第２４卷第３期 ２０１５年３月 测绘工程 Ｖｏ１．２４，Ｎｏ．３ Ｍａｒ．，２０１５ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ 多普勒与伪码相位值结合的Ａ—ＧＰＳ快速定位算法研究 黄志勇 ，赵冬青 ，田翌君 ，吴昊 ，张爽娜 （１．信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州４５０００１；２．航天恒星科技有限公司（５０３所），北京１０００００） 摘要：辅助全球定位系统通过蜂窝网基站提供给Ａ—ＧＰＳ接收机捕获辅助信息、辅助星历、时间与概略坐标，解决了 微弱信号下的定位问题。从信号捕获到完成跟踪，解码导航电文需要经历相关锁定、相位锁定、比特同步、帧同步等 过程，在信号很弱以至于无法实现帧同步、不能解调卫星ＴＯＷ的情况下，常规定位算法无法实现定位。文中提出多 普勒与伪码相位结合的Ａ－ＧＰＳ快速定位算法，利用伪码相位值进行伪距重构法消去整数毫秒伪距中隐含的公共误 差，利用多普勒定位提供的初值保证初始位置和时间误差在０．５光毫秒以内，实现了粗时间、粗位置辅助下利用多 普勒与伪码相位值的Ａ－ＧＰＳ快速定位。 关键词：首次定位时间；辅助全球定位系统；伪码相位；多普勒；重构全伪距 中图分类号：Ｐ２２８．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６ ７９４９（２０１５）０３—００３１—０５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ａ—ＧＰＳ ｒａｐｉｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ａｎｄ ｃｏｄｅ—ｐｈａｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉ—ｙｏｎｇ ，ＺＨＡＯ Ｄｏｎｇ—ｑｉｎｇ ，ＴＩＡＮ Ｙｉ－ｊ ｕｎ ，ＷＵ Ｈａｏ ，ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇ—ｎａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｐａｃｅ Ｓｔａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｉ ｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ，ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ，ａｐｐｒｏｘ ｔｉｍｅ ａｎｄ ａｐｐｒｏｘ ｏｓｉｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ａ ＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｓｉｇｎａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ． Ｔｈｅ ｉｉｔｎｉａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｎｄ ａｄｅｃｏｄｉｇ ｎｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｍｅｓｓａｇｅ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｇｏ ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｌｏｃｋ．ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ． ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｒａｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ。鼢ｅｎ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｖｅｒｙ ｗｅａｋ ｔｈａｔ ｃａｎｎｏｔ ａｃｈｉｅｖｅ ｆｒｍｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ＴＯＷ。ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎｎｏｔ ａｃｈｉｅｖｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅ Ａ ＧＰＳ ｆａｓｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｍ ｃｏｍｂｉｈｎｅｄ ｗｉｔｈ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｆｕｌｌ ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｔｏ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｆｕｌｌ ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｎ￣ｏｎ ｂｉａｓ ｉｍｐｌｉｅｄ ｉｎ ｉｎｔｅｇｅｒ ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅｓ．Ｄｏｐｐｌｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａｎ ｉｉｔｎｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｅｒｒｏｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．５ ｌｉｇｈｔ— ｍｓ。ｓｏ ｔｈｅ Ａ ＰＳ ｒａｐｉｄ ｏｓｉｐｔｉｏｎｉｎｇ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｒｓｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｒｏｕｇｈ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＴＦＦ；Ａ—ＧＰＳ；ｃｏｄｅ—ｐｈａｓｅ；Ｄｏｐｐｌｅｒ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｆｕｌｌ ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅ 常规ＧＰＳ接收机自主冷启动的首次定位时问 （ＴＴＦＦ）大约需要１ ｍｉｎ，并且存在着在城市峡谷 普勒频移与码延迟，三维搜索空问被确定，减少了 捕获和跟踪耗时，首次定位时间只需要数秒左右。 此外，由于Ａ—ＧＰＳ接收机被设计的预先知道需要搜 （ｕｒｂａｎ ｃａｎｙｏｎｓ）等微弱信号条件下无法定位的问 题＿１］。辅助全球定位系统通过蜂窝网基站提供 给Ａ—ＧＰＳ接收机捕获辅助信息、辅助星历、时间与 概略坐标，解决了微弱信号下的定位问题ｌ２］。由于 Ａ—ＧＰＳ接收机预先就知道了所要搜索的卫星号、多 收稿日期：２０１４一Ｏ４—０２；修回日期：２０１５ ０２—２８ 基金项目：中国航天科技集团公司卫星应用研究院创新基金资助 （２０１４一ＣＸＪＪ—ＤＨ一１４） 索哪个频率，接收机的结构变得允许进行更长的时 间累积，从而增加了在每个特定的频率接收到的能 量ｌ１］。这增加了Ａ—ＧＰＳ接收机的灵敏度，并允许它 捕获更弱的信号。 首次定位所需时间是指从接收机启动到给出 第一个ＧＰＳ定位结果所需的时间，它包括接收机对 多个卫星信号的捕获、跟踪、位同步、帧同步、解码 导航电文以及定位运算等一系列过程。当接收机 作者简介：黄志勇（１９８９一），男，硕士研究生． 测绘工程 第２４卷 处于室内等微弱信号环境时，由于导航电文解调比 特错误率 （ＢＥＲ，Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｄｉｏ）太高，接收机仅 辅助星历，能够获得稳定的快速定位结果。然而当 接收机处于离线模式时，无法得到概略坐标。基于 多普勒频移测量值的定位结果虽然精度受限，却能 能通过跟踪过程获得跟踪环路中的伪码相位值与 多普勒频移值，无法进行后面的位同步、帧同步以 及解调导航电文ｌ＿４］。