專利名稱：一種兼容導航接收機定位系統及其定位方法
技術領域：
本發明屬于衛星導航領域，具體涉及一種兼容導航接收機定位系統及其定位方法。
背景技術：
衛星導航能夠向各類用戶和運動平臺實時提供準確、連續的位置、速度和時間信息。全球衛星導航定位系統(Global Navigation Satellite System，簡稱為GNSS)是第二代衛星導航定位系統，具有陸海空全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的特點。
目前世界上已經存在的兩大全球衛星導航定位系統是美國的全球定位系統(GlobalPositioning System，簡稱為GPS)系統和俄羅斯的全球導航衛星系統(Global NavigationSatellite System，簡稱為GLONASS)，正在設計建設階段的有歐洲的“伽利略”衛星定位系統(Galileo GNSS，簡稱為Galileo)和中國的北斗二代導航系統(BeiDou-2，簡稱為BD2)。
GPS是目前發展最為成熟的導航系統，但始終受美軍方控制，在發生危機時，隨時可能被關閉；BD2目前為區域導航系統，存在12顆定位衛星，單BD2在高遮蔽角的情況下定位精度較差，難以滿足高精度定位要求，但其作為我國具有獨立知識產權的全球衛星導航定位系統，它的應用在非常時期是必要的。
各系統的衛星星座規模有限，獨立應用時還存在一定問題。首先，定位精度低，并且位置精度隨用戶接收機所處的位置和時間產生較大變化。其次，可靠性差，特別是在干擾較強的環境中，可能出現短暫信號中斷或捕獲衛星數少的情況，定位精度將受到很大影響。組合導航的應用得到廣泛的研究，但迄今為止，尚未有包含BD2的多衛星導航系統兼容導航接收機定位系統，尚未提出包含BD2的多衛星導航系統兼容導航接收機定位方法。
GPS、GLONASS、Galileo、BD2系統定義的參考坐標系基本是一致的，但由于不可避免的存在測軌跟蹤站站址坐標誤差和測量誤差，定義的坐標系與實際使用的坐標系存在一定的差異。因此，實際上各系統所采用的坐標系兩兩之間都存在差異。因此，在不同衛星導航系統組合應用時，需要對坐標系進行轉換。確定兩個坐標系轉換參數的數學模型有很多。具有代表性的模型為布爾莎模型(Bursa Model，簡稱Bursa模型)和莫洛金斯基模型(Molodensky Model，簡稱Molodensky模型)，Bursa模型較為常用。
7參數Bursa模型
其中，ΔX為地球中心偏移量在B系統參考坐標系X軸方向上的分量，ΔY為地球中心偏移量在B系統參考坐標系Y軸方向上的分量，ΔZ為地球中心偏移量在B系統參考坐標系Z軸方向上的分量，θx為B系統參考坐標系X軸到A系統參考坐標系X軸的旋轉角，θy為B系統參考坐標系Y軸到A系統參考坐標系Y軸的旋轉角，θz為B系統參考坐標系Z軸到A系統參考坐標系Z軸的旋轉角，為比例因子，la和lb分別是同一條基線在A系統和B系統兩坐標系中的基線長度。
GPS、GLONASS、Galileo、BD2系統皆為測時-測距導航系統，以測碼偽距觀測方式為例，用戶接收機通過觀測由衛星發射的測距碼到用戶接收機的傳播時間，乘以光速c后獲得接收機與衛星間通視距離的觀測量。基于這一測量原理，四系統對時間測量以及對時間同步的要求都比較高，使得不同導航系統為了確保各自系統運行的獨立性、可靠性以及穩定性，都獨立維持其系統時間參考系統的運行。即使采用相同精度的設備，采用同樣的技術也很難實現嚴格同步，導致多星座組合導航應用中需要進行時間系統統一，通常的方法是增加觀測量，將時間同步參數作為未知數求解，便可以實現不同系統間的時間系統統一。
目前，普通接收機通用的單機定位方法是基于線性化的迭代求解算法，因其在大部分情況下都能取得良好的定位效果，并且算法簡單，計算量相對較小，便于計算機實現。
基于線性化的迭代求解算法基于接收機與衛星Sj間的偽距公式構造導航定位方法 其中，j為觀測衛星Sj的編號，
為t時刻衛星Sj的觀測偽距，Rj(t)為用戶接收機與衛星Sj間的幾何距離，δ(t)為t時刻用戶接收機時鐘與衛星導航系統的系統時之間的鐘差，δtj(t)為t時刻衛星Sj的星鐘與衛星導航系統的系統時之間的鐘差，cδtj(t)稱為星鐘修正誤差，ΔIj(t)為t時刻電離層折射對測碼偽距的影響，稱為電離層修正誤差，ΔTj(t)為t時刻大氣對流層折射對測碼偽距的影響，稱為對流層修正誤差，(xj(t)，yj(t)，zj(t))T為衛星Sj的位置坐標，(x(t)，y(t)，z(t))T為用戶接收機的位置坐標，c為光速；其中x(t)、y(t)、z(t)、δ(t)為未知量。
設進行星鐘誤差、電離層誤差、對流層誤差修正后的觀測偽距為ρj(t)，則有 即 由于上述方程是非線性的，需運用泰勒一階展開來線性化。
設用戶接收機的近似位置的位置坐標為
真實位置和近似位置之間的偏離為(δx(t)，δy(t)，δz(t))T，將Rj(t)按泰勒級數繞近似位置展開，將位置偏離(δx(t)，δy(t)，δz(t))T表示為已知衛星坐標和偽距測量值的線性函數 即 其中，為接收機近似位置到衛星Sj的幾何距離； 表示由近似用戶位置指向衛星Sj的單位矢量的方向余弦； 當有效衛星數目滿足系統定位要求時，可以聯立線性方程生成矩陣，然后用最小二乘法迭代求解。
但是，用一階泰勒展開不能完全表征信號的真實特性，在理論上導致明顯的信號誤差，以至于導致使用該方法進行定位時存在定位精度不高、惡劣定位條件下魯棒性不強的不足。因此，為滿足對定位精度要求較高的用戶，考慮對線性迭代求解方法的結果進行濾波。
濾波的目的是估計當前載體的運動狀態，對于導航接收機來說就是估計天線相位中心的運動狀態，包括其在導航解算坐標系內的位置、速度等。目前，最基本的數據濾波方法包括線性回歸濾波，兩點外推濾波、為納濾波、加權最小二乘濾波、α-β與α-β-γ濾波、卡爾曼濾波和簡化的卡爾曼濾波等。從跟蹤精度來看，以卡爾曼濾波為最好，兩點外推濾波為最差；從計算量來看，以卡爾曼濾波為最大，兩點外推濾波最小。雖然，隨著現代微處理技術突飛猛進的發展，計算要求已不再成為應用卡爾曼濾波的主要障礙，但在多星座組合定位應用中，隨著觀測向量或狀態向量維數的擴充，卡爾曼濾波的計算量將會有大量增長。因此，卡爾曼濾波的使用，需根據用戶對跟蹤精度和計算量的要求進行折衷考慮。
常規卡爾曼濾波需要準確地知道系統噪聲和觀測噪聲的統計特性，而實際應用中觀測噪聲的隨機特性取決于測量設備以及系統的工作環境，很難準確描述，通常采用自適應卡爾曼濾波解決這一問題。為合理的應用卡爾曼濾波技術進行動態定位，最重要的是要建立載體的運動模型。常速度模型和常加速度模型構造簡單易于實現，但適用勻速或勻加速等無明顯機動的場合；一階時間相關模型對一般機動的載體具有很好地描述效果，但如突發劇烈機動效果迅速惡化；機動目標“當前”統計模型本質上是非零均值時間相關模型，其機動加速度的“當前”概率密度用修正的瑞利分布描述，均值為“當前”加速度預測值，相比之下能更為真實地反映目標機動范圍和強度的變化。
