本發(fā)明涉及車輛管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種定位性能良好的巡邏車。

背景技術(shù)：

為了盡可能提高衛(wèi)星定位的精度，目前已發(fā)展出了多種衛(wèi)星定位增強技術(shù)，例如，局域差分GPS，廣域差分GPS等，可大幅度衛(wèi)星定位的精度。然而，具備衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高昂的問題。相關(guān)技術(shù)中的高速用巡邏車需要對管轄的車輛進行定位，若直接采用具備衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機進行需定位車輛的定位，將會極大地增加管理成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種定位性能良好的巡邏車，所述巡邏車上設(shè)置全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)包括設(shè)置于巡邏車上的依次連接的用戶端、定位服務(wù)器、位置修正模塊以及與所述位置修正模塊通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接的具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機；所述用戶端用于向定位服務(wù)器發(fā)起定位請求；所述定位服務(wù)器用于在接收定位請求后獲取需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號，并將所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號發(fā)送到位置修正模塊；所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機，用于根據(jù)同一衛(wèi)星天線同時接收自身的增強衛(wèi)星定位信號和普通衛(wèi)星定位信號，進行增強定位和位置解算處理，獲取自身的高精度坐標，并將自身的高精度坐標與普通衛(wèi)星定位信號之間的差分數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實時傳輸給所述位置修正模塊；所述位置修正模塊用于利用差分數(shù)據(jù)對所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號進行修正，并根據(jù)修正后的普通衛(wèi)星定位信號得到需定位車輛的高精度位置信息。

本發(fā)明的有益效果為：僅需要增加一部具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機，即可有效提高多個不具有衛(wèi)星定位增強功能的需定位車輛的定位精度，有效解決了高精度定位需求與低使用成本之間的矛盾，從而解決了上述的技術(shù)問題。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記：

用戶端1、定位服務(wù)器2、位置修正模塊3、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4、位置顯示模塊5、增強衛(wèi)星定位信號接收單元41、普通衛(wèi)星定位信號接收單元42、衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43、衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44、位置解算粗差消除單元45。

具體實施方式

結(jié)合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。

應(yīng)用場景1

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的定位性能良好的巡邏車，所述巡邏車上設(shè)置全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)包括設(shè)置于巡邏車上的依次連接的用戶端1、定位服務(wù)器2、位置修正模塊3以及與所述位置修正模塊3通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接的具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4；所述用戶端1用于向定位服務(wù)器2發(fā)起定位請求；所述定位服務(wù)器2用于在接收定位請求后獲取需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號，并將所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號發(fā)送到位置修正模塊3；所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，用于根據(jù)同一衛(wèi)星天線同時接收自身的增強衛(wèi)星定位信號和普通衛(wèi)星定位信號，進行增強定位和位置解算處理，獲取自身的高精度坐標，并將自身的高精度坐標與普通衛(wèi)星定位信號之間的差分數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實時傳輸給所述位置修正模塊3；所述位置修正模塊3用于利用差分數(shù)據(jù)對所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號進行修正，并根據(jù)修正后的普通衛(wèi)星定位信號得到需定位車輛的高精度位置信息。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4設(shè)有用于接收自身的增強衛(wèi)星定位信號的增強衛(wèi)星定位信號接收單元41和用于接收自身普通衛(wèi)星定位信號的普通衛(wèi)星定位信號接收單元42。

本發(fā)明上述實施例僅需要增加一部具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，即可有效提高多個不具有衛(wèi)星定位增強功能的需定位車輛的定位精度，有效解決了高精度定位需求與低使用成本之間的矛盾，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)還包括用于顯示所述需定位車輛的高精度位置信息的位置顯示模塊5。

本優(yōu)選實施例便于巡邏人員實時掌握巡邏車輛實時位置和巡查信息，促進所轄路段的安全暢通。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4還包括衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43、衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44、位置解算粗差消除單元45，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43用于同時處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測，獲取衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)；所述衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44用于消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差；所述位置解算粗差消除單元45用于采用最小二乘法對消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行位置解算，并在解算過程中進行粗差消除，最終獲取所述高精度坐標。

本優(yōu)選實施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的主要架構(gòu)。

優(yōu)選的，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43采用的衛(wèi)星偽距的測量計算公式為：

${\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}=r^{\left(M\right)}+c({\mathrm{\δt}}_s-{\mathrm{\δt}}^{\left(M\right)})+c\left(Y^{\left(M\right)}\right)+n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

式中，M＝1，2，…，m為所有觀測到衛(wèi)星的臨時編號，ρ^(M)為每顆可見衛(wèi)星的測量偽距，r^(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4位置的幾何距離，δt_s為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4時鐘與GPS時鐘的鐘差，δt^(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時鐘的鐘差，Y^(M)為信號延時誤差，Y^(M)＝C^(M)+D^(M)+Z^(M)+R^(M)，C^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過磁層的延時，D^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層的延時，Z^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過中性層的延時，R^(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時，為對每個衛(wèi)星信號的偽距測量噪聲；

其中，X為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置坐標向量，X^(M)為衛(wèi)星M的位置坐標向量。

本優(yōu)選實施例提出了可見衛(wèi)星的測量偽距的計算公式，在偽距的計算中考慮了各種延時誤差，減少了初始定位的時間，減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的能量損耗，增加待機時間，提高了衛(wèi)星偽距的測量精度。

優(yōu)選的，所述消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差包括：

(1)第一次對誤差進行消除：

由于衛(wèi)星軌道攝動，衛(wèi)星在軌位置與真實位置會存在偏差p₁，采取差分定位法進行消除，誤差消減后偏差為p′₁；

由于存在時鐘漂移和相對論效應(yīng)，各個衛(wèi)星時鐘不可能與GPS時間嚴格同步，存在鐘差p₂，由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進行消除，誤差消減后偏差為p′₂；

由于各誤差對定位精度影響不同，設(shè)定閾值T₁，并引入誤差評估因子P：

P＝(p₁-p′₁)×(p₂-p′₂)

若P≤T₁，則完成第一次的誤差消除，否則，需繼續(xù)進行第一次的誤差消除；其中設(shè)定T₁的取值范圍為[30m,50m]；

除δt_s無法通過接收的可見星信息進行修正，可得：

$\sqrt{(x^{\left(M\right)}-x_s)+(y^{\left(M\right)}-y_s)+(z^{\left(M\right)}-z_s)}+{\mathrm{\δt}}_s={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

