利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法

摘要

本发明公开了一种利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，结合气压测高短时间段稳定、相对高程精度高的特点和在一些离散观测点卫星定位精度高的特点，利用卫星定位信息对气压测高结果进行实时校准，同时，通过实验和理论计算获得筛选卫星定位结果的条件公式，去除精度差的定位结果，保留精度高的结果对气压测高结果进行校准，因此可实现高精度、连续的高程定位，定位精度优于卫星定位高程精度和气压测高精度，可达到1m的精度，且该精度的实现可达到(1σ)66.7％的概率。

权利要求

1.利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、利用卫星定位信息，实时获得移动目标的卫星定位结果，即待测点在大地坐标系的x,y,z轴上的坐标值，然后再分别获得所述三个坐标值的置信度Dx、Dy和Dz；

步骤2、利用待测点所在位置的实时气压信息获得移动目标的气压高程定位结果；

步骤3、针对步骤1实时获得的置信度，保留满足公式Dx+Dy+Dz≤1的置信度对应的卫星定位结果，将满足公式的卫星定位结果转换成经纬高坐标形式，获取其中的卫星高程定位结果；将实时获得的卫星高程定位结果与步骤2在同一时刻获得的气压高程定位结果求差值，然后将该各时刻的差值进行累加，累加一段设定的时间后，除以参与累加的差值个数m，得到累加结果的平均校准值bias；采用该平均校准值bias对当前时刻以后获得的气压高程定位结果进行校准。

2.如权利要求1所述的利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，其特征在于，所述设定的时间选取为5分钟至30分钟。

3.如权利要求1所述的利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，其特征在于，所述步骤2中根据实时气压信息获得移动目标的高程定位结果的方法为：在所述移动目标上配备定位终端，采用该定位终端获取其接收范围内气象基准站获得的气象信息和位置信息，然后获得高程定位结果H：H＝VBS.H+dh；

其中， DisUE2BS[i]表示移动目标到第i个气象

基准站的粗算距离，BS[i].H为第i个气象基准站的高度； 其

中，N表示定位终端接收范围内基准站的个数；Tao和Rd为常数，Tao＝6.5，Rd＝287.05，g为当地的重力加速度，T和P分 别表示移动目标所在位置的温度和气压；

BS[i].P为第i个气象基准站的气压值。

说明书

利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及导航定位关键技术，提出了一种利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，实现室内外稳定、高精度的高程定位。

背景技术

[0002] 随着卫星导航技术的发展，导航接收机的应用范围越来越广，在城市高楼间、树荫下、峡谷中等复杂环境下导航定位需求越来越多。然而导航接收机受环境影响较大，当用户在这些复杂环境下时，卫星导航信号将会被遮挡或干扰，这将导致终端定位结果不连续、定位精度降低，在高程定位振荡尤为明显。除此之外，当卫星几何结构不理想时，相比水平方向，高程方向更容易受到影响，精度下降严重。

[0003] 为了解决上述问题，提出了一些高程测量方案，其中应用较广的是利用气压信息测高的方式，气压测高的原理是地球表面上随着高程的升降其气压也在不断发生变化，因此按照一定的规则，可以由当地气压信息计算得到高程结果。

[0004] 然而，在气压测高定位中仍存在一些问题：气压测高有相对精度较高以及短期内较稳定的特点，而长时间工作时，受环境(风速、温度、湿度等)的影响，会发生随时间发生漂移的问题，出现连续几天测量结果均不一致的情况。

[0005] 基于以上技术背景和应用背景，提出了一种利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，解决了气压测高随时间漂移的问题，可以实现室内外稳定、高精度的高程定位。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，能够对气压测高结果进行实时校准，输出高精度的定位结果。

[0007] 本发明的利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤1、利用卫星定位信息，实时获得移动目标的卫星定位结果，即待测点在大地坐标系的x,y,z轴上的坐标值，然后再分别获得所述三个坐标值的置信度Dx、Dy和Dz；