常速度模型 常加速度模型 一階時間相關模型 機動目標“當前”統計模型 其中，x，
分別為運動載體的位置、速度和加速度分量；ω(t)是均值為零，方差為σ2的高斯白噪聲；α為機動時間常數的倒數，即機動頻率，通常其取值范圍為轉彎機動α＝1/60，逃避機動α＝1/20，大氣擾動α＝1，確切值只有通過實驗測量確定；a(t)為機動加速度“當前”均值，在每一采用周期內為常數。
發明內容
本發明的目的是提供一種包含BD2的多衛星導航系統兼容導航接收機定位系統及其定位方法，可以選擇用于進行定位的衛星導航系統，單BD2定位可以在非常時期擺脫對其他衛星導航系統的依賴，多衛星導航系統的組合定位可以增加有效衛星的數量、保證衛星定位服務的連續性和可用性、增強觀測衛星的幾何圖形強度、提高整個衛星定位系統的可靠性。
本發明提供的一種兼容導航接收機定位系統，包括參數配置模塊、數據預處理器、衛星參數解算模塊、偽距修正模塊、坐標轉換模塊、定位解算模塊、卡爾曼濾波器和報文形成模塊。其中，參數配置模塊的第一個輸出端與數據預處理器的第一個輸入端相連，參數配置模塊的第二個輸出端與衛星參數解算模塊的第一個輸入端相連，參數配置模塊的第三個輸出端與偽距修正模塊的第一個輸入端相連，參數配置模塊的第四個輸出端與坐標轉換模塊的第一個輸入端相連，參數配置模塊的第五個輸出端與定位解算模塊的第一個輸入端相連，參數配置模塊的第六個輸出端與卡爾曼濾波器的第一個輸入端相連，參數配置模塊的第七個輸出端與報文形成模塊的第一個輸入端相連；導航電文從數據預處理器的第二個輸入端輸入，觀測數據從數據預處理器的第三個輸入端輸入，數據預處理器的第一個輸出端與衛星參數解算模塊的第二個輸入端相連，數據預處理器的第二個輸出端與偽距修正模塊的第二個輸入端相連；衛星參數解算模塊的輸出端與坐標轉換模塊的第二個輸入端相連，坐標轉換模塊的輸出端與定位解算模塊的第二個輸入端相連；偽距修正模塊的輸出端與定位解算模塊的第三個輸入端相連；定位解算模塊的輸出端與卡爾曼濾波器的第二個輸入端相連；卡爾曼濾波器的第一個輸出端與偽距修正模塊的第三個輸入端相連，卡爾曼濾波器的第二個輸出端與報文形成模塊的第二個輸入端相連。其中，參數配置模塊讀取兼容導航接收機的配置參數，并將配置參數輸出給定位系統的各模塊以控制其工作狀態；數據預處理器采集有效衛星的導航電文和觀測數據幀，并從中提取星歷數據、歷書數據和觀測信息；衛星參數解算模塊獲取有效衛星的衛星位置和衛星速度；偽距修正模塊獲取有效衛星的觀測偽距和偽距誤差修正信息，并對觀測偽距進行修正；坐標轉換模塊將來自不同衛星導航系統的有效衛星的坐標統一到同一參考坐標系中；定位解算模塊獲取接收機位置和接收機速度信息；卡爾曼濾波器對接收機位置和接收機速度信息進行濾波；報文形成模塊形成導航報文。
本發明提出的一種兼容導航接收機定位方法，具體包含以下步驟 步驟一讀取接收機的配置參數； 參數配置模塊讀取接收機的配置參數， 首先，根據用戶需求，確定接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統；工作狀態包括單衛星導航系統定位、雙衛星導航系統組合定位、三衛星導航系統組合定位和四衛星導航系統組合定位，使用的衛星導航系統包括全球定位系統GPS、全球導航衛星系統GLONASS、北斗二代導航系統BD2和“伽利略”衛星定位系統Galileo； 然后，根據用戶需求，確定卡爾曼濾波器的工作狀態，確定導航信息的數據更新頻率，確定導航報文的格式； 最后，將接收機的配置參數輸出給數據預處理器、衛星參數解算模塊、偽距修正模塊、坐標轉換模塊、定位解算模塊、卡爾曼濾波器和報文形成模塊，以控制各模塊的工作狀態； 其中，接收機的配置參數包括接收機的工作狀態、使用的衛星導航系統、卡爾曼濾波器的工作狀態、導航信息的數據更新頻率以及導航報文的格式； 步驟二提取星歷數據、歷書數據和觀測數據； 根據參數配置模塊輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，數據預處理器依據有效衛星所屬的衛星導航系統的說明書對采集的有效衛星的導航電文進行拼接、校驗、糾錯，從中提取有效衛星的星歷數據和歷書數據； 根據參數解算模塊輸出的接收機工作狀態和使用的衛星導航系統，數據預處理器依據捕獲跟蹤系統提供的觀測數據幀格式從采集的有效衛星觀測數據幀中提取毫秒數、碼片偏移、相位偏移和多普勒頻率； 步驟三獲取有效衛星的參數信息； 首先，根據參數配置模塊輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，衛星參數解算模塊依據有效衛星所屬的衛星導航系統的說明書利用有效衛星的星歷數據獲取其位置坐標和速度坐標； 然后，根據參數配置模塊輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，偽距修正模塊依據有效衛星所屬衛星導航系統的說明書利用有效衛星的星歷數據和歷書數據獲取其星鐘修正誤差、電離層修正誤差和對流層修正誤差； 之后，偽距修正模塊通過將有效衛星的周內秒計數、比特數、毫秒數、碼片偏移、相位偏移進行累加獲取其觀測偽距； 最后，偽距修正模塊利用獲取的有效衛星的星鐘修正誤差、電離層修正誤差和對流層修正誤差對該衛星的觀測偽距進行誤差修正，獲取修正后的觀測偽距； 步驟四獲取接收機位置和接收機速度； 首先，根據參數配置模塊輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，在單衛星導航系統定位時坐標轉換模塊不參與系統工作，在多衛星導航系統組合定位時坐標轉換模塊依據各衛星導航系統參考坐標系的關系利用7參數Bursa模型將來自不同衛星導航系統的有效衛星的坐標轉換到同一參考坐標系，獲取各有效衛星在同一參考坐標系中的三維坐標； 然后，根據參數配置模塊輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，定位解算模塊利用有效衛星的參數信息獲取接收機位置和接收機速度； 利用有效衛星的位置坐標和修正后的觀測偽距通過線性迭代方法獲取接收機的位置，利用有效衛星的速度坐標和多普勒頻率通過線性迭代方法獲取接收機的速度； 最后，根據參數配置模塊輸出的接收機的工作狀態、使用的衛星導航系統和卡爾曼濾波器的工作狀態，確定卡爾曼濾波器是否對定位解算模塊輸出的接收機位置和接收機速度信息進行濾波處理； 如果卡爾曼濾波器的工作狀態是工作，基于機動目標“當前”統計模型建立系統模型和測量模型，并通過自適應卡爾曼濾波獲取接收機位置和接收機速度的濾波結果； 步驟五將導航信息生成報文； 根據參數配置模塊輸出的用戶對導航報文的要求，報文形成模塊將導航信息以用戶需要的格式形成報文。
