专利名称：一种天文辅助的单星定位方法
技术领域：
本发明属于定位导航领域，涉及天体定位和卫星定位的交叉应用学科，具体涉及一种天 文辅助的单星定位方法。
背景技术：
在恶劣的环境下(例如峡谷、森林等)，当收到的卫星信号少于3颗的情况下是无法进行 定位。在此情况下，军事或其他特殊应用领域中又需要进行定位，目前解决这一方法常常使 用惯导推算，惯导推算方法随着时间推移，误差逐渐增大，不适用于长时间无法利用GNSS 定位的情况。
发明内容
本发明的目的就是提供一种在接收GNSS卫星信号少于3颗的情况下，通过天文天体辅 助进行解算用户当前位置，适用于恶劣环境下进行较高精度的定位导航。
本发明的技术方案是 一种天文辅助的单呈定位方法，由定位解算终端设备1实现，定 位解算终端设备l由卫星定位测量模块2、天体星历数据库模块3、液品显示模块4、键盘操 作模块5、 MCU主控模块6、电源模块7和备选的精确时钟输入模块8组成。其中，电源模块 7为定位解算终端设备1提供电源支持，卫星定位测量模块2实吋测量观测到的GNSS卫星信 号，并将测量数据发送给MCU主控模块6， MCU主控模块6判断接收到的卫星数量，当GNSS 卫星大于3颗时，定位解算终端设备1直接利用GNSS卫星定位；当接收到的GNSS卫星信号 小于3颗时，定位解算终端设备l自动转入天体辅助的GNSS单星定位方法，此时，由用户通 过键盘操作模块5输入观测天体的观测数据，MCU主控模块6根据接收到的天体观测数据后 自动搜索天体星历数据库模块3获取该天体星历，并结合观测到的一颗或两颗GNSS卫星信号 和备选的精确时钟输入模块8输入的精确时间信息自动解算出用户位置，并将定位位置显示 到液晶显示模块4上。具体处理步骤如下-
1) 处理器实时判断接收到的GNSS卫星信号是否大于3颗，如果小于3颗时则进入天体 辅助定位模式，否则转入步骤8)直接利用GNSS卫星信号进行定位；
2) 进入天体辅助定位模式时，首先根据当前时间点，推荐观测天体；
3) 当该天体不便于观测时，重复步骤2)搜索新天体，直到选择合适天体；
4) 观测天体数据并输入导航终端设备；
5) 从天体星历数据库模块3获取该天体定位相关参数局数据；6) 检测是否有精确时钟输入数据；
7) 根据观测到的卫星数量和是否有时钟输入数据选择相应的定位解算数学模型；
8) 调用对应的数学解算模型进行定位解算；
9) 对定位数据进行存储显示，并转入步骤l)重复上述过程。
一种天文辅助的GNSS单星定位方法中，当接收到的GNSS卫星信号大于3颗时，利用普 通的卫星定位解算方法如式(1)所示
A2 =(、 -A)2 +(力 -少')2 +(5 -A)2
A2 =CS -A)2 +(力"2)2 D2
A2 =(、 - A)2 +(力12)2 +(~ -&)2
(1)
其中，xp、力、^为用户待解算位置数据，A为第Z颗卫星测量伪距，A、少,、5为第/
颗卫星的空间位置。
当观测到小于3颗GNSS卫星时，在白天可利用观测太阳测维度进行天体辅助计算，晚 上可利用北极星或其他星体测维度进行天体辅助计算。其中，当观测GNSS卫星为一颗时， 可利用备选的精确时钟输入模块8辅助以提高定位精度。
一种天文辅助的GNSS单星定位方法中，利用观测太阳测纬度数学模型如式(2)所示
p = (2)
式中，2为计算得到的观测时刻太阳真天定距，它是经过太阳半径、视差和蒙气差改正后
的结果；^为太阳赤纬，可通过天体星历数据库模块3査表得到。
一种天文辅助的GNSS单星定位方法中，利用观测北极星天体求维度数学模型如式(3)所
示
伊=A-/ cos"~^sin2"gA (3)
上式中/z为经过指标差、蒙气差改正后的北极高度角，p为北极星的极距，/为北极星 的时角。
一种天文辅助的GNSS单星定位方法中，在测得用户讳度的情况下，可利用双星定位数学 模型对用户经度进行定位解算。由于GNSS卫星在不考虑钟差的情况下或有精确时钟辅助情况 下，其伪距是可以测量的，因此，在纬度已知的情况下，利用式(1)在不考虑高度的情况下 可以解算用户经度数据，因此最终获得用户平面位置数据。
