一种基于单基站空间差分的组合导航方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115096295A(43)申请公布日2022.09.23(21)申请号202210568523.0H04W64/00(2009.01)(22)申请日2022.05.24(71)申请人中国人民解放军空军工程大学地址710058陕西省西安市灞桥区长乐东路甲子1号(72)发明人张鹏冯波郭庆王应洋邹金霖(74)专利代理机构西安研创天下知识产权代理事务所(普通合伙)61239专利代理师王文焕(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01C21/20(2006.01)G01S19/48(2010.01)G01S19/49(2010.01)权利要求书4页说明书12页附图8页(54)发明名称一种基于单基站空间差分的组合导航方法(57)摘要本发明公开了一种基于单基站空间差分的组合导航方法，包括步骤Step1.在GNSS拒止条件下将基站和待组合系统的经度、纬度和高度信息转换为地心地固坐标系xyz坐标；Step2.计算基站与待组合系统经纬度之间的距离；Step3.基于单基站空间差分，构建待组合系统误差与测距系统误差的方程；Step4.解算获取待组合系统的定位误差；Step5.将定位误差转换为经纬度误差，获取误差的协方差矩阵；Step6.基于惯性导航的误差传播模型，嵌入观测协方差矩阵估计待组合系统误差，实现组合导航；本方法通过引入惯性导航信息，能够有效抑制惯性导航系统的误差，减少对基站数目的要求，具有成本低和可靠性高的特点。CN115096295ACN115096295A权利要求书1/4页1.一种基于单基站空间差分的组合导航方法，其特征在于：包括步骤Step1.在GNSS拒止条件下，将基站和待组合系统的经度、纬度和高度信息转换为地心地固坐标系xyz坐标；Step2.在地心地固坐标系xyz坐标中，计算基站与待组合系统经纬度之间的距离；Step3.在求得基站与待组合系统经纬度之间的距离后，基于单基站空间差分方法，构建待组合系统误差与测距系统误差的方程；Step4.在待组合系统误差与测距系统误差的方程的基础上，解算获取待组合系统的定位误差；Step5.将计算得到的定位误差转换为经纬度误差，获取误差的协方差矩阵；Step6.基于惯性导航的误差传播模型，嵌入观测协方差矩阵估计待组合系统的误差，实现组合导航。2.根据权利要求1所述的一种基于单基站空间差分的组合导航方法，其特征在于：步骤Step1所述的将基站和待组合系统的经度、纬度和高度信息转换为地心地固坐标系xyz坐标的过程包括Step101.设基于WGS84参考椭球和地心地固坐标系xyz坐标系之间的代数关系如下：其中，在式(4)中，x、y和z为地心地固坐标系的xyz值，RN为载体所在位置卯酉圈曲率半径，h为椭球高度，L为载体所在位置地理纬度，λ为载体所在位置地理经度，e为WGS84参考椭球偏心率；Step102.通过公式(4)将基站的经纬度和高度进行转换，获得基站实时的地心地固坐标和包含有误差的待组合系统地心地固坐标系3.根据权利要求1所述的一种基于单基站空间差分的组合导航方法，其特征在于：步骤Step2所述的计算基站与待组合系统经纬度之间的距离的过程包括基于步骤Step102转换的地心地固系xyz坐标结果，可以计算基于坐标值的基站与待组合系统的距离如下：其中，式(5)为包含了惯性导航系统定位误差的距离计算结果，其中变量的定义与步骤Step1相同。4.根据权利要求1所述的一种基于单基站空间差分的组合导航方法，其特征在于：步骤Step3所述的基于单基站空间差分，构建待组合系统误差与测距系统误差的方程的过程包括Step301.定义待组合系统的定位误差如下：2CN115096295A权利要求书2/4页kkk其中，x,y,z为待组合系统第k个采样时刻的坐标真值，δxk,δyk,δzk为定位误差；Step302.将上式代入步骤Step2中，且定义Step303.可得将上式两端展开，且定义移动基站与待组合系统之间的距离可得，即得到待组合系统误差与测距系统误差的方程。5.根据权利要求1所述的一种基于单基站空间差分的组合导航方法，其特征在于：步骤Step4所述的解算获取待组合系统的定位误差的过程包括Step401.在相邻6个测距系统更新周期内，待组合系统的定位误差不变，则基于Step3的结果递推可得如下：将上述方程组中式(2)减去式(1)、式(4)减去式(3)、式(6)减去式(5)可得3个方程，并整理可得Step402.定义系数矩阵3CN115096295A权利要求书3/4页Step403.通过矩阵求逆可得误差的估计如下：其中，为误差的估计，T为矩阵的转置，为系数矩阵的逆矩阵。6.根据权利要求1所述的一种基于单基站空间差分的组合导航方法，其特