本發明的優點在于 (1)本發明采用了多衛星導航系統兼容定位技術，單BD2獨立定位可以在非常時期擺脫對其他導航系統的依賴； (2)本發明采用了多衛星導航系統兼容定位技術，多衛星導航系統組合定位可以大大增加有效衛星的數量，提高整個衛星定位系統的完善性監測性能，保證衛星定位服務的連續性、可用性，提高衛星導航定位應用的安全性。
(3)本發明采用了多衛星導航系統兼容定位技術，多衛星導航系統組合定位可以增強觀測衛星的幾何圖形強度，提高整個衛星定位系統的可靠性。
圖1是本發明的系統框圖； 圖2是本發明的方法流程圖； 圖3是本發明組合定位與單GPS定位仰角限為10度時的有效衛星數目曲線圖； 圖4是本發明組合定位與單GPS定位仰角限為30度時的有效衛星數目曲線圖； 圖5是本發明組合定位與單GPS定位仰角限為10度時的DOP曲線圖； 圖6是本發明組合定位與單GPS定位仰角限為30度時的DOP曲線圖； 圖7是本發明組合定位與單GPS定位時的水平定位誤差曲線圖； 圖8是本發明組合定位與單GPS定位時的垂直定位誤差曲線圖。
圖中1.參數配置模塊 2.數據預處理器 3.衛星參數解算模塊 4.偽距修正模塊5.坐標轉換模塊 6.定位解算模塊 7.卡爾曼濾波器 8.報文形成模塊
具體實施例方式 下面將以選擇BD2和GPS進行雙衛星導航系統組合定位為例，結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
本發明是一種兼容導航接收機定位系統及其方法，系統框圖如圖1所示，它包括參數配置模塊1、數據預處理器2、衛星參數解算模塊3、偽距修正模塊4、坐標轉換模塊5、定位解算模塊6、卡爾曼濾波器7和報文形成模塊8。其中，參數配置模塊1的第一個輸出端與數據預處理器2的第一個輸入端相連，參數配置模塊1的第二個輸出端與衛星參數解算模塊3的第一個輸入端相連，參數配置模塊1的第三個輸出端與偽距修正模塊4的第一個輸入端相連，參數配置模塊1的第四個輸出端與坐標轉換模塊5的第一個輸入端相連，參數配置模塊1的第五個輸出端與定位解算模塊6的第一個輸入端相連，參數配置模塊1的第六個輸出端與卡爾曼濾波器7的第一個輸入端相連，參數配置模塊1的第七個輸出端與報文形成模塊8的第一個輸入端相連；導航電文從數據預處理器2的第二個輸入端輸入，觀測數據從數據預處理器2的第三個輸入端輸入，數據預處理器2的第一個輸出端與衛星參數解算模塊3的第二個輸入端相連，數據預處理器2的第二個輸出端與偽距修正模塊4的第二個輸入端相連；衛星參數解算模塊3的輸出端與坐標轉換模塊5的第二個輸入端相連，坐標轉換模塊5的輸出端與定位解算模塊6的第二個輸入端相連；偽距修正模塊4的輸出端與定位解算模塊6的第三個輸入端相連；定位解算模塊6的輸出端與卡爾曼濾波器7的第二個輸入端相連；卡爾曼濾波器7的第一個輸出端與偽距修正模塊4的第三個輸入端相連，卡爾曼濾波器7的第二個輸出端與報文形成模塊8的第二個輸入端相連； 其中，參數配置模塊1讀取兼容導航接收機的配置參數，并將配置參數輸出給定位系統的各模塊以控制其工作狀態； 數據預處理器2采集有效衛星的導航電文和觀測數據幀，并從中提取星歷數據、歷書數據和觀測信息； 衛星參數解算模塊3獲取有效衛星的衛星位置和衛星速度； 偽距修正模塊4獲取有效衛星的觀測偽距和偽距誤差修正信息，并對觀測偽距進行修正； 坐標轉換模塊5將來自不同衛星導航系統的有效衛星的坐標統一到同一參考坐標系中； 定位解算模塊6獲取接收機位置和接收機速度信息； 卡爾曼濾波7對接收機的位置和速度信息進行濾波； 報文形成模塊8形成導航報文。
本發明所述兼容導航接收機定位方法流程圖如圖2所示。
接收機完成了捕獲跟蹤，獲得了一個完整的導航電文子幀并且觀測數據已經更新后，需要根據用戶的需要輸出導航信息。本發明所述兼容導航接收機定位方法的具體實施方式
如下 步驟一讀取接收機的配置參數； 參數配置模塊1讀取接收機的配置參數， 首先，根據用戶需求，確定接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統；工作狀態為雙衛星導航系統組合定位，使用的衛星導航系統包括北斗二代導航系統BD2和全球定位系統GPS； 然后，根據用戶需求，確定卡爾曼濾波器7的工作狀態為工作，確定導航信息的數據更新頻率為10Hz，確定導航報文的格式為RINEX格式； 最后，將接收機的配置參數輸出給數據預處理器2、衛星參數解算模塊3、偽距修正模塊4、坐標轉換模塊5、定位解算模塊6、卡爾曼濾波器7和報文形成模塊8，以控制各模塊的工作狀態； 其中，接收機的配置參數包括接收機的工作狀態、使用的衛星導航系統、卡爾曼濾波器7的工作狀態、導航信息的數據更新頻率以及導航報文的格式； 步驟二提取星歷數據、歷書數據和觀測數據； 根據參數配置模塊1輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，接收機使用BD2和GPS進行雙衛星導航系統組合定位，數據預處理器1依據BD2說明書，對采集的BD2有效衛星的導航電文子幀進行電文拼接和糾錯，并從糾錯后的電文中提取星歷數據和歷書數據；數據預處理器1依據GPS說明書，對采集的GPS有效衛星的導航電文子幀進行電文拼接和校驗，并從校驗后的電文中提取星歷數據和歷書數據； 其中，星歷數據包括軌道長半軸方根
軌道偏心率e，參考時刻軌道傾角i0，近地點角距ω，參考時刻升交點赤經Ω0，參考時刻的平近點角M0，平均運行速度差Δn，軌道傾角變率
升交點赤經變率
升交距角的調和改正項中的正弦項振幅Cus，升交距角的調和改正項中的余弦項振幅Cuc，衛星地心距的調和改正項中的正弦項振幅Crs，衛星地心距的調和改正項中的余弦項振幅Crc，軌道傾角的調和改正項中的正弦項振幅Cis，軌道傾角的調和改正項中的余弦項振幅Cic，星歷參數的參考歷元toe，星歷數據的齡期AODE； 其總，歷書數據包括時鐘數據基準時間toc，衛星時間修正參數a0，衛星時間修正參數a1、衛星時間修正參數a2，衛星鐘數據有效齡期AODC，延遲改正參數(GPS單頻接收機延遲改正參數TGD；BD2星上設備時延差TGD1，BD2星上設備時延差TGD2，TGD1為BD2衛星發射的B1頻點與B3頻點信號之間存在的設備時延之差，TGD2為BD2衛星發射的B2頻點與B3頻點信號之間存在的設備時延之差；電離層修正參數GPSαn、βn，其中n＝1，2，3；BD2D1碼αn、βn，其中n＝1，2，3，D2碼A1、B、αn、βn、γn，其中n＝1，2，3； 