對其使用Taylor展開并進行一階化線性化截斷，忽略剩下的高階項，從而使偽距測量方程線性化求解：Δρ^(M)＝H·ΔX

和分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4相對衛(wèi)星M的偽距，ΔX＝X_k-X_k－1，X_k和X_k-1分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置；

(2)第二次對誤差進行消除：

經(jīng)過第一次誤差消除，易得：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}-\left|\right|X^{\left(M\right)}-X\left|\right|-{\mathrm{\δt}}_s$

為了研究方便，假設(shè)測量誤差符合獨立分布的條件，并且符合正態(tài)分布：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}~N(0,{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}\right)}^2)$

式中，為標準差，M為可見星的個數(shù)，令：

$\frac{n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}}{w^{\left(M\right)}}~N(0,{\mathrm{\σ}}_0^2)$

w^(M)為每個測量值對應(yīng)的權(quán)重，σ₀為標準差，ΔX通過下式求解：

$\frac{1}{w^{\left(M\right)}}{\mathrm{\Δ\ρ}}^{\left(M\right)}=\frac{1}{w^{\left(M\right)}}H\·\mathrm{\Δ}X$

每一個輸出測量值ρ^(M)對應(yīng)一個權(quán)重w^(M)，并希望權(quán)重w^(M)倒數(shù)越大的值在解算中作用越大，若ρ^(M)測量誤差越小，w^(M)應(yīng)越??；

其中，影響偽距測量精度的因素包括：與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差E₁、與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4有關(guān)的誤差E₂、與衛(wèi)星信號強度有關(guān)的誤差E₃、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤差E₄；

其中，E₁通過導(dǎo)航電文中測距精度因子N提供給用戶，

E₁越小時，測量誤差越小，這滿足加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E_２由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4本身預(yù)測和實際測量值得到的，每次測量誤差都會得到與該測量誤差相關(guān)的一組誤差值，這樣就每次測量都可以得到與之對應(yīng)的測量誤差的標準差σ^(M)：

w^(M)＝σ^(M)

以該標準差作為權(quán)重因子；

E₃用載噪比表示，采用SIGMA-ε模型進行誤差衡量，

${\left({\mathrm{\σ}}^{\left(M\right)}\right)}^2=a+b\·{10}^{(-\frac{C}{N_{0,i}})/10}$

a、b為模型參數(shù)，N_0,i為測量的載噪比，當(dāng)載噪比越大時，測量誤差也就越小，滿足了加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₄以地球潮汐為例，潮汐引起測站位移，位移越小，引起的誤差越小，符合權(quán)重因子選取要求；

設(shè)E₁、E₂、E₃、E₄的權(quán)重因子分別為對其進行重新加權(quán)，得到：

$w_{add}^{\left(M\right)}=a_1\·w_{E_1}^{\left(M\right)}+a_2\·w_{E_2}^{\left(M\right)}+a_3\·w_{E_3}^{\left(M\right)}+a_4\·w_{E_4}^{\left(M\right)}$

其中，系數(shù)j＝1,2,3,4；

(3)確定誤差消減后的定位誤差：

確定兩次誤差消減對定位精度的影響因子分別為Q₁和Q₂，綜合影響因子：

Q＝Q₁×Q₂

定位精度用距離均方根(DRMS)表示，誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系：

DRMS_h＝Q×DRMS_q

DRMS_q和DRMS_h分別表示誤差消減前后定位誤差。

本優(yōu)選實施例通過對衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差進行消除，提高了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的靈敏度，進一步提高了衛(wèi)星偽距的測量精度，從而提高了定位精度。

優(yōu)選的，所述位置解算粗差消除單元45以計算機和濾波器為載體，包括依次連接的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元；所述預(yù)處理子單元用于對所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星；所述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解；所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，若存在粗差，剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星，若不存在粗差，采用最小二乘法及新的權(quán)矩陣進行迭代計算，直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T₂時終止迭代，從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星，進而得到并輸出定位結(jié)果；所述濾波子單元用于對所述定位結(jié)果采用卡爾曼濾波進行濾波計算，并輸出最終的定位結(jié)果；

其中，所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解，包括：獲取衛(wèi)星偽距測量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項，根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣；根據(jù)最小二乘法進行定位求解；

其中，所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，包括：根據(jù)衛(wèi)星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進行粗差檢驗，對檢驗的粗差，根據(jù)衛(wèi)星偽距測量誤差方程和初始化矩陣計算出新矩陣，計算新矩陣各向量之間的距離，采用K-means聚類方法對所述各向量之間的距離進行聚類分析，判斷向量之間的親疏關(guān)系，從而完成粗差識別。

本優(yōu)選實施例將最小二乘法、迭代運算、聚類方法和濾波計算相結(jié)合，提高衛(wèi)星優(yōu)選和定位的精度，在消除偽距測量誤差后、迭代運算之前進行是否存在粗差的判斷，并隔離存在粗差的故障衛(wèi)星，減小了計算量，進一步提高定位準確度。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定閾值T₁的取值為30mm，定位速度相對提高了10％，定位精度相對提高了12％。

應(yīng)用場景2

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的定位性能良好的巡邏車，所述巡邏車上設(shè)置全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)包括設(shè)置于巡邏車上的依次連接的用戶端1、定位服務(wù)器2、位置修正模塊3以及與所述位置修正模塊3通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接的具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4；所述用戶端1用于向定位服務(wù)器2發(fā)起定位請求；所述定位服務(wù)器2用于在接收定位請求后獲取需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號，并將所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號發(fā)送到位置修正模塊3；所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，用于根據(jù)同一衛(wèi)星天線同時接收自身的增強衛(wèi)星定位信號和普通衛(wèi)星定位信號，進行增強定位和位置解算處理，獲取自身的高精度坐標，并將自身的高精度坐標與普通衛(wèi)星定位信號之間的差分數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實時傳輸給所述位置修正模塊3；所述位置修正模塊3用于利用差分數(shù)據(jù)對所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號進行修正，并根據(jù)修正后的普通衛(wèi)星定位信號得到需定位車輛的高精度位置信息。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4設(shè)有用于接收自身的增強衛(wèi)星定位信號的增強衛(wèi)星定位信號接收單元41和用于接收自身普通衛(wèi)星定位信號的普通衛(wèi)星定位信號接收單元42。