由于接收机仅能测量部分的伪 距，只能恢复部分的信号发射时间，而不能得到卫 星在发射信号时的具体位置，该问题又被称作“粗 时段导航问题”¨１Ｊ。 为伪距重构算法提供概略坐标与时间，且总误差一 般在１５０ ｋｍ以内。当接收机处于运动模式时，由 多普勒值得到的定位结果误差较大，此时可以通过 设置约束条件迭代计算，确保获得正确的重构的全 伪距值。 ＧＰＳ卫星距地面的远近不同，发射信号的传输 时间在６４￣８９ ｍＳ间变化，粗时段问题即我们只知 道亚毫秒的伪距时，如何恢复全部的测量伪距来进 行定位解算。针对该问题，Ｓｙｒｊａｒｉｎｎｅ首先提出“时 间恢复”ｌ５］的概念，即利用辅助手段恢复完整的信号 发射时刻，然而信号微弱时，由于检测互相关峰值 的漏警率ｌ６］太高，导致该方法难以实现；Ｓｉｒｏｌａ改进 了增强型三角测量法，提出了一种采用ｌａｍｂｄａ— ｆｒａｃｔｉｏｎ函数 消除卫星信号发射时刻模糊度的方 法，然而当消除信号发射时刻模糊度时，使得接收 机钟差等效距离的大部分也被消除了；Ｒｏｌａｎｄ Ｋａ— ｎｉｕｔｈ提出了一种Ｓｎａｐｓｈｏｔ算法，但该算法存在整 数毫秒模糊度问题ｌｌ１ ；Ｖａｎ Ｄｉｇｇｅｌｅｎ提出了一种重 构全伪距［９］的解决粗时段导航问题的粗时定位算法 来解决整数毫秒翻转的问题，然而该算法要求先验 位置和时间误差小于０．５光毫秒。 本文提出的多普勒与伪码相位结合的Ａ—ＧＰＳ 快速定位算法，仅运用信号跟踪环路获得的多普勒 频移和伪码相位值便可以快速获得定位结果，大大 减少了ＴＴＦＦ＿ ］，其计算流程如图１所示。伪距重 构算法通过Ａ—ＧＰＳ服务器提供的概略位置、时间与 、丫 ｌ ＲＦ ＧＰｓ天线 … 因 』ｌＦ Ａ—ＧＰＳ￣Ｋ务器 辅助星历 时『ＨＪ ｌ １ Ｃｏｄｅ—ｐｈａｓｅ ｌ概略坐标 解翟芰航ｌ电文 ｌ Ｌ——１．一伪 厂 五荔巨重构定位 定位解箅ｉ ｌ 用户位置 图１ 多普勒与伪码相位结合的Ａ—ＧＰＳ快速 定位算法研究流程 １算法基本原理 １．１伪距重构算法 辅助ＧＰＳ接收机大多数情况下没有精时间辅 助（精时间辅助指优于１０ ｍｓ精度的辅助时间， ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、ＷＣＤＭＡ时间精度为１～２ Ｓ，ＣＤＭＡ 时间精度为微秒级），此时，可以通过解码ＴＯＷ来 获得，但这需要耗费数秒的时间。而且在信号及其 微弱的情况下，长时间亦无法解码星历，无法获得 ＴＯＷ。卫星的相对运动引起了粗时段导航的问题， 可以计算每颗卫星的相对速度，运用导航方程去求 解用户位置Ｘ （ｚ ， ， ）和接收机公共偏差ｂ以 及粗时误差ｔ 。即可以求出时间，而不依靠于解码 得到它，这样也缩短了首次定位时间。 引入粗时误差ｔ ，导航的４个步骤如下： １）通过辅助星历与时间信息估计卫星的状态。 ２）由接收机概略位置与卫星坐标得到预测伪 距ｐ。 ３）通过测量得到的伪码相位值ｚｋ，ｃｈｉ 重构全伪 距得到实际的伪距测量值Ｐ。 ４）根据预测与实测伪距间的偏差，来调整先验 状态，用 表示， 一Ｐ～Ｐ 。因此，状态更新向量 为 一［ ， ， ， ， ］ 对先验状态 ， ，２，ｂ，ｔｃ 更新的向量，而 中 受到 的影响，且 与 之 间的关系为 ＾ ，１、 ＩＤ（ ）一ｌＤｆ ）一 （ ）一ＩＤ（ — ）一一 ‘Ｄ¨ Ｌｌ 其中：ｔ 表示实际的发射时间。 表示对ｔ 的粗时 估计。７Ｊ一（ ・ 一 ）是伪距速率。对于每颗卫星， 强’和３２之间的关系为 一Ｐ强 一 强 一 ｅ・ ｒ ４－ ４－∥ ・ －４￡ ． （２） 对于ｋ颗卫星，可得到矩阵方程 跏一ＨＳｘ ４－￡． （３） 因此，只要有５颗以上的卫星，就能得到粗时间辅助 下的闭合五状态解。而构造先验残差时，由于亚毫 秒伪距测量值（即伪码相位测量值）ｚｋ，ｃｈｉ 存在未知 的公共偏差６（主要是接收机钟差）和测量误差￡，卫 星到接收机的真实几何距离期望为ｒ，伪距 中存 在先验的位置和时间误差 ，当未知的公共偏差和 第３期 黄志勇，等：多普勒与伪码相位值结合的Ａ—ＧＰＳ快速定位算法研究 期望伪距 的结合接近１ ｍｓ时，取模运算容易出 现ｌ ｍｓ的偏转情况。令ｚ为亚毫秒伪距值的真值， 则 ｚｋ，ｃｈｉＰ一２＋ｂ＋ｅ， （４） ㈤一ｒ＋ ， （５） 强 一（ ｋ，ｃｈｉｐ～占强 ）Ｅ１ ｍｓ］一 （ｚ—ｒ＋ｂ— ＋￡）Ｅ１ ｍｓ］． （６） 针对上述算法存在整毫秒模糊度问题，可以用 选定参考星使其含有相同的误差项的办法解决。 