根據參數配置模塊1輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，接收機使用BD2和GPS進行雙衛星導航系統組合定位，數據預處理器2依據捕獲跟蹤系統提供的觀測數據幀格式，從采集的觀測數據幀中提取BD2和GPS雙系統有效衛星的毫秒數、碼片偏移和相位偏移以及觀測信息多普勒頻率； 步驟三獲取有效衛星的參數信息； 首先，根據參數配置模塊1輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，接收機使用BD2和GPS進行雙衛星導航系統組合定位，衛星參數解算模塊3分別依據BD2說明書和GPS說明書，利用雙系統有效衛星的星歷數據獲取其位置坐標和速度坐標； 然后，根據參數配置模塊1輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，接收機使用BD2和GPS進行雙衛星導航系統組合定位，偽距修正模塊4分別依據BD2說明書和GPS說明書，利用雙系統有效衛星的星歷數據和歷書數據獲取其星鐘修正誤差、電離層修正誤差和對流層修正誤差； 之后，偽距修正模塊4通過將雙系統有效衛星的周內秒計數、比特數、毫秒數、碼片偏移、相位偏移進行累加獲取其觀測偽距； 最后，偽距修正模塊4利用獲取的雙系統有效衛星的星鐘修正誤差、電離層修正誤差和對流層修正誤差對其觀測偽距進行誤差修正，獲取修正后的觀測偽距； 步驟四獲取接收機位置和接收機速度； 首先，根據參數配置模塊1輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，接收機使用BD2和GPS進行雙衛星導航系統組合定位，BD2參考坐標系CGS2000與GPS參考坐標系WGS-84間的差異很小，在10cm以內，認為是等同的。故使用GPS與BD2雙系統進行定位時，坐標轉換模塊5不需要參與工作，直接將衛星參數解算模塊3輸出的有效衛星坐標輸入給定位解算模塊6即可； 然后，根據參數配置模塊1輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，接收機使用BD2和GPS進行雙衛星導航系統組合定位，定位解算模塊6利用BD2和GPS雙系統的有效衛星的參數信息獲取接收機位置和接收機速度； A、獲取接收機位置 大氣折射對偽距觀測量的影響已改正，且衛星鐘差可由導航電文給出的參數加以修正，則站星偽距觀測為 BD2和GPS雙系統工作模式下， 其中，j＝1，2，…，n，j為觀測衛星Sj的編號，n為觀測衛星總數；ρuj為衛星Sj的觀測偽距進行星歷誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，Ruj為接收機與衛星Sj間的幾何距離，Δt1為接收機時鐘與BD2系統時鐘之間的鐘差，Δt2為接收機時鐘與GPS系統時鐘之間的鐘差，c為光速。
在一段時間內，接收機連續同步觀測不少于5顆衛星時，利用有效衛星的位置坐標和修正后的觀測偽距獲取接收機的位置坐標偏移和鐘差模型 其中，上述位置坐標偏移和鐘差模型等號右側部分的 為一個n×5的矩陣模塊，為一個n×1的矩陣模塊， 其中，j為觀測衛星Sj的編號，j＝1，2，…，n，n為觀測衛星總數，S1～Sq為BD2的衛星，Sq+1～Sn為GPS的衛星； (Δxu，Δyu，Δzu)T為用戶接收機的位置坐標偏移； Δt1為用戶接收機時鐘與BD2系統時鐘之間的鐘差，Δt2為用戶接收機時鐘與GPS系統時鐘之間的鐘差； 各項分別表示從用戶接收機近似位置指向衛星Sj的單位向量的方向余弦，j＝1，…，q，q+1，…，n，ax1，ay1，az1分別表示從用戶接收機近似位置指向BD2的衛星S1的單位向量的方向余弦，axq，ayq，azq分別表示從用戶接收機近似位置指向BD2的衛星Sq的單位向量的方向余弦，axq+1，ayq+1，azq+1分別表示從用戶接收機近似位置指向GPS的衛星Sq+1的單位向量的方向余弦，axn，ayn，azn分別表示從用戶接收機近似位置指向GPS的衛星Sn的單位向量的方向余弦；
為用戶接收機近似位置的位置坐標； (xj，yj，zj)T為衛星Sj的位置坐標，j＝1，…q，q+1，…，n；
為用戶接收機的近似位置與衛星Sj間的幾何距離，j＝1，…q，q+1，…，n，
為用戶接收機的近似位置與BD2的衛星S1間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與BD2的衛星Sq間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與GPS的衛星Sq+1間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與GPS的衛星Sn間的幾何距離； ρuj為對衛星Sj的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，j＝1，…q，q+1，…，n，ρu1為對BD2的衛星S1的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρuq為對BD2的衛星Sq的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρuq+1為對GPS的衛星Sq+1的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρun為對GPS的衛星Sn的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距； c為光速； 用戶接收機的位置坐標為 B、獲取接收機速度 由于用戶接收機載體和衛星之間的相對運動，接收機接收到的載波信號與衛星發射的載波信號頻率不同，產生多普勒頻移。頻移的大小與接收機與衛星之間距離的變率有關。改正大氣折射對偽距觀測量的影響，并由導航電文給出的參數修正衛星鐘差，則可得站星觀測偽距率為 BD2和GPS雙系統工作模式下， 其中，j為觀測衛星Sj的編號，j＝1，2，…，n，n為觀測衛星總數，duj為衛星Sj的觀測偽距率，axj，ayj，azj各項分別表示從用戶接收機位置指向衛星Sj的單位向量的方向余弦，(vxj，vyj，vzj)T為衛星Sj的速度坐標，(vux，vuy，vuz)T為用戶接收機的速度坐標，
為接收機時鐘與BD2系統時鐘之間的鐘漂，
為接收機時鐘與GPS系統時鐘之間的鐘漂，c為光速。
在一段時間內，接收機連續同步觀測不少于5顆衛星時，利用接收機的位置坐標和有效衛星的多普勒頻率獲取接收機的速度坐標和鐘漂模型 其中，上述速度坐標和鐘漂模型等號右側部分的為一個n×5的矩陣模塊，d＝[d1…dq dq+1…dn]T為一個n×1的矩陣模塊， 其中 j為觀測衛星Sj的編號，j＝1，…q，q+1，…，n，n為觀測衛星總數，S1～Sq為BD2的衛星，Sq+1～Sn為GPS的衛星； (vux，vuy，vuz)T為用戶接收機的速度坐標；