本發(fā)明上述實施例僅需要增加一部具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，即可有效提高多個不具有衛(wèi)星定位增強功能的需定位車輛的定位精度，有效解決了高精度定位需求與低使用成本之間的矛盾，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)還包括用于顯示所述需定位車輛的高精度位置信息的位置顯示模塊5。

本優(yōu)選實施例便于巡邏人員實時掌握巡邏車輛實時位置和巡查信息，促進所轄路段的安全暢通。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4還包括衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43、衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44、位置解算粗差消除單元45，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43用于同時處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測，獲取衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)；所述衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44用于消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差；所述位置解算粗差消除單元45用于采用最小二乘法對消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行位置解算，并在解算過程中進行粗差消除，最終獲取所述高精度坐標。

本優(yōu)選實施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的主要架構(gòu)。

優(yōu)選的，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43采用的衛(wèi)星偽距的測量計算公式為：

${\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}=r^{\left(M\right)}+c({\mathrm{\δt}}_s-{\mathrm{\δt}}^{\left(M\right)})+c\left(Y^{\left(M\right)}\right)+n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

式中，M＝1，2，…，m為所有觀測到衛(wèi)星的臨時編號，ρ^(M)為每顆可見衛(wèi)星的測量偽距，r^(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4位置的幾何距離，δt_s為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4時鐘與GPS時鐘的鐘差，δt^(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時鐘的鐘差，Y^(M)為信號延時誤差，Y^(M)＝C^(M)+D^(M)+Z^(M)+R^(M)，C^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過磁層的延時，D^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層的延時，Z^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過中性層的延時，R^(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時，為對每個衛(wèi)星信號的偽距測量噪聲；

其中，X為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置坐標向量，X^(M)為衛(wèi)星M的位置坐標向量。

本優(yōu)選實施例提出了可見衛(wèi)星的測量偽距的計算公式，在偽距的計算中考慮了各種延時誤差，減少了初始定位的時間，減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的能量損耗，增加待機時間，提高了衛(wèi)星偽距的測量精度。

優(yōu)選的，所述消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差包括：

(1)第一次對誤差進行消除：

由于衛(wèi)星軌道攝動，衛(wèi)星在軌位置與真實位置會存在偏差p₁，采取差分定位法進行消除，誤差消減后偏差為p′₁；

由于存在時鐘漂移和相對論效應(yīng)，各個衛(wèi)星時鐘不可能與GPS時間嚴格同步，存在鐘差p₂，由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進行消除，誤差消減后偏差為p′₂；

由于各誤差對定位精度影響不同，設(shè)定閾值T₁，并引入誤差評估因子P：

P＝(p₁-p′₁)×(p₂-p′₂)

若P≤T₁，則完成第一次的誤差消除，否則，需繼續(xù)進行第一次的誤差消除；其中設(shè)定T₁的取值范圍為[30m,50m]；

除δt_s無法通過接收的可見星信息進行修正，可得：

$\sqrt{(x^{\left(M\right)}-x_s)+(y^{\left(M\right)}-y_s)+(z^{\left(M\right)}-z_s)}+{\mathrm{\δt}}_s={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

對其使用Taylor展開并進行一階化線性化截斷，忽略剩下的高階項，從而使偽距測量方程線性化求解：Δρ^(M)＝H·ΔX

和分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4相對衛(wèi)星M的偽距，ΔX＝X_k-X_k-1，X_k和X_k-1分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置；

(2)第二次對誤差進行消除：

經(jīng)過第一次誤差消除，易得：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}-\left|\right|X^{\left(M\right)}-X\left|\right|-{\mathrm{\δt}}_s$

為了研究方便，假設(shè)測量誤差符合獨立分布的條件，并且符合正態(tài)分布：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}~N(0,{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}\right)}^2)$

式中，為標準差，M為可見星的個數(shù)，令：

$\frac{n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}}{w^{\left(M\right)}}~N(0,{\mathrm{\σ}}_0^2)$

w^(M)為每個測量值對應(yīng)的權(quán)重，σ₀為標準差，ΔX通過下式求解：

$\frac{1}{w^{\left(M\right)}}{\mathrm{\Δ\ρ}}^{\left(M\right)}=\frac{1}{w^{\left(M\right)}}H\·\mathrm{\Δ}X$

每一個輸出測量值ρ^(M)對應(yīng)一個權(quán)重w^(M)，并希望權(quán)重w^(M)倒數(shù)越大的值在解算中作用越大，若ρ^(M)測量誤差越小，w^(M)應(yīng)越??；

其中，影響偽距測量精度的因素包括：與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差E₁、與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4有關(guān)的誤差E₂、與衛(wèi)星信號強度有關(guān)的誤差E₃、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤差E₄；

其中，E₁通過導(dǎo)航電文中測距精度因子N提供給用戶，

E₁越小時，測量誤差越小，這滿足加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₂由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4本身預(yù)測和實際測量值得到的，每次測量誤差都會得到與該測量誤差相關(guān)的一組誤差值，這樣就每次測量都可以得到與之對應(yīng)的測量誤差的標準差σ^(M)：

w^(M)＝σ^(M)

以該標準差作為權(quán)重因子；

E₃用載噪比表示，采用SIGMA-ε模型進行誤差衡量，

${\left({\mathrm{\σ}}^{\left(M\right)}\right)}^2=a+b\·{10}^{(-\frac{C}{N_{0,i}})/10}$

a、b為模型參數(shù)，N_0,i為測量的載噪比，當(dāng)載噪比越大時，測量誤差也就越小，滿足了加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₄以地球潮汐為例，潮汐引起測站位移，位移越小，引起的誤差越小，符合權(quán)重因子選取要求；

設(shè)E₁、E₂、E₃、E₄的權(quán)重因子分別為對其進行重新加權(quán)，得到：

$w_{add}^{\left(M\right)}=a_1\·w_{E_1}^{\left(M\right)}+a_2\·w_{E_2}^{\left(M\right)}+a_3\·w_{E_3}^{\left(M\right)}+a_4\·w_{E_4}^{\left(M\right)}$