用上标（Ｏ）来表示参考卫星，用（尼）表示其他卫星。 计算所有卫星的期望伪距，并根据参考卫星的期望 伪距值给参考卫星赋整数值Ｎ∞ ，故其全伪距为 （Ｎ∞ ＋ ∞ ）ｍｓ。几何距离中含有由先验位置和时 间误差引起的误差 ，重构的全伪距与几何距离 ｒ∞ 的关系为 Ｎ‘。’＋Ｚｋ，ｃｈｉｐ‘∞：ｒ‘。 ＋ｂ＋ｅ‘∞一 （ｏ）一 ＋ｂ＋ｇ（０）． （７） 如果对所有测量值指定一个整数值，使它们含有相 同的公共偏差，则对于卫星ｋ会得到以下的方程： Ｎ‘ ＋ （ ）一ｒ‘ ＋ｂ＋ｅ‘ ’一 ‘ ）一 ＋ｂ＋ｅ‘ ． （８） 由于它们含有相同的公共偏差，两式相减，得 Ｎ ）一Ｎ‘∞＋ｚ∞ 一ｚ ＋（ ’一 ’＋ｂ＋￡强’）一 （ ∞）一 ’＋ｂ＋￡∞’）． （９） （Ｎ ＋ 强’）一（Ｎ∞ ＋ｚ∞ ）一（ ’一 ＋ ｂ＋￡‘ ）一（ ‘∞一 ＋ｂ＋￡‘。 ）． （１Ｏ） 如果（一 ’＋ｅ ＋０ 一￡∞ ）＜０．５光毫秒，可以 得到正确的Ｎ ’。 Ｎ‘女）一ｒｏｕｎｄ（Ｎ‘∞＋ｚ ∞一ｚ‘ ４－ 一 。 ）． （１１） Ｉ．２多普勒定位算法 前面已经推导了伪距线性导航方程，式（３）两 边对时间微分，得 ａ ｏ（ｐ ａ －ｐ）一一Ｏ（Ｈ —ａＳｘ）＋，￡ 。’ｅ ，（１２） 一Ｈ ＋ ＋ｅ ．（１３） 令：３，一塞是测量的多普勒向量； 一 是预 测的多普勒测量向量，由辅助星历或历书计算得 到。则８ｙ一 一 。等式右边的多项式可由下式计 算获得。第１个多项式项可以由接收端速度的经典 线性方程获得。 Ｈ 一Ｈ 一Ｈ ｆ其中： ，， ， ，为接收端先验速度状态的更新状 态； ，为先验频率偏移的更新状态； ，为先验粗时 误差更新状态。第２项多普勒测量值和位置更新状 态之间的关系为 ０ ａ ‘ ’／ａｔ？ ３ ０ ａ ‘ ／８ｔｊ Ｌ ａ ：”／ａ ａ “ ／ａ ］ｆ誊 （１５） 三维向量［８ｅ旺 ／ａｔ］与［ａ ／ａ ］的表 达式如下： ８ｅ（ ａ，Ｘ 一Ｘ 、 ８ｔ ８ｔ＼ｌ Ｘ 一Ｘ ｉ／ ， （１６） 一 ㈣一Ｂｅ（ｋ）／ａ ㈨ ｎ㈤． （１７） 其中：Ｘ 为卫星是的位置，Ｘ 为接收机的先验位 置信息。省略上标（志），并用变量ｒ代表卫星与接收 机的距离，ｒ—ｌ Ｘ 一Ｘ ｌ。 宝＝＝＝ （ ）一（ 一 … ） ． （１８） 将式（１５）、式（１６）和式（１８）代人式（１３）可得 ｄ Ｆ Ｉ－Ｐ‘． １ ． ‘．１ ］ 一ｌ ＿＿ ｃ： １： ：ｌ ｃＪ ，ｆＬ ＪＯ ８ｋ ＋ ＿ｌ一— ／ａ ／ａ ａ ／ａ ／ａ ａ 式（１９）即为包含９个状态（３个接收机位置、３ 个速度、频率偏移、粗时误差、粗时误差变化率）的 关于瞬时多普勒测量值的线性方程。如果接收机 端是静止的，且忽略粗时误差变化率，那么式（１９） 的未知量减少到５个，因此可以由５颗卫星的多普 勒测量值得出接收机端的位置。 卜８ｅ‘ ／ａ￡ １ 一ａ ‘ ／ａ ａ —ｌ 十￡ Ｌ－８ｅ‘ ／ａｔ １ 一ａ （ ／ａ ８ 测绘工程 第２４卷 Ｉ ＨＤ ＋￡ ． （２０） ８ ７ 式（２０）的最小二乘结果为 一（Ｈ ＨＤ） Ｈ ． （２１） 当上式定位误差小于１００ ｋｍ时，时间误差小 于１ ｍｉｎ时，可以成功地为伪距重构算法提供概略 坐标与时间，特殊条件下不能满足时，通过设置约 束条件进行迭代计算可以很快地固定正确的整数 毫秒模糊度。 １．３基于多普勒定位算法的约束条件 由以上推导可知，当多普勒定位提供的定位总 误差小于０．５光毫秒时，重构全伪距算法能够得到 正确的定位结果。当不能满足时，可以设置如下的 两个约束条件。 １．３．１粗时误差约束条件 ＧＰＳ卫星的位置和速度实际上是与时间相关 的函数，由于没有完成解码导航电文，没有解码出 Ｔ（）Ｗ（周内时），不能获得准确的信号发射时间。当 有蜂窝网的时间辅助时，一般能满足定位要求。在 处于离线模式时，粗时误差较大，可能导致较大的 卫星位置和速度误差。这时可以通过约束条件，每 １ Ｓ计算一个多普勒残差值，使得多普勒残差值为最 小的备选时间即为所求。 ＭＩＮ［ａｙ（ｔ，ｘ ）］一 ・ｃ １． 上式中，Ｘ 只需满足用户位置到地球质心的距离 Ｘ 与地球半径Ｒ之差不超过２００ ｋｍ，地球上任意 概略坐标均能满足此要求，即 ６ １７０ ｋｍ≤Ｉ Ｘ 一Ｒ Ｉ≤６ ５７０ ｋｍ． （２３） １．３．２整数毫秒模糊度约束条件 当接收机以较高的速度移动时，基于多普勒定 位获得的概略坐标误差可能大于１５０ ｋｍ，此时存在 整数毫秒模糊度的问题。