為用戶接收機時鐘與BD2系統時鐘之間的鐘漂，
為用戶接收機時鐘與GPS系統時鐘之間的鐘漂； 各項分別表示從用戶接收機指向衛星Sj的單位向量的方向余弦，j＝1，…q，q+1，…，n，ax1，ay1，az1分別表示從用戶接收機指向BD2GPS衛星S1的單位向量的方向余弦，axq，ayq，azq分別表示從用戶接收機指向BD2中的衛星Sq的單位向量的方向余弦，axq+1，ayq+1，azq+1分別表示從用戶接收機指向GPS的衛星Sq+1的單位向量的方向余弦，axn，ayn，azn分別表示從用戶接收機指向GPS的衛星Sn的單位向量的方向余弦； (xu，yu，zu)T為用戶接收機的位置坐標； (xj，yj，zj)T為衛星Sj的位置坐標，j＝1，…q，q+1，…，n； Ruj為用戶接收機與衛星Sj間的幾何距離，j＝1，…q，q+1，…，n； duj為衛星Sj的觀測偽距率，j＝1，…q，q+1，…，n，du1為BD2的衛星S1的觀測偽距率，duq為BD2的衛星Sq的觀測偽距率，j＝q+1時duq+1為GPS的衛星Sq+1的觀測偽距率，j＝n時dun為GPS的衛星Sn的觀測偽距率； (vxj，vyj，vzj)T為衛星Sj的速度坐標，j＝1，…q，q+1，…，n； c為光速； (3)根據參數配置模塊1輸出的接收機工作狀態和卡爾曼濾波器7的工作狀態，卡爾曼濾波器7基于機動目標“當前”統計模型建立系統模型和測量模型，并通過自適應卡爾曼濾波獲取接收機位置和接收機速度的濾波結果； 采用遞推方法給出濾波結果 狀態估計模型
估計均方誤差模型P(k)＝[I-K(k)H(k)]P(k|k-1)； 其中，狀態一步預測模型 一步預測均方誤差模型P(k|k-1)＝Φ(k|k-1)P(k-1)ΦT(k|k-1)+Q(k-1)， 濾波增益模型K(k)＝P(k|k-1)HT(k)[H(k)P(k|k-1)HT(k)+R(k)]-1； 其中，系統狀態模型
分別為接收機在參考坐標系x軸方向的位置、速度和加速度，
分別為接收機在參考坐標系y軸方向的位置、速度和加速度，
分別為接收機在參考坐標系z軸方向的位置、速度和加速度，Δt1，
分別為接收機與BD2系統時鐘之間的鐘差和鐘漂，Δt2，
分別為接收機與GPS系統時鐘之間的鐘差和鐘漂，其初值本發明取為X0＝[xu，vux，0，yu，vuy，0，zu，vuz，0，0，0，0，0]T，(xu，yu，zu)T，(vux，vuy，vuz)T分別為定位解算模塊6輸出的接收機位置坐標和速度坐標； 其中，第一系統狀態轉移模型 T為采樣周期，本發明取為T＝0.1s， P(k-1)為狀態協方差，其初值本發明取為
其中，第二系統狀態轉移模型 αx，αy，αz為機動時間常數的倒數，本發明取為αx＝αy＝αz＝0.2Hz； 其中，系統噪聲方差模型
Qy(k)，Qz(k)中的元素模型與Qx(k)中的元素模型相同，將Qx(k)中各元素模型中的αx分別用αy，αz代替，即可得到Qy(k)，Qz(k)，
分別為與接收機在參考坐標系x，y，z坐標方向上的加速度分量對應的系統噪聲方差，本發明取為αx，αy，αz為機動時間常數的倒數，本發明取為αx＝αy＝αz＝0.2Hz，σΔt2，
分別為與接收機鐘差和鐘漂對應的系統噪聲方差，本發明取為 其中，第一系統量測模型H(k)＝[H1…Hj…Hn]T， 當衛星Sj屬于BD2， 當衛星Sj屬于GPS， j為接收機定位時使用的有效衛星Sj的編號，j＝1，2，…，n，n為接收機定位使用的有效衛星的數目， 各項分別表示從用戶接收機指向衛星Sj的單位向量的方向余弦，(xu，yu，zu)T為用戶接收機的位置坐標，(xj，yj，zj)T為衛星Sj的位置坐標，Ruj為用戶接收機與衛星Sj間的幾何距離，j＝1，2，…，n； 其中，量測噪聲模型
分別為衛星Sj的偽距觀測噪聲方差和偽距率觀測噪聲方差，
分別為衛星S1的偽距觀測噪聲方差和偽距率觀測噪聲方差，
分別為衛星Sn的偽距觀測噪聲方差和偽距率觀測噪聲方差，本發明取為j＝1，2，…，n； 其中，觀測模型ρuj，duj分別為對衛星Sj的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距和觀測偽距率，j＝1，2，…，n，ρu1，du1分別為對衛星S1的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距和觀測偽距率，ρun，dun分別為對衛星Sn的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距和觀測偽距率； 其中，第二系統量測模型h(X)＝[h1…hj…hn]T， 當衛星Sj屬于BD2時， 當衛星Sj屬于GPS時， 步驟五將導航信息生成報文； 根據參數配置模塊1輸出的用戶對導航報文的要求，報文形成模塊8將數據更新頻率為10Hz的導航信息以RINEX格式形成報文。
本發明的兼容導航接收機定位方法，單BD2系統獨立工作可以在非常時期擺脫對其他衛星導航系統的依賴。多衛星導航系統組合定位可以大大增加有效衛星的數量，保證衛星定位服務的連續性、可用性。由于可見衛星數量大幅度增加，多衛星導航系統組合定位大大提高整個衛星定位系統的完善性監測性能，提高衛星導航定位應用的安全性。同時，多衛星導航系統組合定位可以增強觀測衛星的幾何圖形強度，提高整個衛星定位系統的可靠性。
圖3示出了BD2-GPS組合導航與單GPS定位仰角限為10度時的有效衛星數目曲線。圖3中，實線表示應用本發明提供的兼容導航接收機定位方法進行組合定位仰角限為10度時的有效衛星數目，虛線表示應用單GPS進行定位仰角限為10度時的有效衛星數目。由圖3可見，仰角限為10度時，單GPS全天有效衛星數目達5顆及以上，BD2-GPS組合系統全天有效衛星數目達13顆及以上，BD2-GPS組合星座為GPS星座有效衛星數目的兩倍左右。
圖4示出了BD2-GPS組合導航與單GPS定位仰角限為30度時的有效衛星數目曲線。圖4中，實線表示應用本發明提供的兼容導航接收機定位方法進行組合定位仰角限為30度時的有效衛星數目，虛線表示應用單GPS進行定位仰角限為30度時的有效衛星數目。由圖4可見，仰角限為30度時，單GPS全天有效衛星達4顆及以上的時刻占全天24h的90％，BD2-GPS組合系統全天有效衛星達7顆及以上，與單GPS相比，BD2-GPS組合系統把高度角的限制條件擴展了，即增強了衛星導航系統的可用性。
圖5示出了BD2-GPS組合定位與單GPS定位仰角限為10度時的DOP曲線。圖5中，實線表示應用本發明提供的兼容導航接收機定位方法進行組合定位仰角限為10度時的DOP，虛線表示應用單GPS進行定位仰角限為10度時的DOP。由圖5可見，仰角限為10度時，單GPS的DOP值分布在1～6之間，波動較大，BD2-GPS組合系統DOP值明顯減小，波動更加平緩。