[0009] 步骤2、利用待测点所在位置的实时气压信息获得移动目标的气压高程定位结果；

[0010] 步骤3、针对步骤1实时获得的置信度，保留满足公式Dx+Dy+Dz≤1的置信度对应的卫星定位结果，将满足公式的卫星定位结果转换成经纬高坐标形式，获取其中的卫星高程定位结果；将实时获得的卫星高程定位结果与步骤2在同一时刻获得的气压高程定位结果求差值，然后将该各时刻的差值进行累加，累加一段设定的时间后，除以参与累加的差值个数m，得到累加结果的平均校准值bias；采用该平均校准值bias对当前时刻以后获得的气压高程定位进行校准。

[0011] 较佳的，所述设定的时间选取为5分钟至30分钟。

[0012] 较佳的，所述步骤2中根据实时气压信息获得移动目标的高程定位结果的方法为：

[0013] 在所述移动目标上配备定位终端，采用该定位终端获取其接收范围内气象基准站获得的气象信息和位置信息，然后获得高程定位结果H：H＝VBS.H+dh；其中，DisUE2BS[i]表示移动目标到第i个气象基准站的粗算距离， H为第i个气象基准站的高度； 其中，N表示
定位终端接收范围内基准站的个数；Tao和为常数，g为当地的重力加速度，T和P分别表示移动目标所在位置的温度和气压； BS[i].P为第i个气
象基准站的气压值。

[0014] 本发明具有如下有益效果：

[0015] 本发明结合气压测高短时间段稳定、相对高程精度高的特点和在一些离散观测点卫星定位精度高的特点，利用卫星定位信息对气压测高结果进行实时校准，同时，通过实验和理论计算获得筛选卫星定位结果的条件公式，去除精度差的定位结果，保留精度高的结果对气压测高结果进行校准，因此可实现高精度、连续的高程定位，定位精度优于卫星定位高程精度和气压测高精度，可达到1m的精度，且该精度的实现可达到(1σ)66.7％的概率。

附图说明

[0016] 图1为本发明的高程定位方法的流程图。

[0017] 图2为本发明的三种测高结果的曲线对比图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0019] 本发明的利用卫星定位信息实时校准气压测高结果的高程定位方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤1、利用卫星定位信息，实时获得移动目标的卫星定位结果，即待测点在大地坐标系的x,y,z轴上的坐标值，然后再分别获得所述三个坐标值的置信度Dx、Dy和Dz，具体为：

[0020] 置信度计算涉及GPS定位原理，采用最小二乘方法。假设伪距观测量为L，其精度为σ。GPS定位方程组：

[0021]

[0022] 观测方程表达为：

[0023] L＝BX

[0024] 其中，X为定位结果，B为量测矩阵。

[0025] 线性方程表达为：GδX＝l

[0026] 其中，δX＝Xk-Xk-1，即上一状态与本次状态定位结果差值，l＝L-BXk-1，G为雅可比矩阵，与各颗卫星相对于用户的几何位置有关。

[0027] 误差估计结果：

[0028] 其中，P为权阵，

[0029]

[0030] σj为用户测距误差的方差，实际中，接收机根据卫星信号的强弱、卫星仰角高低和接收机跟踪环路的运行状态以及URA等指标，对不同时刻、不同卫星测量值的误差方差进行估算。误差的计算方法很多，以下将举例说明其中一种。

[0031] 一般来说,随着卫星高度角的降低，导航信号的观测误差越大。因此，本文根据观测历元内各卫星的高度角计算相应观测值的方差，其中，非差观测值的方差计算方法如下：

[0032]

[0033] b为常数项因子；f(e l)为观测历元内与卫星高度角e l相关的函数；常数项a和b可根据观测数据的先验信息综合计算得到或直接取经验值.