本发明的有益效果是采用本发明能够在恶劣环境情况下获得较高的用户定位精度。
下面结合附图和实例对本发明进一歩说明。 图1是本发明的定位终端设备结构图； 图2是本发明的定位解算过程流程图。
图中1、定位解算终端设备，2、卫星定位测量模块，3、天体星历数据库模块，4、 液晶显示模块，5、键盘操作模块，6、 MCU主控模块，7、电源模块，8、备选的精确时钟 输入模块。
具体实施例方式
在白天，首先根据定位解算终端设备1推荐太阳天体，观测该天体高度角为73、5'30"， 方位角为120°18'25"。指标差和器差为1.2'，并己知设备当前地方时为2008年11月12 闩10时25分32秒。
按照定位解算终端设备1提示，将观测数据和观测设备误差输入定位解算终端设备1， 定位解算终端设备l自动査找天体星历数据库模块3中的该天体相关修正值，并根据式
(2) 获得用户所在纬度38。52.33'，联合测量的GNSS卫星数据，代入式(1)，获得用户 经度数据121°38.46'。
在晚上，观测恒星天体(以北极星为例)，测得该天体高度角为35°22'30"，时间为2008 年11月12日21时18分33秒，指标差和器差为l.O'。
按照定位解算终端设备1提示，将观测数据和观测设备误差输入定位解算终端设备1， 定位解算终端设备l自动查找天体星历数据库模块3中的该天体相关修正值，并根据式
(3) 获得用户所在纬度46°32.12'，联合测量的GNSS卫星数据，代入式(1)，获得用户 经度数据122°07.25'。
权利要求
1. 一种天文辅助的单星定位方法，其特征在于，该方法由定位解算终端设备(1)实现，定位解算终端设备(1)由卫星定位测量模块(2)、天体星历数据库模块(3)、液晶显示模块(4)、键盘操作模块(5)、MCU主控模块(6)、电源模块(7)和备选的精确时钟输入模块(8)组成；其中，电源模块(7)为定位解算终端设备(1)提供电源支持，卫星定位测量模块(2)实时测量观测到的GNSS卫星信号，并将测量数据发送给MCU主控模块(6)，MCU主控模块(6)判断接收到的卫星数量，当GNSS卫星大于3颗时，定位解算终端设备(1)直接利用GNSS卫星定位；当接收到的GNSS卫星信号小于3颗时，定位解算终端设备(1)自动转入天体辅助的GNSS单星定位方法，此时，由用户通过键盘操作模块(5)输入观测天体的观测数据，MCU主控模块(6)根据接收到的天体观测数据后自动搜索天体星历数据库模块(3)获取该天体星历，并结合观测到的一颗或两颗GNSS卫星信号和备选的精确时钟输入模块(8)输入的精确时间信息自动解算出用户位置，并将定位位置显示到液晶显示模块(4)上，具体处理步骤如下1)处理器实时判断接收到的GNSS卫星信号是否大于3颗，如果小于3颗时则进入天体辅助定位模式，否则转入步骤8)直接利用GNSS卫星信号进行定位；2)进入天体辅助定位模式时，首先根据当前时间点，推荐观测天体；3)当该天体不便于观测时，重复步骤2)搜索新天体，直到选择合适天体；4)观测天体数据并输入导航终端设备；5)从天体星历数据库模块(3)获取该天体定位相关参数局数据；6)检测是否有精确时钟输入数据；7)根据观测到的卫星数量和是否有时钟输入数据选择相应的定位解算数学模型；8)调用对应的数学解算模型进行定位解算；9)对定位数据进行存储显示，并转入步骤1)重复上述过程。
全文摘要
本发明属于定位导航领域，涉及天体定位和卫星定位的交叉应用学科。本发明由定位解算终端设备1实现，定位解算终端设备1由卫星定位测量模块2、天体星历数据库模块3、液晶显示模块4、键盘操作模块5、MCU主控模块6、电源模块7和备选的精确时钟输入模块8组成。当接收到的GNSS卫星信号小于3颗时，定位解算终端设备1仍能够在天文辅助下进行用户位置解算。本发明适用于恶劣环境下的定位导航，获得较高精度的用户位置数据。
文档编号G01S1/00GK101464506SQ20081024698
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者张淑芳, 青 胡 申请人:大连海事大学