[发明专利]一种适用于船舶交通管理系统的双模卫星融合定位方法

权利要求书

1.一种适用于船舶交通管理系统的双模卫星融合定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、建立卫星双频伪距误差修正模型：对编号为s的卫星，建立如下所示的双频伪距误差修正模型：

式(5)中，表示卫星s经双频修正后的伪距测量值；f₁和f₂分别表示卫星信号的两个不同载波频率；和分别表示船载接收终端u在同一时刻对卫星s所发射的两个不同载波频率信号f₁和f₂上接收的伪距测量值；

步骤2、修正卫星的伪距测量值：假设船载接收终端u所能接收的所有可见卫星包括m颗北斗卫星和n颗GPS卫星；则在当前观测历元t时刻下，通过船载接收终端，根据步骤1中建立的卫星双频伪距误差修正模型，对每颗卫星均进行伪距测量值的修正；

步骤3、北斗卫星和GPS卫星的空间位置解算及时空转换：接收m颗北斗卫星和n颗GPS卫星的星历数据，根据星历中的开普勒参数对卫星位置进行解算，得到每颗卫星的空间位置坐标，然后将n颗GPS卫星的空间位置坐标转换到北斗坐标系下，同时将GPS时间系统转换到北斗时间系统下，从而实现北斗系统和GPS的时空转换与统一；

步骤4、初步求解船舶位置：针对m颗北斗卫星和n颗GPS卫星，建立双模伪距定位观测方程组，并对其进行线性化，通过最小二乘法初步解算出在当前观测历元t时刻下船舶在北斗坐标系中的空间位置坐标(x_t，y_t，z_t)；

步骤5、计算每颗卫星相对于船舶的高度角：根据步骤3得到的卫星空间位置坐标和步骤4初步得到的船舶空间位置坐标，计算m颗北斗卫星和n颗GPS卫星相对于船舶的高度角，得到m颗北斗卫星的高度角为n颗GPS卫星的高度角为

步骤6、建立多权重模型：根据卫星的系统类别、信噪比和高度角，建立如下所示的多权重模型：

W·A·△X＝W·B (21)

W＝W₁·W₂·W₃ (20)

其中，A为观测系数矩阵；△X为关于船舶从t-1时刻至t时刻的修正量矩阵；B为过程矩阵；W为综合权重矩阵；W₁为(m+n)颗卫星基于系统类别的权重矩阵；W₂为(m+n)颗卫星基于信噪比的权重矩阵；W₃为(m+n)颗卫星基于高度角的权重矩阵；

(m+n)颗卫星基于系统类别的权重矩阵W₁如下所示：

其中，W_B表示m颗北斗卫星构成的基于系统类别的权重矩阵；W_G表示n颗GPS卫星构成的基于系统类别的权重矩阵；

(m+n)颗卫星基于信噪比的权重矩阵W₂如下所示：

式(18)中，分别表示m颗北斗卫星基于信噪比的权重值；

分别表示n颗GPS卫星基于信噪比的权重值；

(m+n)颗卫星基于高度角的权重矩阵W₃如下所示：

式(19)中，分别表示m颗北斗卫星基于高度角的权重值；分别表示n颗GPS卫星基于高度角的权重值；

权重矩阵W₃中m颗北斗卫星或n颗GPS卫星基于高度角的权重值，简称基于卫星高度角的权重Q₃，计算公式如下：

Q₃＝sinθ (16)

式(16)中，θ表示卫星的高度角；

步骤7、二次精确求解船舶位置：采用加权最小二乘法求解线性化后的公式(21)，得到修正量矩阵△X，从而获得在当前观测历元t时刻下船舶在北斗坐标系中的精确空间位置坐标；其中，获得的修正量矩阵△X为：

△X＝-(A^T·W^T·W·A)^-1·A^T·W^T·W·B (22)

式(22)中，A^T表示矩阵A的转置，W^T表示矩阵W的转置，(A^T·W^T·W·A)^-1表示矩阵(A^T·W^T·W·A)的逆；

步骤8，在下一历元时刻，重复步骤1到步骤7，获得船舶的空间位置坐标；利用卫星的双频伪距进行电离层延时修正，能有效消除伪距测量值的电离层延时误差，从而显著提升船舶的定位精度；另外，通过建立的多权重模型，充分考虑卫星的系统类别、信噪比和高度角对每颗卫星伪距测量值的影响，并采用加权最小二乘法进行定位解算，进一步提升船舶定位精度，同时也明显降低定位算法的复杂度。