其中，系數(shù)j＝1,2,3,4；

(3)確定誤差消減后的定位誤差：

確定兩次誤差消減對定位精度的影響因子分別為Q₁和Q₂，綜合影響因子：

Q＝Q₁×Q₂

定位精度用距離均方根(DRMS)表示，誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系：

DRMS_h＝Q×DRMS_q

DRMS_q和DRMS_h分別表示誤差消減前后定位誤差。

本優(yōu)選實施例通過對衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差進行消除，提高了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的靈敏度，進一步提高了衛(wèi)星偽距的測量精度，從而提高了定位精度。

優(yōu)選的，所述位置解算粗差消除單元45以計算機和濾波器為載體，包括依次連接的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元；所述預(yù)處理子單元用于對所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星；所述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解；所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，若存在粗差，剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星，若不存在粗差，采用最小二乘法及新的權(quán)矩陣進行迭代計算，直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T₂時終止迭代，從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星，進而得到并輸出定位結(jié)果；所述濾波子單元用于對所述定位結(jié)果采用卡爾曼濾波進行濾波計算，并輸出最終的定位結(jié)果；

其中，所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解，包括：獲取衛(wèi)星偽距測量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項，根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣；根據(jù)最小二乘法進行定位求解；

其中，所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，包括：根據(jù)衛(wèi)星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進行粗差檢驗，對檢驗的粗差，根據(jù)衛(wèi)星偽距測量誤差方程和初始化矩陣計算出新矩陣，計算新矩陣各向量之間的距離，采用K-means聚類方法對所述各向量之間的距離進行聚類分析，判斷向量之間的親疏關(guān)系，從而完成粗差識別。

本優(yōu)選實施例將最小二乘法、迭代運算、聚類方法和濾波計算相結(jié)合，提高衛(wèi)星優(yōu)選和定位的精度，在消除偽距測量誤差后、迭代運算之前進行是否存在粗差的判斷，并隔離存在粗差的故障衛(wèi)星，減小了計算量，進一步提高定位準確度。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定閾值T₁的取值為35mm，定位速度相對提高了9％，定位精度相對提高了11％。

應(yīng)用場景3

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的定位性能良好的巡邏車，所述巡邏車上設(shè)置全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)包括設(shè)置于巡邏車上的依次連接的用戶端1、定位服務(wù)器2、位置修正模塊3以及與所述位置修正模塊3通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接的具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4；所述用戶端1用于向定位服務(wù)器2發(fā)起定位請求；所述定位服務(wù)器2用于在接收定位請求后獲取需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號，并將所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號發(fā)送到位置修正模塊3；所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，用于根據(jù)同一衛(wèi)星天線同時接收自身的增強衛(wèi)星定位信號和普通衛(wèi)星定位信號，進行增強定位和位置解算處理，獲取自身的高精度坐標，并將自身的高精度坐標與普通衛(wèi)星定位信號之間的差分數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實時傳輸給所述位置修正模塊3；所述位置修正模塊3用于利用差分數(shù)據(jù)對所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號進行修正，并根據(jù)修正后的普通衛(wèi)星定位信號得到需定位車輛的高精度位置信息。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4設(shè)有用于接收自身的增強衛(wèi)星定位信號的增強衛(wèi)星定位信號接收單元41和用于接收自身普通衛(wèi)星定位信號的普通衛(wèi)星定位信號接收單元42。

本發(fā)明上述實施例僅需要增加一部具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，即可有效提高多個不具有衛(wèi)星定位增強功能的需定位車輛的定位精度，有效解決了高精度定位需求與低使用成本之間的矛盾，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)還包括用于顯示所述需定位車輛的高精度位置信息的位置顯示模塊5。

本優(yōu)選實施例便于巡邏人員實時掌握巡邏車輛實時位置和巡查信息，促進所轄路段的安全暢通。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4還包括衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43、衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44、位置解算粗差消除單元45，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43用于同時處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測，獲取衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)；所述衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44用于消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差；所述位置解算粗差消除單元45用于采用最小二乘法對消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行位置解算，并在解算過程中進行粗差消除，最終獲取所述高精度坐標。

本優(yōu)選實施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的主要架構(gòu)。

優(yōu)選的，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43采用的衛(wèi)星偽距的測量計算公式為：

${\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}=r^{\left(M\right)}+c({\mathrm{\δt}}_s-{\mathrm{\δt}}^{\left(M\right)})+c\left(Y^{\left(M\right)}\right)+n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

式中，M＝1，2，…，m為所有觀測到衛(wèi)星的臨時編號，ρ^(M)為每顆可見衛(wèi)星的測量偽距，r^(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4位置的幾何距離，δt_s為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4時鐘與GPS時鐘的鐘差，δt^(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時鐘的鐘差，Y^(M)為信號延時誤差，Y^(M)＝C^(M)+D^(M)+Z^(M)+R^(M)，C^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過磁層的延時，D^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層的延時，Z^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過中性層的延時，R^(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時，為對每個衛(wèi)星信號的偽距測量噪聲；

其中，X為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置坐標向量，X^(M)為衛(wèi)星M的位置坐標向量。

本優(yōu)選實施例提出了可見衛(wèi)星的測量偽距的計算公式，在偽距的計算中考慮了各種延時誤差，減少了初始定位的時間，減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的能量損耗，增加待機時間，提高了衛(wèi)星偽距的測量精度。

優(yōu)選的，所述消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差包括：

(1)第一次對誤差進行消除：

由于衛(wèi)星軌道攝動，衛(wèi)星在軌位置與真實位置會存在偏差p₁，采取差分定位法進行消除，誤差消減后偏差為p′₁；

由于存在時鐘漂移和相對論效應(yīng)，各個衛(wèi)星時鐘不可能與GPS時間嚴格同步，存在鐘差P₂，由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進行消除，誤差消減后偏差為p′₂；

由于各誤差對定位精度影響不同，設(shè)定閾值T₁，并引入誤差評估因子P：

P＝(p₁-p′₁)×(p₂-p′₂)