可以通过模糊度搜索法 解决该问题，南于１ ＩｌｌＳ的伪距值为１５０ ｋｍ，模糊度 搜索空间一般很小，一般每颗卫星进行数次搜索便 能获得正确的伪距值。 若每颗卫星搜索３次，可见卫星为８颗时，总的 搜索次数为３８次。使概略坐标改正数最小的备选 整数毫秒值』＼，即为所求。此时要求粗时误差不超 过ｌ Ｓ，使用普通的时钟一般能满足精度要求。 ＭＩＮ￣＆ｃ（Ｎ ）］一、／／ ＋ ＋ ． （２４） １．４数据解算流程 由以上所述可知，多普勒与伪码相位值结合的 Ａ—ＧＰＳ快速定位算法的解算流程如下： 步骤１：设备从参考接收机或者Ａ—ＧＰＳ位置服 务器获得辅助星历（在离线模式下使用扩展星历 （Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ，ＥＥ）），从而知道了当前可见 卫星的方位、仰角等信息。 步骤２：Ａ—ＧＰＳ接收机通过辅助星历快速捕获 卫星，进行伪码相位与多普勒频移测量。 步骤３：运用多普勒值进行初始定位，为伪距重 构算法提供一个概略坐标与时间。 步骤４：运用伪距重构算法，得到完整的伪距观 测值，与预测的粗几何距离作差得到伪距残差，迭 代求解五状态方程［１ １ １２］。 步骤５：构造一个位置的后验残差统计量，当正 确解算出全伪距时，后验残差的值很小，反之很大。 可以通过上面的两个约束条件来重新进行多普勒 定位与整数毫秒模糊度搜索，如果仍不能正确解 算，则需要调整先验概略坐标与时间，返回步骤３， 直至求解出正确解。 ２实验数据分析 为了验证该算法的有效性，选取ＩＧＳ参考站德 国ＰＴＢＢ站（布伦瑞克，其真实空间：直角坐标为 （３ ８４４ ０５９．９１３ ５，７０９ ６６１．３７０ ０，５ ０２３ １２９．５９４ ５）） ２０１３年５月２７ Ｅｔ的３００个历元的定点观测结果进 行仿真验证。在仿真计算时，使用真实伪距观测值 取整得到亚毫秒伪距（伪码相位）值，运用真实的最 终多普勒观测值代替跟踪过程中获得的多普勒频 移值。 一（Ｊ０ ／ｃ）［１ ｍｓ］． （２５） 首先运用多普勒值进行定位计算，使粗时误差 为１ Ｓ，并任意给定地球上一概略坐标，计算表明，经 过数次迭代均能得到有效收敛。将其作为伪距重 构算法的初始概略坐标，得到多普勒定位与伪距重 构的Ａ—ＧＰＳ快速定位算法的三维位置ＲＭＳ统计 表（见表１）。另外，将３００个历元的多普勒定位与 伪距重构定位算法的３个方向的位置误差曲线图绘 制如图２、图３所示。 表１ 多普勒定位与伪距重构定位算法的 三维位置ＲＭＳ ｍ 第３期 黄志勇，等：多普勒与伪码相位值结合的Ａ—ＧＰＳ快速定位算法研究 ・ ３５ ・ ＩＩＩ ￥Ｉ＿甚 量 吕＼ 删 匡 暑＼ ￥Ｉ咧 量 ００ｉ－ ： — ５０ ０咕—— —］ 广— — — — 。 历元个数 历元个数 图２多普勒定位３个方向的位置误差曲线 —— ｒ ． — １ ｎ Ｌ——————— ——————— ——————— ———————— ——————— —— 历元个数 历元个数 图３伪距重构Ａ—ＧＰＳ定位算法３个方向的 位置误差曲线 ３结束语 微弱信号环境卫星定位技术已成为了国际导 航界研究的热点技术，其中将ＧＰＳ定位技术与无线 通信平台相结合发展Ａ—ＧＰＳ定位系统被认为是最 具应用前景的研究方向之一ｌ２］。辅助ＧＰＳ能大大 扩展传统ＧＰＳ的使用范围，并且能大大缩短首次定 位时间（ＴＴＦＦ）。 本文提出的多普勒与伪码相位值结合的Ａ— ＧＰＳ快速定位算法能够应用于传统ＧＰＳ无法涉足 的微弱信号领域。该算法只需要对ＧＰＳ信号完成 伪码相位和多普勒频移测量，无需完成位同步、帧 同步和解调导航电文。本文给出了多普勒定位与 暑福￥１卿 量 ，詈 删 尽 ｕＪ 删 量 伪距重构算法的计算流程，推导了基于多普勒定位 的Ａ—ＧＰＳ快速定位算法的约束条件，并利用仿真数 据验证了该算法的可行性。验证表明，多普勒定位 算法无需初始坐标，定位精度为２００ ｍ左右，能够 为伪距重构算法提供可靠的初值。伪距重构算法 定位精度优于１０ ｒｎ，接近于传统ＧＰＳ定位算法。 随着基于位置服务需求的增长与我国北斗卫 星导航系统的迅速发展，自主研究辅助北斗卫星导 航系统（Ａ—ＢＤＳ）的需求更加迫切，本文提出的算法 或可以有效地应用到辅助北斗卫星导航系统当中。 参考文献： Ｅｌｉ （南非）迪格伦．辅助ＧＰＳ原理与应用［Ｍ］．孟维晓，马 永奎，高玉龙，译．