[发明专利]一种全场景共享导航定位与广义图形元围猎运算求解方法

权利要求书

1.一种全场景共享导航定位与广义图形元围猎运算求解方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.在室外场景下当接收终端能接收到大于或等于四颗GNSS导航卫星的导航定位信号时，接收终端进行传播时延测量，获得多段伪距值，经球交会求解得到终端的位置以实现室外场景下定位导航的需求；

在室内架设导航灯，所述导航灯指伪卫星，室内导航灯的设计选用频段(L1、B1、E1)、扩频码即伪随机码、扩频调制方式，导航电文格式与卫星导航系统中使用的格式相同且只是重新定义了导航电文内容，重新定义的室内导航电文保留原室外导航电文的部分数据和信息，重新定义的数据包括：室内空间的ID编号、导航灯ID号、扩频码码号、安装点位置、高度、道路或隧道走向方位偏角、摄像头的安装位置、基准点气压、温度、湿度、磁偏角、中心频点、频带宽、波束辐射特性、导航灯空间位置天线出口信号强度导航灯健康状况标识、校验位的参数，能够播送室内地图和空间信息包括室内空间中的建筑单元、家具、堆放的物品、设施以及特征参数和特征点；

步骤2，确定表示导航定位系统的位置的坐标系，建立坐标系及坐标系之间的转换关系：

步骤3，在室外场景下，卫星导航观测方程组至少要列出四个或四个以上以卫星位置为球心、以观测伪距为半径的球方程如以下公式(5)所示：

其中，卫星数n大于等于4；x_j、y_j、z_j为第j颗卫星在地固坐标系中的三维坐标分量，x_u、y_u、z_u指用户站在地固坐标系中的三维坐标分量，ρ_ju为用户站与第j颗卫星之间的观测伪距，c为光速，t_u为接收机时钟偏差，δρ_ju为由星钟偏差、电离层时延、对流层时延和多径效应引起的伪距时延修正量；

上述公式(5)的解就是用户站的三维坐标(x_u，y_u，z_u)和接收机时钟偏差t_u，即以卫星位置为球心，以伪距为半径的球的交点，也称为球方程组的解，上述公式(5)的解精度在2至10米；

GNSS卫星信号到达地面,两个接收天线接收到的载波信号的相位差用向量投影表示，如下述公式(6)所示：

公式(6)中，为天线间的基线矢量，b＝[x y z]^T为未知基线矢量在地心地固坐标系中的坐标，表示为卫星s的信号分别到达两个接收天线时载波相位之间的差值，为新的模糊度参数，为天线至卫星的方向的单位矢量，天线位置坐标和卫星坐标通过卫星定位及卫星星历得到，已知，当观测m颗卫星时，得到观测方程组如以下公式(7)所示：

m颗卫星的模糊度存在相关性且当求解出正确的模糊度时，观测方程组有唯一解，通过解算得到未知基线矢量，经交会求解，得到终端的位置以满足室外场景下精准定位导航的需求，单频RTK方法在30公里以内获得固定解时定位精度达到厘米级，在50公里内采用差分定位其精度能够达到亚米级或分米级；采用单频导航芯片进行RTK动态实时载波相位精准定位时工作流程的步骤如下：

步骤3.1，利用接收天线接收到的星历文件计算出观测卫星的位置坐标；

步骤3.2，根据接收到的卫星观测数据建立载波相位差分观测组；

步骤3.3，求解整周模糊度，选取整周模糊度求解算法快速确定整周模糊度；

步骤3.4，由整周模糊度得到基线矢量在WGS-84坐标系中的坐标；

步骤3.5，将解算出的基线矢量进行坐标转换得出相关矩阵和不同坐标系下的基线矢量坐标；

步骤3.6，根据求得的相关矩阵和基线矢量坐标求解出载体位置、位移及姿态角；

步骤4，在室内场景时，通过共享终端并利用设置室内导航灯进行定位导航，即直接用共享终端在室内接收导航灯信号，解扩解调后，在导航灯电文中获得室内空间的标称经度值和纬度值，标称经度值和纬度值表明室内空间位置的基本信息，当要得到细分的室内空间的位置值，采用广义图形元围猎运算求解方法，即先利用导航电文传送的信息和芯片测量导航信号获得的测量参数，寻找到含有解域的相关几何图形元，对含有解域的图形元进行围猎运算，缩小围猎区域，缩小的解域就是模糊定位解域，缩小的解域表述的方法根据场景不同、缩小的解域不同而不同，广义图形元围猎运算求解方法的算法是一类模糊定位算法，模糊定位解的数学表达式是图形元或区间数，用图形元表示定位时，采用图形元围猎运算进行求解，图形元围猎运算是指对两幅或两幅以上的输入图像中对应像素的灰度值作加、减、乘或除的运算，也就是将两幅或两幅以上的输入图像元作交集将两个造型相交的部分保留下来，删除不相交的部分的运算：

设定得到的图形元为A(x,y)，B(x,y)，……，L(x,y)，

则导航定位解如以下公式(8)所示：

S(x,y)＝A(x,y)∧B(x,y)∧……∧L(x,y)……(8)，

简化的图形元围猎运算只选用黑白两色，黑白两色是灰度值中的特例，除了用图形元运算进行求解外，也能够用区间数[a,c]和[b,d]表示一块解域，[a,c]是X轴方向区间数，[b,d]是Y轴方向区间数，其中，a、b表示为上界，c、d表示为下界，区间数和图形元能够交叉与重叠，得到一块重叠区域，重叠区域就是缩小的定位解区间，缩小的定位解区间就是一片模糊定位解域；广义图形元围猎运算求解方法是根据对地图、空间覆盖的分析认知，得到一些含解域的称为图形元的几何图形并通过把选择的几何图形元进行围猎运算和不断重叠收缩定义可行域来获知位置解，广义图形元围猎运算求解方法最后得到的是一块缩小的图形元即一片缩小的解域；

步骤5，在室外遮挡场景下，当设置有导航灯实施增强，视为室内场景采用步骤4中的广义图形元围猎运算求解方法即将含解域的图形元经运算后获得定位解，也能够采用卫星定位方程与导航灯定位方程联合求解方式并进行增强定位。