若P≤T₁，則完成第一次的誤差消除，否則，需繼續(xù)進行第一次的誤差消除；其中設(shè)定T₁的取值范圍為[30m,50m]；

除δt_s無法通過接收的可見星信息進行修正，可得：

$\sqrt{(x^{\left(M\right)}-x_s)+(y^{\left(M\right)}-y_s)+(z^{\left(M\right)}-z_s)}+{\mathrm{\δt}}_s={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

對其使用Taylor展開并進行一階化線性化截斷，忽略剩下的高階項，從而使偽距測量方程線性化求解：Δρ^(M)＝H·ΔX

和分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4相對衛(wèi)星M的偽距，ΔX＝X_k-X_k-1，X_k和X_k-1分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置；

(2)第二次對誤差進行消除：

經(jīng)過第一次誤差消除，易得：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}-\left|\right|X^{\left(M\right)}-X\left|\right|-{\mathrm{\δt}}_s$

為了研究方便，假設(shè)測量誤差符合獨立分布的條件，并且符合正態(tài)分布：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}~N(0,{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}\right)}^2)$

式中，為標準差，M為可見星的個數(shù)，令：

$\frac{n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}}{w^{\left(M\right)}}~N(0,{\mathrm{\σ}}_0^2)$

w^(M)為每個測量值對應(yīng)的權(quán)重，σ₀為標準差，ΔX通過下式求解：

$\frac{1}{w^{\left(M\right)}}{\mathrm{\Δ\ρ}}^{\left(M\right)}=\frac{1}{w^{\left(M\right)}}H\·\mathrm{\Δ}X$

每一個輸出測量值ρ^(M)對應(yīng)一個權(quán)重w^(M)，并希望權(quán)重w^(M)倒數(shù)越大的值在解算中作用越大，若ρ^(M)測量誤差越小，w^(M)應(yīng)越?。?/p>

其中，影響偽距測量精度的因素包括：與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差E₁、與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4有關(guān)的誤差E₂、與衛(wèi)星信號強度有關(guān)的誤差E₃、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤差E₄；

其中，E₁通過導(dǎo)航電文中測距精度因子N提供給用戶，

E₁越小時，測量誤差越小，這滿足加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₂由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4本身預(yù)測和實際測量值得到的，每次測量誤差都會得到與該測量誤差相關(guān)的一組誤差值，這樣就每次測量都可以得到與之對應(yīng)的測量誤差的標準差σ^(M)：

w^(M)＝σ^(M)

以該標準差作為權(quán)重因子；

E₃用載噪比表示，采用SIGMA-ε模型進行誤差衡量，

${\left({\mathrm{\σ}}^{\left(M\right)}\right)}^2=a+b\·{10}^{(-\frac{C}{N_{0,i}})/10}$

a、b為模型參數(shù)，N_0,i為測量的載噪比，當(dāng)載噪比越大時，測量誤差也就越小，滿足了加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₄以地球潮汐為例，潮汐引起測站位移，位移越小，引起的誤差越小，符合權(quán)重因子選取要求；

設(shè)E₁、E₂、E₃、E₄的權(quán)重因子分別為對其進行重新加權(quán)，得到：

$w_{add}^{\left(M\right)}=a_1\·w_{E_1}^{\left(M\right)}+a_2\·w_{E_2}^{\left(M\right)}+a_3\·w_{E_3}^{\left(M\right)}+a_4\·w_{E_4}^{\left(M\right)}$

其中，系數(shù)j＝1,2,3,4；

(3)確定誤差消減后的定位誤差：

確定兩次誤差消減對定位精度的影響因子分別為Q₁和Q₂，綜合影響因子：

Q＝Q₁×Q₂

定位精度用距離均方根(DRMS)表示，誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系：

DRMS_h＝Q×DRMS_q

DRMS_q和DRMS_h分別表示誤差消減前后定位誤差。

本優(yōu)選實施例通過對衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差進行消除，提高了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的靈敏度，進一步提高了衛(wèi)星偽距的測量精度，從而提高了定位精度。

優(yōu)選的，所述位置解算粗差消除單元45以計算機和濾波器為載體，包括依次連接的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元；所述預(yù)處理子單元用于對所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星；所述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解；所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，若存在粗差，剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星，若不存在粗差，采用最小二乘法及新的權(quán)矩陣進行迭代計算，直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T₂時終止迭代，從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星，進而得到并輸出定位結(jié)果；所述濾波子單元用于對所述定位結(jié)果采用卡爾曼濾波進行濾波計算，并輸出最終的定位結(jié)果；

其中，所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解，包括：獲取衛(wèi)星偽距測量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項，根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣；根據(jù)最小二乘法進行定位求解；

其中，所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，包括：根據(jù)衛(wèi)星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進行粗差檢驗，對檢驗的粗差，根據(jù)衛(wèi)星偽距測量誤差方程和初始化矩陣計算出新矩陣，計算新矩陣各向量之間的距離，采用K-means聚類方法對所述各向量之間的距離進行聚類分析，判斷向量之間的親疏關(guān)系，從而完成粗差識別。

本優(yōu)選實施例將最小二乘法、迭代運算、聚類方法和濾波計算相結(jié)合，提高衛(wèi)星優(yōu)選和定位的精度，在消除偽距測量誤差后、迭代運算之前進行是否存在粗差的判斷，并隔離存在粗差的故障衛(wèi)星，減小了計算量，進一步提高定位準確度。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定閾值T₁的取值為40mm，定位速度相對提高了13％，定位精度相對提高了13％。

應(yīng)用場景4

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的定位性能良好的巡邏車，所述巡邏車上設(shè)置全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)包括設(shè)置于巡邏車上的依次連接的用戶端1、定位服務(wù)器2、位置修正模塊3以及與所述位置修正模塊3通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接的具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4；所述用戶端1用于向定位服務(wù)器2發(fā)起定位請求；所述定位服務(wù)器2用于在接收定位請求后獲取需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號，并將所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號發(fā)送到位置修正模塊3；所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，用于根據(jù)同一衛(wèi)星天線同時接收自身的增強衛(wèi)星定位信號和普通衛(wèi)星定位信號，進行增強定位和位置解算處理，獲取自身的高精度坐標，并將自身的高精度坐標與普通衛(wèi)星定位信號之間的差分數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實時傳輸給所述位置修正模塊3；所述位置修正模塊3用于利用差分數(shù)據(jù)對所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號進行修正，并根據(jù)修正后的普通衛(wèi)星定位信號得到需定位車輛的高精度位置信息。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4設(shè)有用于接收自身的增強衛(wèi)星定位信號的增強衛(wèi)星定位信號接收單元41和用于接收自身普通衛(wèi)星定位信號的普通衛(wèi)星定位信號接收單元42。

