[发明专利]一种基于分步加权最小二乘估计的单点定位的方法及装置

权利要求书

1.一种基于分步加权最小二乘估计的单点定位的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、根据卫星的位置以及接收机的位置计算当前历元中每颗卫星的高度角和方位角；

S2、根据所述每颗卫星的高度角和方位角确定当前历元中在站心坐标系中E、N、U方向上关于各颗卫星的权重矩阵；

S3、根据所述权重矩阵通过最小二乘估计方法分步估计所述接收机的位置；

S4、根据所述位置进行坐标变换，得到所述接收机的单点定位结果；

步骤S1包括：

S11、判断当前历元是否为第一历元，若是，则执行步骤S12，否则，执行步骤S13；

S12、根据卫星位置以及接收机位置的初始值将计算卫星的高度角和方位角；

S13、根据卫星位置和上一历元估计的接收机位置计算卫星的高度角和方位角；

步骤S2包括：

S21、根据所述每颗卫星的高度角和方位角确定当前历元中第i颗卫星在站心坐标系中E、N、U方向上的权值w²_E,i、w²_N,i和w²_U,i，其中i＝(1，2，...，n)，n为当前历元中所述接收机收到的卫星数量；

S22、根据所述E、N、U方向上各颗卫星的权值确定当前历元在E、N、U方向上关于各颗卫星的权重矩阵，所述权重矩阵如下：

W_E＝diag{w²_E,1,w²_E,2,...,w²_E,n}

W_N＝diag{w²_N,1,w²_N,2,...,w²_N,n}

W_U＝diag{w²_U,1,w²_U,2,...,w²_U,n}；

步骤S3包括：

S31、分步计算当前历元和上一历元的站心坐标差，计算公式如下：

ΔE_E＝(G^TW_EG)^-1G^TW_EΔρ

ΔE_N＝(G^TW_NG)^-1G^TW_NΔρ

ΔE_U＝(G^TW_UG)^-1G^TW_UΔρ；

其中，ΔE为当前历元和上一历元的站心坐标差，ΔE_E表示根据E方向权重矩阵W_E所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，ΔE_N表示根据N方向权重矩阵W_N所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，ΔE_U表示根据U方向权重矩阵W_U所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，G为方向余弦矩阵，Δρ为修正后的伪距残差；

S32、根据牛顿迭代法，重复步骤S11至S31，直到小于预设值时，得到当前历元分别采用E、N、U方向上权重矩阵W_E，W_N，W_U时，所述接收机的站心坐标估值如下：

其中，e_E,k，n_E,k，u_E,k分别表示当前历元根据E方向权重矩阵W_E所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，e_E,k-1，n_E,k-1，u_E,k-1分别表示上一历元根据E方向权重矩阵W_E所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，Δe_E，Δn_E，Δu_E分别表示根据E方向权重矩阵W_E所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差；e_N,k，n_N,k，u_N,k分别表示当前历元根据N方向权重矩阵W_N所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，e_N,k-1，n_N,k-1，u_N,k-1分别表示上一历元根据N方向权重矩阵W_N所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，Δe_N，Δn_N，Δu_N分别表示根据N方向权重矩阵W_N所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差；e_U,k，n_U,k，u_U,k分别表示当前历元根据U方向权重矩阵W_U所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，e_U,k-1，n_U,k-1，u_U,k-1分别表示上一历元根据U方向权重矩阵W_U所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，Δe_U，Δn_U，Δu_U分别表示根据U方向权重矩阵W_U所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，k表示迭代次数，且k为大于1的正整数；

S33、取e_E,k，n_N,k，u_U,k作为当前历元接收机在站心坐标系中的坐标，所述接收机的站心坐标如下：

步骤S4包括：

根据所述接收机的站心坐标和坐标变换公式进行坐标变换，得到所述接收机的单点定位结果；

所述坐标变换公式为：其中，x，y，z分别表示接收机在地心地固坐标系X轴、Y轴和Z轴方向上的坐标分量，S为坐标变换矩阵，λ为接收机位置的大地经度，φ为接收机位置的大地纬度。