圖6示出了BD2-GPS組合定位與單GPS定位仰角限為30度時的DOP曲線。圖6中，實線表示應用本發明提供的兼容導航接收機定位方法進行組合定位仰角限為30度時的DOP，虛線表示應用單GPS進行定位仰角限為30度時的DOP。由圖6可見，仰角限為30度時，單GPS系統全天有10％時段觀測不到4顆衛星，其他時段DOP較大，定位精度不能達到要求，BD2-GPS組合系統除部分超過4.0外，多介于2.0～4.0之間，波動平緩，精度明顯優于單GPS，適合高精度的全天候導航定位。
圖7示出了BD2-GPS組合定位與單GPS定位時的水平定位誤差曲線。圖中，實線表示應用本發明提供的兼容導航接收機定位方法進行組合定位時的水平定位誤差，虛線表示應用單GPS進行定位時的水平定位誤差。由圖7可見，單GPS的水平定位精度低于BD2-GPS組合系統。
圖8示出了BD2-GPS組合定位與單GPS定位時的垂直定位誤差曲線。圖中，實線表示應用本發明提供的兼容導航接收機定位方法進行組合定位時的垂直定位誤差，虛線表示應用單GPS進行定位時的垂直定位誤差。由圖8可見，單GPS的垂直定位精度低于BD2-GPS組合系統。
權利要求
1、一種兼容導航接收機定位系統，其特征在于，該系統包括參數配置模塊(1)、數據預處理器(2)、衛星參數解算模塊(3)、偽距修正模塊(4)、坐標轉換模塊(5)、定位解算模塊(6)、卡爾曼濾波器(7)和報文形成模塊(8)；
其中，參數配置模塊(1)的第一個輸出端與數據預處理器(2)的第一個輸入端相連，參數配置模塊(1)的第二個輸出端與衛星參數解算模塊(3)的第一個輸入端相連，參數配置模塊(1)的第三個輸出端與偽距修正模塊(4)的第一個輸入端相連，參數配置模塊(1)的第四個輸出端與坐標轉換模塊(5)的第一個輸入端相連，參數配置模塊(1)的第五個輸出端與定位解算模塊(6)的第一個輸入端相連，參數配置模塊(1)的第六個輸出端與卡爾曼濾波器(7)的第一個輸入端相連，參數配置模塊(1)的第七個輸出端與報文形成模塊(8)的第一個輸入端相連；導航電文從數據預處理器(2)的第二個輸入端輸入，觀測數據從數據預處理器(2)的第三個輸入端輸入，數據預處理器(2)的第一個輸出端與衛星參數解算模塊(3)的第二個輸入端相連，數據預處理器(2)的第二個輸出端與偽距修正模塊(4)的第二個輸入端相連；衛星參數解算模塊(3)的輸出端與坐標轉換模塊(5)的第二個輸入端相連，坐標轉換模塊(5)的輸出端與定位解算模塊(6)的第二個輸入端相連；偽距修正模塊(4)的輸出端與定位解算模塊(6)的第三個輸入端相連；定位解算模塊(6)的輸出端與卡爾曼濾波器(7)的第二個輸入端相連；卡爾曼濾波器(7)的第一個輸出端與偽距修正模塊(4)的第三個輸入端相連，卡爾曼濾波器(7)的第二個輸出端與報文形成模塊(8)的第二個輸入端相連；
其中，參數配置模塊(1)讀取兼容導航接收機的配置參數，并將配置參數輸出給定位系統的各模塊以控制其工作狀態；
數據預處理器(2)采集有效衛星的導航電文和觀測數據幀，并從中提取星歷數據、歷書數據和觀測信息；
衛星參數解算模塊(3)獲取有效衛星的衛星位置和衛星速度；
偽距修正模塊(4)獲取有效衛星的觀測偽距和偽距誤差修正信息，并對觀測偽距進行修正；
坐標轉換模塊(5)將來自不同衛星導航系統的有效衛星的坐標統一到同一參考坐標系中；
定位解算模塊(6)獲取接收機位置和接收機速度信息；
卡爾曼濾波器(7)對接收機的位置和速度信息進行濾波；
報文形成模塊(8)形成導航報文。
2、一種利用權利要求1所述的兼容導航接收機定位系統的定位方法，其特征在于，該方法包括如下步驟
步驟一讀取接收機的配置參數；
參數配置模塊(1)讀取接收機的配置參數，
首先，根據用戶需求，確定接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統；工作狀態包括單衛星導航系統定位、雙衛星導航系統組合定位、三衛星導航系統組合定位和四衛星導航系統組合定位，使用的衛星導航系統包括全球定位系統GPS、全球導航衛星系統GLONASS、北斗二代導航系統BD2和“伽利略”衛星定位系統Galileo；
然后，根據用戶需求，確定卡爾曼濾波器(7)的工作狀態，確定導航信息的數據更新頻率，確定導航報文的格式；
最后，將接收機的配置參數輸出給數據預處理器(2)、衛星參數解算模塊(3)、偽距修正模塊(4)、坐標轉換模塊(5)、定位解算模塊(6)、卡爾曼濾波器(7)和報文形成模塊(8)，以控制各模塊的工作狀態；
其中，接收機的配置參數包括接收機的工作狀態、使用的衛星導航系統、卡爾曼濾波器(7)的工作狀態、導航信息的數據更新頻率以及導航報文的格式；
步驟二提取星歷數據、歷書數據和觀測數據；
根據參數配置模塊(1)輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，數據預處理器(2)依據有效衛星所屬的衛星導航系統的說明書對采集的有效衛星的導航電文進行拼接、校驗、糾錯，從中提取有效衛星的星歷數據和歷書數據；
根據參數配置模塊(1)輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，數據預處理器(2)依據捕獲跟蹤系統提供的觀測數據幀格式從采集的有效衛星觀測數據幀中提取毫秒數、碼片偏移、相位偏移和多普勒頻率；
步驟三獲取有效衛星的參數信息；
首先，根據參數配置模塊(1)輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，衛星參數解算模塊(3)依據有效衛星所屬的衛星導航系統的說明書利用有效衛星的星歷數據獲取其位置坐標和速度坐標；
然后，根據參數配置模塊(1)輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，偽距修正模塊(4)依據有效衛星所屬衛星導航系統的說明書利用有效衛星的星歷數據和歷書數據獲取其星鐘修正誤差、電離層修正誤差和對流層修正誤差；
之后，偽距修正模塊(4)通過將有效衛星的周內秒計數、比特數、毫秒數、碼片偏移、相位偏移進行累加獲取其觀測偽距；
最后，偽距修正模塊(4)利用獲取的有效衛星的星歷修正誤差、電離層修正誤差和對流層修正誤差對該衛星的觀測偽距進行誤差修正，獲取修正后的觀測偽距；
步驟四獲取接收機位置和接收機速度；
首先，根據參數配置模塊(1)輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，在單衛星導航系統定位時坐標轉換模塊(5)不參與系統工作，在多衛星導航系統組合定位時坐標轉換模塊(5)依據各衛星導航系統參考坐標系的關系利用7參數Bursa模型將來自不同衛星導航系統的有效衛星的坐標轉換到同一參考坐標系，獲取各有效衛星在同一參考坐標系中的三維坐標；