本發(fā)明上述實施例僅需要增加一部具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，即可有效提高多個不具有衛(wèi)星定位增強功能的需定位車輛的定位精度，有效解決了高精度定位需求與低使用成本之間的矛盾，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)還包括用于顯示所述需定位車輛的高精度位置信息的位置顯示模塊5。

本優(yōu)選實施例便于巡邏人員實時掌握巡邏車輛實時位置和巡查信息，促進所轄路段的安全暢通。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4還包括衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43、衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44、位置解算粗差消除單元45，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43用于同時處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測，獲取衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)；所述衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44用于消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差；所述位置解算粗差消除單元45用于采用最小二乘法對消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行位置解算，并在解算過程中進行粗差消除，最終獲取所述高精度坐標。

本優(yōu)選實施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的主要架構(gòu)。

優(yōu)選的，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43采用的衛(wèi)星偽距的測量計算公式為：

${\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}=r^{\left(M\right)}+c({\mathrm{\δt}}_s-{\mathrm{\δt}}^{\left(M\right)})+c\left(Y^{\left(M\right)}\right)+n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

式中，M＝1，2，…，m為所有觀測到衛(wèi)星的臨時編號，ρ^(M)為每顆可見衛(wèi)星的測量偽距，r^(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4位置的幾何距離，δt_s為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4時鐘與GPS時鐘的鐘差，δt^(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時鐘的鐘差，Y^(M)為信號延時誤差，Y^(M)＝C^(M)+D^(M)+Z^(M)+R^(M)，C^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過磁層的延時，D^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層的延時，Z^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過中性層的延時，R^(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時，為對每個衛(wèi)星信號的偽距測量噪聲；

其中，X為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置坐標向量，X^(M)為衛(wèi)星M的位置坐標向量。

本優(yōu)選實施例提出了可見衛(wèi)星的測量偽距的計算公式，在偽距的計算中考慮了各種延時誤差，減少了初始定位的時間，減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的能量損耗，增加待機時間，提高了衛(wèi)星偽距的測量精度。

優(yōu)選的，所述消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差包括：

(1)第一次對誤差進行消除：

由于衛(wèi)星軌道攝動，衛(wèi)星在軌位置與真實位置會存在偏差p₁，采取差分定位法進行消除，誤差消減后偏差為p′₁；

由于存在時鐘漂移和相對論效應(yīng)，各個衛(wèi)星時鐘不可能與GPS時間嚴格同步，存在鐘差p₂，由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進行消除，誤差消減后偏差為p′₂；

由于各誤差對定位精度影響不同，設(shè)定閾值T₁，并引入誤差評估因子P：

P＝(p₁-p′₁)×(p₂-p′₂)

若P≤T₁，則完成第一次的誤差消除，否則，需繼續(xù)進行第一次的誤差消除；其中設(shè)定T₁的取值范圍為[30m,50m[；

除δt_s無法通過接收的可見星信息進行修正，可得：

$\sqrt{(x^{\left(M\right)}-x_s)+(y^{\left(M\right)}-y_s)+(z^{\left(M\right)}-z_s)}+{\mathrm{\δt}}_s={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

對其使用Taylor展開并進行一階化線性化截斷，忽略剩下的高階項，從而使偽距測量方程線性化求解：Δρ^(M)＝H·ΔX

和分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4相對衛(wèi)星M的偽距，ΔX＝X_k-X_k-1，X_k和X_k-1分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置；

(2)第二次對誤差進行消除：

經(jīng)過第一次誤差消除，易得：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}-\left|\right|X^{\left(M\right)}-X\left|\right|-{\mathrm{\δt}}_s$

為了研究方便，假設(shè)測量誤差符合獨立分布的條件，并且符合正態(tài)分布：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}~N(0,{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}\right)}^2)$

式中，為標準差，M為可見星的個數(shù)，令：

$\frac{n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}}{w^{\left(M\right)}}~N(0,{\mathrm{\σ}}_0^2)$

w^(M)為每個測量值對應(yīng)的權(quán)重，σ₀為標準差，ΔX通過下式求解：

$\frac{1}{w^{\left(M\right)}}{\mathrm{\Δ\ρ}}^{\left(M\right)}=\frac{1}{w^{\left(M\right)}}H\·\mathrm{\Δ}X$

每一個輸出測量值ρ^(M)對應(yīng)一個權(quán)重w^(M)，并希望權(quán)重w^(M)倒數(shù)越大的值在解算中作用越大，若ρ^(M)測量誤差越小，w^(M)應(yīng)越小；

其中，影響偽距測量精度的因素包括：與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差E₁、與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4有關(guān)的誤差E₂、與衛(wèi)星信號強度有關(guān)的誤差E₃、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤差E₄；

其中，E₁通過導(dǎo)航電文中測距精度因子N提供給用戶，

E₁越小時，測量誤差越小，這滿足加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₂由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4本身預(yù)測和實際測量值得到的，每次測量誤差都會得到與該測量誤差相關(guān)的一組誤差值，這樣就每次測量都可以得到與之對應(yīng)的測量誤差的標準差σ^(M)：

w^(M)＝σ^(M)

以該標準差作為權(quán)重因子；

E₃用載噪比表示，采用SIGMA-ε模型進行誤差衡量，

${\left({\mathrm{\σ}}^{\left(M\right)}\right)}^2=a+b\·{10}^{(-\frac{C}{N_{0,i}})/10}$

a、b為模型參數(shù)，N_0,i為測量的載噪比，當(dāng)載噪比越大時，測量誤差也就越小，滿足了加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₄以地球潮汐為例，潮汐引起測站位移，位移越小，引起的誤差越小，符合權(quán)重因子選取要求；

