一种选择伪卫星基站的方法与流程

本发明涉及导航与定位领域，尤其涉及一种选择伪卫星基站的方法。

背景技术：

1、在日前社会上所建设的关键性设施上，往往通过监测监控以实时保证设施的安全。但由于部分设施身处的环境使得gnss卫星可见性变差，难以通过gnss卫星系统为接收机提供可靠、准确、连续的导航定位服务，如何实现高精度实时监测成为了难题。随着科技发展进步，独立组网的地基伪卫星定位系统可以根据实际需求和地形合理部署基站为接收机提供高精度、可靠性的定位服务，但通常会布设一定数量的冗余基站，以此提高定位的连续性，减少定位盲区。基于传统卫星导航定位算法解算，不仅会导致接收机计算量增加、提升硬件成本，还会使伪距测量误差较大的观测值参与定位解算，降低系统的定位精度。为了减轻接收机的计算负担，提升定位精度，需要从可视基站中选择定位精度较高的基站组合进行信号接收和定位解算。

2、传统的gnss系统的基站组合的选择方法是采用dop精度因子最优标准。但对于地基伪卫星系统，由于接收机到各基站的距离不同，测距误差存在明显差异，因此不适用dop精度因子。因此提出了一种将wdop加权精度因子最优标准作为接收机定位卫星选择的依据，削弱伪距测量误差不同对选星和定位结果造成的影响。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种选择伪卫星基站的方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种选择伪卫星基站的方法，包括以下步骤：

4、确定需要选择的基站的数目k；

5、计算每个基站的δmn；

6、确定最小δmn值，同时剔除最小δmn对应的基站；

7、判断剩余基站的数量p是否大于基站的数目k，若是，返回至重新计算每个基站的δmn，若否，基站选择完毕。

8、进一步的，所述计算每个基站的δmn包括步骤如下：

9、引入系统的观测矩阵h求出定位误差协方差矩阵，根据dop精度因子的定义计算pdop位置精度因子；

10、引入系统测距误差的加权矩阵w计算卫星的测量误差协方差矩阵，根据dop精度因子的定义求出wpdop加权位置精度因子；

11、通过伪距测量误差的计算得到测距误差与测量误差成正比；

12、求出卫星的测距误差协方差矩阵，引入加权矩阵w、观测矩阵h得到相邻个数基站wpdop加权位置精度因子与δmn的关系式。

13、进一步的，所述伪距测量误差的计算包括步骤如下：

14、根据接收机使用的相干dll鉴别器得出测量误差均方根表达式；

15、根据伪卫星系统基准测距误差方差设定为接受机距离基站1m时的测距误差，得出各基站测量误差标准差之间的关系式是与接受信号功率有关；通过引入接受信号功率与信号的自由空间衰减模型的关系式结合基站的发射信号波长和功率进一步得出伪卫星接收机测量误差与接收机到基站的距离的关系式。

16、进一步的，所述定位误差协方差矩阵如下式所示：

17、

18、

19、式中，h为系统的观测矩阵表示第i颗卫星的方向余弦)，n表示可见星数目，为伪距测量方差，d为系数矩阵，cov(dx)为定位误差协方差阵；

20、所述pdop位置精度因子可表示为下式所示：

21、

22、所述pdop位置精度因子主要用于衡量三维定位的精度，包括位置的经度、纬度和高度；pdop越小，定位精度越高。

23、进一步的，所述测量误差的协方差矩阵可以表示如下式所示：

24、

25、式中，wn为系统测距误差的加权矩阵；用dx表示定位系统位置/时间估计的净误差，则测距误差协方差矩阵为：

26、

27、所述wpdop加权精度因子可表示如下式所示：

28、

29、将wpdop最优标准作为伪卫星定位系统基站选择的依据。

30、进一步的，所述接收机使用相干dll鉴别器测量误差均方根如下式所示：

31、

32、式中，bn表示码跟踪环的噪声带宽；d表示超前减滞后相关器的间距；c/n0表示载噪比，指解调前的射频信号与噪声功率的比值。

33、进一步的，所述各基站测量误差标准差σi与σ0存在以下关系：

34、

35、式中为接收机距离基站1m时的测距误差，c0为接收机距离基站1m时的射频信号功率，ci为接收信号功率；

36、所述观测量误差的大小主要取决于接收信号功率，所述接收信号功率根据信号的自由空间衰减模型确定。

37、进一步的，所述接收信号功率与信号的自由空间衰减模型的关系式如下式所示：

38、

39、式中，cr(d)是距离发射源dm处天线的接收功率，ct表示信号的发射功率，gt和gr表示发射和接收天线的增益，λ为信号波长，l表示硬件损耗因子；由于基站所采用的硬件设备以及发射的信号波长和功率完全相同，所以可以化简为：

40、

41、所述伪卫星接收机观测量误差与接收机到基站之间的距离的平方近似成正比。

42、进一步的，根据伪卫星系统测距误差的协方差矩阵和伪卫星系统加权矩阵w，所述相邻个数的基站关系如下式所示：

43、

44、式中，h为去掉的基站的观测量，w是其对应的权值；hn是可视基站数为n时的观测矩阵，从中去掉一个基站，剩余n-1个基站的观测矩阵是hn-1；

45、跟据sherman-morrison-woodbury恒等式可以进一步得到下式：

46、

47、式中，r＝(1/w-hmnht)-1是一个标量。

48、进一步的，剩余n-1个基站和接收机形成的几何构型的加权位置精度因子为：

49、

50、去掉的基站对wpdopn的影响为：

51、△mn＝l11+l22+l33

52、△mn越小，去掉后剩余基站的wpdop越小，定位精度越高。

53、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

54、通过在wdop加权因子基础上引出wpdop加权位置精度因子最优准则，提出了一种基于对wpdop贡献的选站方法，有效降低了基站选择算法的计算量，使得基站的选择速度更快，提高了定位的实时性。

技术特征：

1.一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：所述计算每个基站的δmn包括步骤如下：

3.如权利要求2所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：所述伪距测量误差的计算包括步骤如下：

4.如权利要求3所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：所述定位误差协方差矩阵如下式所示：

5.如权利要求4所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：所述测量误差的协方差矩阵可以表示如下式所示：

6.如权利要求5所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：所述接收机使用相干dll鉴别器测量误差均方根如下式所示：

7.如权利要求6所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：所述各基站测量误差标准差σi与σ0存在以下关系：

8.如权利要求7所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：所述接收信号功率与信号的自由空间衰减模型的关系式如下式所示：

9.如权利要求8所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：根据伪卫星系统测距误差的协方差矩阵和伪卫星系统加权矩阵w，所述相邻个数的基站关系如下式所示：

10.如权利要求9所述的一种选择伪卫星基站的方法，其特征在于：剩余n-1个基站和接收机形成的几何构型的加权位置精度因子为：

技术总结本发明涉及一种选择伪卫星基站的方法，包括以下步骤：确定需要选择的基站的数目K。计算每个基站对WPDOP的影响ΔMn。确定最小值，同时去掉其对应的基站。对剩余基站重复执行计算每个基站对WPDOP的影响ΔMn。确定最小值，同时去掉其对应的基站；直到剩余基站的数量等于K。通过在WDOP加权因子基础上引出WPDOP加权位置精度因子最优准则，提出了一种基于对WPDOP贡献的选站方法，有效降低了基站选择算法的计算量，使得基站的选择速度更快，提高了定位的实时性。技术研发人员：于超,王敏,凌凯峰,赵一沣,葛学如受保护的技术使用者：无锡卡尔曼导航技术有限公司南京技术中心技术研发日：技术公布日：2024/9/9