然后，根據參數配置模塊(1)輸出的接收機的工作狀態和使用的衛星導航系統，定位解算模塊(6)利用有效衛星的參數信息獲取接收機位置和接收機速度；
A.獲取接收機位置
當有效衛星的數目不小于N+3時，利用有效衛星的位置坐標和修正后的觀測偽距獲取接收機的位置坐標偏移和鐘差模型
其中，上述位置坐標偏移和鐘差模型等號左側部分為一個(N+3)×1的矩陣模塊；
上述位置坐標偏移和鐘差模型等號右側部分的
為一個n×(N+3)的矩陣模塊，
為一個n×1的矩陣模塊；
其中，i為衛星Sj所屬衛星導航系統的編號，i＝1，2，…，N，N為用戶接收機進行定位時使用的衛星導航系統的數目；j為觀測衛星Sj的編號，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n，n為觀測衛星總數，S1～So為第一衛星導航系統的衛星，So+1～Sp為第二衛星導航系統的衛星，Sq+1～Sn為第N衛星導航系統的衛星；
(Δxu，Δyu，Δzu)T為用戶接收機的位置坐標偏移；
Δtt為用戶接收機時鐘與第i衛星導航系統系統時鐘之間的鐘差，i＝1，2，…，N，Δt1為用戶接收機時鐘與第一衛星導航系統系統時鐘之間的鐘差，……，ΔtN為用戶接收機時鐘與第N衛星導航系統系統時鐘之間的鐘差；
各項分別表示從用戶接收機近似位置指向衛星Sj的單位向量的方向余弦，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n，ax1，ay1，az1分別表示從用戶接收機近似位置指向第一衛星導航系統中的衛星S1的單位向量的方向余弦，axo，ayo，azo分別表示從用戶接收機近似位置指向第一衛星導航系統中的衛星So的單位向量的方向余弦，axo+1，ayo+1，azo+1分別表示從用戶接收機近似位置指向第二衛星導航系統中的衛星So+1的單位向量的方向余弦，axp，ayp，azp分別表示從用戶接收機近似位置指向第二衛星導航系統中的衛星Sp的單位向量的方向余弦，axq+1，ayq+1，azq+1分別表示從用戶接收機近似位置指向第N衛星導航系統中的衛星Sq+1的單位向量的方向余弦，axn，ayn，azn分別表示從用戶接收機近似位置指向第N衛星導航系統中的衛星Sn的單位向量的方向余弦；
其中，
為用戶接收機近似位置的位置坐標；
(xj，yj，zj)T為衛星Sj的位置坐標，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n；
ρuj為對衛星Sj的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n，ρu1為對第一衛星導航系統中的衛星S1的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρuo為對第一衛星導航系統中的衛星So的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρuo+1為對第二衛星導航系統中的衛星So+1的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρup為對第二衛星導航系統中的衛星Sp的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρuq+1為對第N衛星導航系統中的衛星Sq+1的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距，ρun為對第N衛星導航系統中的衛星Sn的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距；
為用戶接收機的近似位置與衛星Sj間的幾何距離，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n，
為用戶接收機的近似位置與第一衛星導航系統中的衛星S1間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與第一衛星導航系統中的衛星So間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與第二衛星導航系統中的衛星So+1間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與第二衛星導航系統中的衛星Sp間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與第N衛星導航系統中的衛星Sq+1間的幾何距離，
為用戶接收機的近似位置與第N衛星導航系統中的衛星Sn間的幾何距離；
c為光速；
用戶接收機的位置坐標為
B.獲取接收機速度
當有效衛星的數目不小于N+3時，利用接收機的位置坐標和有效衛星的多普勒頻率獲取接收機的速度坐標和鐘漂模型
其中，上述速度坐標和鐘漂模型等號左側部分為一個(N+3)×1的矩陣模塊；
上述速度坐標和鐘漂模型等號右側部分的為
一個n×(N+3)的矩陣模塊，
d＝[d1 … do do+1 … dp … dq+1 … dn]T，為一個n×1的矩陣模塊，
其中
j為觀測衛星Sj的編號，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n，其中n為觀測衛星總數，S1～So為第一衛星導航系統的衛星，So+1～Sp為第二衛星導航系統的衛星，Sq+1～Sn為第N衛星導航系統的衛星；
i為衛星Sj所屬衛星導航系統的編號，i＝1，2，…，N，其中N為用戶接收機進行定位時使用的衛星導航系統的數目；
各項分別表示從用戶接收機指向衛星Sj的單位向量的方向余弦，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n，ax1，ay1，az1分別表示從用戶接收機指向第一衛星導航系統中的衛星S1的單位向量的方向余弦，axo，ayo，azo分別表示從用戶接收機指向第一衛星導航系統中的衛星So的單位向量的方向余弦，axo+1，ayo+1，azo+1分別表示從用戶接收機指向第二衛星導航系統中的衛星So+1的單位向量的方向余弦，axp，ayp，azp分別表示從用戶接收機指向第二衛星導航系統中的衛星Sp的單位向量的方向余弦，axq+1，ayq+1，azq+1分別表示從用戶接收機指向第N衛星導航系統中的衛星Sq+1的單位向量的方向余弦，axn，ayn，azn分別表示從用戶接收機指向第N衛星導航系統N中的衛星Sn的單位向量的方向余弦；