2.一种基于分步加权最小二乘估计的单点定位的装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1、根据卫星的位置以及接收机的位置计算当前历元中每颗卫星的高度角和方位角；

S2、根据所述每颗卫星的高度角和方位角确定当前历元中在站心坐标系中E、N、U方向上关于各颗卫星的权重矩阵；

S3、根据所述权重矩阵通过最小二乘估计方法分步估计所述接收机的位置；

S4、根据所述位置进行坐标变换，得到所述接收机的单点定位结果；

步骤S1包括：

S11、判断当前历元是否为第一历元，若是，则执行步骤S12，否则，执行步骤S13；

S12、根据卫星位置以及接收机位置的初始值将计算卫星的高度角和方位角；

S13、根据卫星位置和上一历元估计的接收机位置计算卫星的高度角和方位角；

步骤S2包括：

S21、根据所述每颗卫星的高度角和方位角确定当前历元中第i颗卫星在站心坐标系中E、N、U方向上的权值w²_E,i、w²_N,i和w²_U,i，其中i＝(1，2，...，n)，n为当前历元中所述接收机收到的卫星数量；

S22、根据所述E、N、U方向上各颗卫星的权值确定当前历元在E、N、U方向上关于各颗卫星的权重矩阵，所述权重矩阵如下：

W_E＝diag{w²_E,1,w²_E,2,...,w²_E,n}

W_N＝diag{w²_N,1,w²_N,2,...,w²_N,n}

W_U＝diag{w²_U,1,w²_U,2,...,w²_U,n}；

步骤S3包括：

S31、分步计算当前历元和上一历元的站心坐标差，计算公式如下：

ΔE_E＝(G^TW_EG)^-1G^TW_EΔρ

ΔE_N＝(G^TW_NG)^-1G^TW_NΔρ

ΔE_U＝(G^TW_UG)^-1G^TW_UΔρ；

其中，ΔE为当前历元和上一历元的站心坐标差，ΔE_E表示根据E方向权重矩阵W_E所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，ΔE_N表示根据N方向权重矩阵W_N所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，ΔE_U表示根据U方向权重矩阵W_U所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，G为方向余弦矩阵，Δρ为修正后的伪距残差；

S32、根据牛顿迭代法，重复步骤S11至S31，直到小于预设值时，得到当前历元分别采用E、N、U方向上权重矩阵W_E，W_N，W_U时，所述接收机的站心坐标估值如下：

其中，e_E,k，n_E,k，u_E,k分别表示当前历元根据E方向权重矩阵W_E所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，e_E,k-1，n_E,k-1，u_E,k-1分别表示上一历元根据E方向权重矩阵W_E所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，Δe_E，Δn_E，Δu_E分别表示根据E方向权重矩阵W_E所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差；e_N,k，n_N,k，u_N,k分别表示当前历元根据N方向权重矩阵W_N所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，e_N,k-1，n_N,k-1，u_N,k-1分别表示上一历元根据N方向权重矩阵W_N所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，Δe_N，Δn_N，Δu_N分别表示根据N方向权重矩阵W_N所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差；e_U,k，n_U,k，u_U,k分别表示当前历元根据U方向权重矩阵W_U所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，e_U,k-1，n_U,k-1，u_U,k-1分别表示上一历元根据U方向权重矩阵W_U所求得的接收机在站心坐标系中的坐标，Δe_U，Δn_U，Δu_U分别表示根据U方向权重矩阵W_U所求得的当前历元和上一历元的站心坐标差，k表示迭代次数，且k为大于1的正整数；

S33、取e_E,k，n_N,k，u_U,k作为当前历元接收机在站心坐标系中的坐标，所述接收机的站心坐标如下：

步骤S4包括：

根据所述接收机的站心坐标和坐标变换公式进行坐标变换，得到所述接收机的单点定位结果；

所述坐标变换公式为：其中，x，y，z分别表示接收机在地心地固坐标系X轴、Y轴和Z轴方向上的坐标分量，S为坐标变换矩阵，λ为接收机位置的大地经度，φ为接收机位置的大地纬度。