北京：电子工业出版社，２０１３． Ｅ２Ｊ宋成．辅助型ＧＰＳ定位系统关键技术研究Ｊ－Ｄ］．长沙： 国防科学技术大学，２００９：１３５—１３８． Ｅ３］谢钢．ＧＰＳ原理与接收机设计［Ｍ］．北京：电子工业出 版社，２００９：２６６—２７０． Ｅ４］米斯拉，恩格．全球定位系统信号、测量与性能［Ｍ］． 罗呜，译．北京：电子工业出版社，２００８． ［５］ ＳＹＲＪＡＲＩＮＮＥ Ｊ．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ＥＤ］．Ｐｈ．Ｄ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｔａｍｐｅｒｅ： Ｔａｍｐｅｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１：４３—４７． ［６］ ＳＹＲＪＡＲＩＮＮＥ Ｊ．Ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ ｆｏｒ ＧＰＳ ｔｉｍｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｗｉｔｈ ＧＳＭ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ［ｃ］Ｐｒｏｃ．ＩＯＮ ＧＰＳ， ２０００：２－４． １７｝ ＳＩＲＯＩ Ａ Ｎ．Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＧＰＳ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄａｔａ ｒＤ］Ｍａｓｔｅｒ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｄｉｓｓｅｒ— ｔａｔｉｏｎ，Ｔａｍｐｅｒｅ：Ｔａｍｐｅｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００１：４５－４９． ｒ８］ ＡＫＯＰＩＡＮ Ｄ，ＳＹＲＪＡＲＩＮＮＥ Ｊ．Ａ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｉｄｅｄ ｉｔｅｒａ— ｔｅｄ ＬＳ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＧＰＳ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｍｅｓｓａｇｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ［ｃ］．ＰＩ ＡＮＳ ２００２，Ｐａｌｍ Ｓｐｒｉｎｇｓ，ＣＡ：７７－８４． ｒ９］ ＦＲＡＮＫ ＶＡＮ ＤＩＧＧＥＩ ＥＮ．Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｉｎｓｔａｎｅｏｕｓ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｍｅａｓｕｒｅ— ｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｆ Ｐ Ｊ． Ｕ． Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ７９８７Ｏ４８Ｂ２．２０１１：１－５． ［１０１ ＣＨＥＮ Ｈ Ｗ．Ａ ｎｅｗ ｃｏａｒｓｅ—ｔｉｍｅ ＧＰＳ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｌｇｏ ｒｉｔｈｍ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ａｎｄ ｃｏｄｅ—。ｐｈａｓｅ ｍｅａｓ—‘ ｕｒｅｍｅｎｔｓｉ Ｊ １．ＧＰＳ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ２０１３，１０（２２）：５－７． ［１１］陈陌寒，巴晓辉，王云，等．辅助式ＧＰＳ接收机的快速 定位算法研究［Ｊ］．科学技术与工程，２０１ｌ，ｌ】（１０）： ２２２０—２２２４． ［１２］邱蕾，刘正平，伍岳，等．ＧＰＳ现代化后ＬＳ载波的数据 质量分析－ｊ］．测绘工程，２０１５，２４（２）：６－９． ［责任编辑：刘文霞］