(xu，yu，zu)T為用戶接收機的位置坐標；
(xj，yj，zj)T為衛星Sj的位置坐標，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n；
Ruj為用戶接收機與衛星Sj間的幾何距離，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n；
(vux，vuy，vuz)T為用戶接收機的速度坐標；
為用戶接收機時鐘與第i衛星導航系統系統時鐘之間的鐘差漂移，簡稱鐘漂，i＝1，2，…，N，
為用戶接收機時鐘與第一衛星導航系統系統時鐘之間的鐘漂，……，
為用戶接收機時鐘與第N衛星導航系統系統時鐘之間的鐘漂；
duj為衛星Sj的觀測偽距率，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n，du1為第一衛星導航系統中的衛星S1的觀測偽距率，duo為第一衛星導航系統中的衛星So的觀測偽距率，duo+1為第二衛星導航系統中的衛星So+1的觀測偽距率，dup為第二衛星導航系統中的衛星Sp的觀測偽距率，duq+1為衛第N星導航系統中的衛星Sq+1的觀測偽距率，dun為第N衛星導航系統中的衛星Sn的觀測偽距率；
(vxj，vyj，vzj)T為衛星Sj的速度坐標，j＝1，…o，o+1，…，p，…，q+1，…，n；
c為光速；
最后，根據參數配置模塊(1)輸出的接收機的工作狀態、使用的衛星導航系統和卡爾曼濾波器(7)的工作狀態，確定卡爾曼濾波器(7)是否對定位解算模塊(6)輸出的接收機位置和接收機速度信息進行濾波處理；如果卡爾曼濾波器(7)的工作狀態是工作，基于機動目標“當前”統計模型建立系統模型和測量模型，并通過自適應卡爾曼濾波獲取接收機位置和接收機速度的濾波結果；
步驟五將導航信息生成報文；
根據參數配置模塊(1)輸出的用戶對導航報文的要求，報文形成模塊(8)將導航信息以用戶需要的格式形成報文。
3、根據權利要求2所述的一種兼容導航接收機定位方法，其特征在于，步驟四中所述的濾波結果采用遞推方法給出
狀態估計模型
估計均方誤差模型P(k)＝[I-K(k)H(k)]P(k|k-1)；
其中，狀態一步預測模型一步預測均方誤差模型P(k|k-1)＝Φ(k|k-1)P(k-1)ΦT(k|k-1)+Q(k-1)，濾波增益模型K(k)＝P(k|k-1)HT(k)[H(k)P(k|k-1)HT(k)+R(k)]-1；
其中，系統狀態模型xu，
分別為接收機在參考坐標系x軸方向的位置、速度和加速度，yu，
分別為接收機在參考坐標系y軸方向的位置、速度和加速度，zu，
分別為接收機在參考坐標系z軸方向的位置、速度和加速度，Δti，
分別為接收機時鐘與第i衛星導航系統系統時鐘之間的鐘差和鐘漂，i為接收機定位使用的衛星導航系統的編號，i＝1，2，…，N，N為接收機定位時使用衛星導航系統的數目，Δt1，
分別為接收機時鐘與第一衛星導航系統系統時鐘之間的鐘差和鐘漂，……，ΔtN，
分別為接收機時鐘與第N衛星導航系統系統時鐘之間的鐘差和鐘漂，初值為X0＝[xu，vux，0，yu，vuy，0，zu，vuz，0，0，0，…，0，0]T，(xu，yu，zu)T和(vux，vuy，vuz)T分別為定位解算模塊(6)輸出的接收機位置坐標和速度坐標；
其中，第一系統狀態轉移模型
T為采樣周期；
P(k-1)為狀態協方差，初值P0取為對角陣；
其中，第二系統狀態轉移模型
αx，αy，αz為機動時間常數的倒數；
其中，系統噪聲方差模型
Qy(k)，Qz(k)中的元素模型與Qx(k)中的元素模型相同，將Qx(k)中各元素模型中的αx分別用αy，αz代替，即得到Qy(k)，Qz(k)；
分別為與接收機在參考坐標系x，y，z坐標方向上的加速度分量對應的系統噪聲方差，αx，αy，αz為機動時間常數的倒數，σΔt2，σt2分別為與接收機鐘差和鐘漂對應的系統噪聲方差；
其中，第一系統量測模型H(k)＝[H1…Hj…Hn]T，
當衛星Sj屬于第i衛星導航系統時，
當衛星Sj不屬于第i衛星導航系統時，
j為接收機定位時使用的有效衛星Sj的編號，j＝1，2，…，n，n為接收機定位使用的有效衛星的數目，
i為接收機定位時使用的衛星導航系統的編號，i＝1，2，…，N，N為接收機定位使用的衛星導航系統的數目，
各項分別表示從用戶接收機指向衛星Sj的單位向量的方向余弦，(xu，yu，zu)T為用戶接收機的位置坐標，(xj，yj，zj)T為衛星Sj的位置坐標，Ruj為用戶接收機與衛星Sj間的幾何距離，j＝1，2，…，n；
其中，量測噪聲模型
分別為衛星Sj的偽距觀測噪聲方差和偽距率觀測噪聲方差，j＝1，2，…，n，
分別為衛星S1的偽距觀測噪聲方差和偽距率觀測噪聲方差，
分別為衛星Sn的偽距觀測噪聲方差和偽距率觀測噪聲方差；
其中，觀測模型ρuj，duj分別為對衛星Sj的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距和觀測偽距率，j＝1，2，…，n，ρu1，du1分別為對衛星S1的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距和觀測偽距率，ρun，dun分別為對衛星Sn的觀測偽距進行星鐘誤差、電離層誤差和對流層誤差修正后的偽距和觀測偽距率；
其中，第二系統量測模型h(X)＝[h1…hj…hn]T
當衛星Sj屬于第i衛星導航系統時，
當衛星Sj不屬于第i衛星導航系統時，
j為接收機定位時使用的有效衛星Sj的編號，j＝1，2，…，n，其中n為接收機定位使用的有效衛星的數目，
i為接收機定位時使用的衛星導航系統的編號，i＝1，2，…，N，N為接收機定位使用的衛星導航系統的數目。
全文摘要
本發明公開了一種兼容導航接收機定位系統及其定位方法。本系統包括參數配置模塊、數據預處理器、衛星參數解算模塊、偽距修正模塊、坐標轉換模塊、定位解算模塊、卡爾曼濾波器和報文形成模塊。首先讀取接收機的配置參數，然后提取星歷數據、歷書數據和觀測數據，接著獲取有效衛星的參數信息，再獲取接收機位置和接收機速度，最后將導航信息生成報文。本發明實現了衛星導航系統的選擇使用，北斗二代導航系統的獨立導航擺脫了非常時期對其他導航系統的依賴，多衛星導航系統的組合導航增加了有效衛星的數量，保證了衛星定位服務的連續性、可用性和安全性，增強了觀測衛星的幾何圖形強度，提高了整個衛星定位系統的可靠性。
文檔編號G01C21/20GK101609140SQ20091008922
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月9日 優先權日2009年7月9日
發明者張曉林, 霍航宇, 陳燦輝 申請人:北京航空航天大學