設(shè)E₁、E₂、E₃、E₄的權(quán)重因子分別為對其進行重新加權(quán)，得到：

$w_{add}^{\left(M\right)}=a_1\·w_{E_1}^{\left(M\right)}+a_2\·w_{E_2}^{\left(M\right)}+a_3\·w_{E_3}^{\left(M\right)}+a_4\·w_{E_4}^{\left(M\right)}$

其中，系數(shù)j＝1,2,3,4；

(3)確定誤差消減后的定位誤差：

確定兩次誤差消減對定位精度的影響因子分別為Q₁和Q₂，綜合影響因子：

Q＝Q₁×Q₂

定位精度用距離均方根(DRMS)表示，誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系：

DRMS_h＝Q×DRMS_q

DRMS_q和DRMS_h分別表示誤差消減前后定位誤差。

本優(yōu)選實施例通過對衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差進行消除，提高了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的靈敏度，進一步提高了衛(wèi)星偽距的測量精度，從而提高了定位精度。

優(yōu)選的，所述位置解算粗差消除單元45以計算機和濾波器為載體，包括依次連接的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元；所述預(yù)處理子單元用于對所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星；所述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解；所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，若存在粗差，剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星，若不存在粗差，采用最小二乘法及新的權(quán)矩陣進行迭代計算，直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T₂時終止迭代，從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星，進而得到并輸出定位結(jié)果；所述濾波子單元用于對所述定位結(jié)果采用卡爾曼濾波進行濾波計算，并輸出最終的定位結(jié)果；

其中，所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解，包括：獲取衛(wèi)星偽距測量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項，根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣；根據(jù)最小二乘法進行定位求解；

其中，所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，包括：根據(jù)衛(wèi)星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進行粗差檢驗，對檢驗的粗差，根據(jù)衛(wèi)星偽距測量誤差方程和初始化矩陣計算出新矩陣，計算新矩陣各向量之間的距離，采用K-means聚類方法對所述各向量之間的距離進行聚類分析，判斷向量之間的親疏關(guān)系，從而完成粗差識別。

本優(yōu)選實施例將最小二乘法、迭代運算、聚類方法和濾波計算相結(jié)合，提高衛(wèi)星優(yōu)選和定位的精度，在消除偽距測量誤差后、迭代運算之前進行是否存在粗差的判斷，并隔離存在粗差的故障衛(wèi)星，減小了計算量，進一步提高定位準確度。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定閾值T₁的取值為45mm，定位速度相對提高了14％，定位精度相對提高了15％。

應(yīng)用場景5

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的定位性能良好的巡邏車，所述巡邏車上設(shè)置全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)包括設(shè)置于巡邏車上的依次連接的用戶端1、定位服務(wù)器2、位置修正模塊3以及與所述位置修正模塊3通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接的具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4；所述用戶端1用于向定位服務(wù)器2發(fā)起定位請求；所述定位服務(wù)器2用于在接收定位請求后獲取需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號，并將所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號發(fā)送到位置修正模塊3；所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，用于根據(jù)同一衛(wèi)星天線同時接收自身的增強衛(wèi)星定位信號和普通衛(wèi)星定位信號，進行增強定位和位置解算處理，獲取自身的高精度坐標，并將自身的高精度坐標與普通衛(wèi)星定位信號之間的差分數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實時傳輸給所述位置修正模塊3；所述位置修正模塊3用于利用差分數(shù)據(jù)對所述需定位車輛的普通衛(wèi)星定位信號進行修正，并根據(jù)修正后的普通衛(wèi)星定位信號得到需定位車輛的高精度位置信息。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4設(shè)有用于接收自身的增強衛(wèi)星定位信號的增強衛(wèi)星定位信號接收單元41和用于接收自身普通衛(wèi)星定位信號的普通衛(wèi)星定位信號接收單元42。

本發(fā)明上述實施例僅需要增加一部具有衛(wèi)星定位增強功能的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4，即可有效提高多個不具有衛(wèi)星定位增強功能的需定位車輛的定位精度，有效解決了高精度定位需求與低使用成本之間的矛盾，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強定位系統(tǒng)還包括用于顯示所述需定位車輛的高精度位置信息的位置顯示模塊5。

本優(yōu)選實施例便于巡邏人員實時掌握巡邏車輛實時位置和巡查信息，促進所轄路段的安全暢通。

優(yōu)選的，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4還包括衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43、衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44、位置解算粗差消除單元45，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43用于同時處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測，獲取衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)；所述衛(wèi)星測量偽距誤差消除單元44用于消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差；所述位置解算粗差消除單元45用于采用最小二乘法對消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行位置解算，并在解算過程中進行粗差消除，最終獲取所述高精度坐標。

本優(yōu)選實施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的主要架構(gòu)。

優(yōu)選的，所述衛(wèi)星偽距測量結(jié)果獲取單元43采用的衛(wèi)星偽距的測量計算公式為：

${\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}=r^{\left(M\right)}+c({\mathrm{\δt}}_s-{\mathrm{\δt}}^{\left(M\right)})+c\left(Y^{\left(M\right)}\right)+n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

式中，M＝1，2，…，m為所有觀測到衛(wèi)星的臨時編號，ρ^(M)為每顆可見衛(wèi)星的測量偽距，r^(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4位置的幾何距離，δt_s為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4時鐘與GPS時鐘的鐘差，δt^(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時鐘的鐘差，Y^(M)為信號延時誤差，Y^(M)＝C^(M)+D^(M)+Z^(M)+R^(M)，C^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過磁層的延時，D^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層的延時，Z^(M)為每個衛(wèi)星信號經(jīng)過中性層的延時，R^(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時，為對每個衛(wèi)星信號的偽距測量噪聲；

其中，X為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置坐標向量，X^(M)為衛(wèi)星M的位置坐標向量。

本優(yōu)選實施例提出了可見衛(wèi)星的測量偽距的計算公式，在偽距的計算中考慮了各種延時誤差，減少了初始定位的時間，減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的能量損耗，增加待機時間，提高了衛(wèi)星偽距的測量精度。

