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专利号: 2020103970378
申请人: 烟台南山学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高精度北斗导航定位系统导航定位参数计算方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)根据北斗接收机测得的伪距、伪距率计算载体在地球坐标系三个坐标轴上的初始位置及速度分量,在地球坐标系中根据载体的运动学原理建立载体运动模型,建立北斗导航的误差模型,二者模型合并形成动态滤波的常规系统模型;

(2)建立北斗导航的观测模型,结合步骤(1),对系统进行离散化,建立北斗导航动态滤波的常规系统模型;

(3)基于步骤(2)建立的北斗导航动态滤波的常规系统模型,考虑到前后两时刻常规系统模型的相关性及北斗导航定位接收机伪距、伪距率观测的独立性,建立地球坐标系下北斗高精度导航的系统状态方程、量测方程;

(4)对前后两时刻常规系统模型中相同变量及伪距、伪距率观测量中相同变量进行正交变换,设计并完成北斗高精度导航的系统最优滤波算法;

(5)进行反正交变换取出滤波结果中当前时刻的常规系统模型,滤波结果能够高精度表达载体在地球坐标系三个轴上的位置、速度分量,还能够对载体的经度、纬度、高度及该三个方向速度进行高精度解算,滤波结果同时对北斗接收机进行反馈校正以减小时钟偏差及等效时钟漂移对导航定位精度的影响。

2.根据权利要求1中所述的高精度北斗导航定位系统导航定位参数计算方法,其特征在于,步骤(1)中所述的在地球坐标系中根据载体的运动学原理建立载体运动模型,建立北斗导航的误差模型,二者模型合并形成动态滤波的常规系统模型,具体如下:在地球坐标系中根据载体的运动学原理建立载体运动模型,载体运动状态取为:其中状态变量 分别为载体在地球坐标系下x,y,z

三个坐标轴上的位置、速度和加速度分量,由此建立系统的运动模型:北斗导航定位接收机的误差取为:

T

其中:XG(t)=[δl δlf] ,δl为与时钟偏置对应的距离误差,δlf为等效时钟频漂所对应的速度误差;

以上(2)和(3)两式合并为:

将式(4)离散化后,得:

X(k)=Φ(k,k‑1)X(k‑1)+Γ(k‑1)U(k‑1)+W(k‑1)            (5)。

3.根据权利要求2中所述的高精度北斗导航定位系统导航定位参数计算方法,其特征在于,步骤(2)中所述的建立北斗导航的观测模型,结合步骤(1),对系统进行离散化,建立北斗导航动态滤波的常规系统模型,具体如下:北斗卫星i测得的伪距ρi经过线性化并取其线性部分,有

δρi=Hi·δX+vi                           (6)得如下系统方程和量测方程:

建立离散的北斗导航动态滤波常规滤波模型如下:

4.根据权利要求3中所述的高精度北斗导航定位系统导航定位参数计算方法,其特征在于,基于步骤(3)中所述的基于步骤(2)建立的北斗导航动态滤波的常规系统模型,考虑到前后两时刻常规系统模型的相关性及北斗导航定位接收机伪距、伪距率观测的独立性,建立地球坐标系下北斗高精度导航的系统状态方程与量测方程,具体如下:T T T T T T T T

取:Xm(k)=[X (k‑1) X (k)]、Xm(k‑1)=[X (k‑3) X(k‑2)] 、Zm(k)=[Z (k‑1) Z (k)T],Xm(k)、Xm(k‑1)和Zm(k)相互间的关系为:Xm(k)=Φm(k,k‑1)Xm(k‑1)+Γm(k‑1)Um(k‑1)+Bm(k‑1)Wm(k‑1)     (9)Zm(k)=Hm(k)Xm(k)+Vm(k)                    (10)其中:

5.根据权利要求4中所述的高精度北斗导航定位系统导航定位参数计算方法,其特征在于,步骤(4)中所述的对前后两时刻常规系统模型中相同变量及伪距、伪距率观测量中相同变量进行正交变换,设计并完成北斗高精度导航的系统最优滤波算法,具体如下:其中:T=Ti·L,L为将Xm(k)变换成相同变量相邻的线性算子,Ti是对相同变量进行正T T交变换的块矩阵,且满足TiTi=I及TT=I;

T T

将式(9)、(10)、(11)结合,并考虑到TiTi=I、TT=I;则有其中:

利用系统模型(12)和观测模型(13)进行卡尔曼最优滤波其中:

6.根据权利要求1中所述的高精度北斗导航定位系统导航定位参数计算方法,其特征在于,步骤(5)中所述的进行反正交变换取出滤波结果中当前时刻的常规系统模型,滤波结果能够高精度表达载体在地球坐标系三个轴上的位置、速度分量,还能够对载体的经度、纬度、高度及该三个方向速度进行高精度解算,滤波结果同时对北斗接收机进行反馈校正以减小时钟偏差及等效时钟漂移对导航定位精度的影响,具体如下:根据式(14)的滤波结果 进行反正交变换,有:

利用式(15), 中当前时刻的系统状态估计值 能够精确表达载体在地球坐标系三个轴上的位置、速度、加速度分量以及北斗接收机时钟偏差及等效时钟漂移估计值;利用载体在地球坐标系三个轴上的位置、速度分量能够计算载体的经度、纬度、高度及该三个方向速度信息;同时利用 还能够以对北斗接收机时钟偏差及等效时钟频漂进行校正。