 劉浩成, 劉立程, 劉怡俊 申請人:廣東工業(yè)大學