[0034] f(el)＝1/sin(el)

[0035] 根据误差传播定律， 的误差方差为

[0036] Q＝(GTPG)-1

[0037] 置信度为误差方差：

[0038] DX＝Q，其分量为Dx,Dy,Dz,Dt，即坐标X，Y，Z及时间t维度的置信度。

[0039] 步骤2、根据气压信息计算高程定位结果：

[0040] 采用基准站差分技术实现气压测高。在所述移动目标上配备定位终端，采用该定位终端获取其接收范围内气象基准站获得的气象信息和位置信息，然后定位终端结合气象基准站的气象信息和位置信息以及本地气象信息获取终端高程定位结果，具体为：

[0041] 利用定位终端的粗位置计算定位终端到第i个基准站的距离为：

[0042] DisUE2BS[i]＝|U.pos-BS[i].pos|

[0043] 其中，U.pos为用户终端大地坐标值，BS[i].pos为第i个基准站大地坐标值。

[0044] 计算定位终端的信息和气象信息：

[0045]

[0046]

[0047]

[0048] 其中，BS[i].P为第i个基准站的气压值，BS[i].T为第i个基准站的温度，BS[i].H为第i个基准站的高度，VBS.P为获得的定位终端所在处气压值，VBS.T为获得的定位终端所在处温度值，VBS.H为获得的定位终端所在处高度值。

[0049] 计算高程：

[0050]

[0051] 其中N表示定位终端接收范围内基准站的个数；Tao＝6.5，Rd＝287.05，g为当地的重力加速度，T和P分别表示移动目标所在位置的温度和气压。

[0052] 则H＝VBS.H+dh；

[0053] 步骤3、实时校准气压高程定位结果：

[0054] 按照卫星导航定位结果的置信度筛选高精度卫星导航定位结果。通过以上公式推导，可以得到Dx,Dy,Dz三个方向置信度，该物理量表征三个方向的误差方差。为了获取高精度的定位结果，选择筛选条件为Dx+Dy+Dz≤d2，其中，根据方差计算特性，Dx+Dy+Dz表示为定位结果单位矢量方向误差方差，d为精度门限，当Dx+Dy+Dz≤1，即可筛选出精度为1的定位结果。以上条件为理论值，在工程实践中，通过采集大量的数据分析该筛选条件的虚警率和漏检率，可以证实该置信度筛选条件可用性。漏检率指，对于一些实测数据，定位结果满足1米的精度要求，但是其置信度不满足上述条件，此类数据没有被正确筛选出来，此类数据占所有数据的比例即为漏检率。虚警率指，对于一些实测数据，定位结果不满足1米的精度要求，但是其置信度却满足上述条件，此类数据没有被正确筛选出来，此类数据占所有数据的比例即为虚警率。上述筛选条件达到在漏检率为13％左右，虚警率在10％以内。

[0055] 按照卫星导航定位结果的置信度筛选高精度卫星导航定位结果，筛选条件为Dx+Dy+Dz≤1，将高精度卫星导航定位结果经过坐标转换得到经纬高，取卫星导航高程定位结果和气压高程定位结果差值，并进行积分累加，累加时间为n分钟，根据筛选条件，累计m个可用于校准的数据，最后统计平均得到校准值bias，随后时间内将气压定位结果加上校准值bias的结果作为最终的高程结果输出。

[0056]

[0057] Ho(t)＝Hb(t)+bias

[0058] 其中，Hg(k)为k时刻GNSS定位高程结果，Hb(k)为k时刻气压测高高程定位结果。在定位过程中，每n秒更新一次校准值，对气压定位结果进行实时校准，输出高精度定位结果。鉴于气压定位结果的短期稳定连续、长期受环境影响易漂移的特点，校准后的定位结果可达到长时间连续、稳定和高精度。典型的场景是室内外定位和卫星受遮挡情景。室内外定位过程中，在室外环境下，气压测高定位结果易漂移，校准后高程稳定、精度高，进入室内环境，校准信息依然有效，仍可以实现连续、稳定、高精度定位结果。如图2所示，为本发明的三种测高结果的曲线对比图，可发现本发明的定位方法具有更高的精度。

[0059] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。