優(yōu)選的，所述消除衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差包括：

(1)第一次對誤差進行消除：

由于衛(wèi)星軌道攝動，衛(wèi)星在軌位置與真實位置會存在偏差p₁，采取差分定位法進行消除，誤差消減后偏差為p′₁；

由于存在時鐘漂移和相對論效應(yīng)，各個衛(wèi)星時鐘不可能與GPS時間嚴格同步，存在鐘差p₂，由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進行消除，誤差消減后偏差為p′₂；

由于各誤差對定位精度影響不同，設(shè)定閾值T₁，并引入誤差評估因子P：

P＝(p₁-p′₁)×(p₂-p′₂)

若P≤T₁，則完成第一次的誤差消除，否則，需繼續(xù)進行第一次的誤差消除；其中設(shè)定T₁的取值范圍為[30m,50m]；

除δt_s無法通過接收的可見星信息進行修正，可得：

$\sqrt{(x^{\left(M\right)}-x_s)+(y^{\left(M\right)}-y_s)+(z^{\left(M\right)}-z_s)}+{\mathrm{\δt}}_s={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}$

對其使用Taylor展開并進行一階化線性化截斷，忽略剩下的高階項，從而使偽距測量方程線性化求解：Δρ^(M)＝H·ΔX

和分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4相對衛(wèi)星M的偽距，ΔX＝X_k-X_k-1，X_k和X_k-1分別為k和k-1時刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的位置；

(2)第二次對誤差進行消除：

經(jīng)過第一次誤差消除，易得：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}={\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}-\left|\right|X^{\left(M\right)}-X\left|\right|-{\mathrm{\δt}}_s$

為了研究方便，假設(shè)測量誤差符合獨立分布的條件，并且符合正態(tài)分布：

$n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}~N(0,{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}\right)}^2)$

式中，為標準差，M為可見星的個數(shù)，令：

$\frac{n_{\mathrm{\ρ}}^{\left(M\right)}}{w^{\left(M\right)}}~N(0,{\mathrm{\σ}}_0^2)$

w^(M)為每個測量值對應(yīng)的權(quán)重，σ₀為標準差，ΔX通過下式求解：

$\frac{1}{w^{\left(M\right)}}{\mathrm{\Δ\ρ}}^{\left(M\right)}=\frac{1}{w^{\left(M\right)}}H\·\mathrm{\Δ}X$

每一個輸出測量值ρ^(M)對應(yīng)一個權(quán)重w^(M)，并希望權(quán)重w^(M)倒數(shù)越大的值在解算中作用越大，若ρ^(M)測量誤差越小，w^(M)應(yīng)越小；

其中，影響偽距測量精度的因素包括：與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差E₁、與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4有關(guān)的誤差E₂、與衛(wèi)星信號強度有關(guān)的誤差E₃、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤差E₄；

其中，E₁通過導(dǎo)航電文中測距精度因子N提供給用戶，

E₁越小時，測量誤差越小，這滿足加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₂由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4本身預(yù)測和實際測量值得到的，每次測量誤差都會得到與該測量誤差相關(guān)的一組誤差值，這樣就每次測量都可以得到與之對應(yīng)的測量誤差的標準差σ^(M)：

w^(M)＝σ^(M)

以該標準差作為權(quán)重因子；

E₃用載噪比表示，采用SIGMA-ε模型進行誤差衡量，

${\left({\mathrm{\σ}}^{\left(M\right)}\right)}^2=a+b\·{10}^{(-\frac{C}{N_{0,i}})/10}$

a、b為模型參數(shù)，N_0,i為測量的載噪比，當(dāng)載噪比越大時，測量誤差也就越小，滿足了加權(quán)算法中對權(quán)重因子的選擇要求；

E₄以地球潮汐為例，潮汐引起測站位移，位移越小，引起的誤差越小，符合權(quán)重因子選取要求；

設(shè)E₁、E₂、E₃、E₄的權(quán)重因子分別為對其進行重新加權(quán)，得到：

$w_{add}^{\left(M\right)}=a_1\·w_{E_1}^{\left(M\right)}+a_2\·w_{E_2}^{\left(M\right)}+a_3\·w_{E_3}^{\left(M\right)}+a_4\·w_{E_4}^{\left(M\right)}$

其中，系數(shù)j＝1,2,3,4；

(3)確定誤差消減后的定位誤差：

確定兩次誤差消減對定位精度的影響因子分別為Q₁和Q₂，綜合影響因子：

Q＝Q₁×Q₂

定位精度用距離均方根(DRMS)表示，誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系：

DRMS_h＝Q×DRMS_q

DRMS_q和DRMS_h分別表示誤差消減前后定位誤差。

本優(yōu)選實施例通過對衛(wèi)星偽距測量過程中的系統(tǒng)誤差進行消除，提高了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機4的靈敏度，進一步提高了衛(wèi)星偽距的測量精度，從而提高了定位精度。

優(yōu)選的，所述位置解算粗差消除單元45以計算機和濾波器為載體，包括依次連接的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元；所述預(yù)處理子單元用于對所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星；所述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解；所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，若存在粗差，剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星，若不存在粗差，采用最小二乘法及新的權(quán)矩陣進行迭代計算，直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T₂時終止迭代，從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星，進而得到并輸出定位結(jié)果；所述濾波子單元用于對所述定位結(jié)果采用卡爾曼濾波進行濾波計算，并輸出最終的定位結(jié)果；

其中，所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進行初始化的定位求解，包括：獲取衛(wèi)星偽距測量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項，根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣；根據(jù)最小二乘法進行定位求解；

其中，所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差，包括：根據(jù)衛(wèi)星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進行粗差檢驗，對檢驗的粗差，根據(jù)衛(wèi)星偽距測量誤差方程和初始化矩陣計算出新矩陣，計算新矩陣各向量之間的距離，采用K-means聚類方法對所述各向量之間的距離進行聚類分析，判斷向量之間的親疏關(guān)系，從而完成粗差識別。

本優(yōu)選實施例將最小二乘法、迭代運算、聚類方法和濾波計算相結(jié)合，提高衛(wèi)星優(yōu)選和定位的精度，在消除偽距測量誤差后、迭代運算之前進行是否存在粗差的判斷，并隔離存在粗差的故障衛(wèi)星，減小了計算量，進一步提高定位準確度。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定閾值T₁的取值為50mm，定位速度相對提高了15％，定位精度相對提高了16％。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。