本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過導(dǎo)航儀接收衛(wèi)星信號(hào)，首先利用衛(wèi)星廣播的星歷，計(jì)算出各個(gè)衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置坐標(biāo)，接著利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立ρ建立偽距觀測方程(1)，因?yàn)榻邮諜C(jī)存在鐘差，需要把接收機(jī)鐘差作為未知數(shù)與導(dǎo)航儀上的接收機(jī)位置坐標(biāo)(x，y，z)一起求解。

其中，其中，(xi、yi、zi)為由衛(wèi)星星歷求得的衛(wèi)星瞬時(shí)地心坐標(biāo)，(x、y、z)為待求接收機(jī)的地心坐標(biāo)，c為光速，tr、分別為接收機(jī)時(shí)鐘與衛(wèi)星時(shí)鐘的誤差，vion為電離層延遲改正數(shù)，vtrop為對(duì)流層延遲改正數(shù)。這里i取值一般在5以上，該偽距觀測方程至少滿足5個(gè)衛(wèi)星的位置坐標(biāo)，才可以實(shí)現(xiàn)。

通過建立5個(gè)以上的偽距觀測方式形成求解模型之后，基于卡爾曼濾波求解，即可得出導(dǎo)航定位的位置速度和時(shí)間(positionvelocityandtime，pvt)解，通過殘差及中誤差等進(jìn)行衛(wèi)星定位質(zhì)量分析，當(dāng)質(zhì)量分析不合格時(shí)，重新基于該求解模型再次求解，直到質(zhì)量分析合格之后輸出定位結(jié)果。

現(xiàn)階段有些區(qū)域會(huì)存在一些城市峽谷區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)航系統(tǒng)或者導(dǎo)航儀接收到的衛(wèi)星會(huì)少于5個(gè)，導(dǎo)致導(dǎo)航的失靈，無法快速求解或者延遲?，F(xiàn)在市場上微電機(jī)系統(tǒng)(micro-electro-mechanicalsystem，mems)作為新一代慣性導(dǎo)航進(jìn)展方式，成本低，能耗小，微型化，相對(duì)于傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航來說更加實(shí)用。mems壓力傳感器可以計(jì)算出帶有一定精度的高程維信息，能夠?yàn)橛脩籼峁?zhǔn)確的位置信息，增加定位的可靠性，但沒有實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星定位進(jìn)行緊密的耦合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，針對(duì)接收機(jī)面對(duì)5顆以下的衛(wèi)星定位時(shí)，本發(fā)明提供一種基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法及系統(tǒng)，利用mems壓力傳感器與四顆衛(wèi)星的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位有效的補(bǔ)充。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法，包括如下步驟：

導(dǎo)航儀利用衛(wèi)星廣播的星歷獲取四顆衛(wèi)星的衛(wèi)星瞬時(shí)地心坐標(biāo)；

基于地心坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)為求解目標(biāo)，利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立四顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程；基于mems壓力傳感器獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息，并基于高度信息建立高程信息約束方程；

基于偽距觀測方程和高程信息約束方程形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型，獲取導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)，通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)。

所述方法還包括：

判斷導(dǎo)航儀搜索衛(wèi)星的數(shù)量，當(dāng)判斷導(dǎo)航儀搜索的衛(wèi)星數(shù)量為四顆時(shí)，啟動(dòng)mems壓力傳感器獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息。

所述基于mems壓力傳感器獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息還包括：

對(duì)所述高度信息進(jìn)行質(zhì)量分析，判斷所述質(zhì)量分析是否達(dá)標(biāo)，若所述質(zhì)量分析不達(dá)標(biāo)，則繼續(xù)獲取高度信息或者停止基于所述高度信息建立高程信息約束方程；在判斷所述質(zhì)量分析達(dá)標(biāo)以后，基于所述高度信息建立高程信息約束方程。

所述方法還包括：

判斷導(dǎo)航儀搜索衛(wèi)星的數(shù)量，當(dāng)判斷導(dǎo)航儀搜索的衛(wèi)星數(shù)量為四顆時(shí)，啟動(dòng)數(shù)字羅盤獲取基于大地坐標(biāo)下的平面方位信息。

所述方法還包括：

將高度信息和平面方位信息進(jìn)行質(zhì)量比對(duì)，若高度信息優(yōu)于平面方位信息，則基于高度信息建立高程信息約束方程；若平面方位信息優(yōu)于高度信息，則基于平面方位信息建立平面信息約束方程，基于偽距觀測方程和平面信息約束方程形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型，獲取導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)，并通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)；

或者在高度信息進(jìn)行質(zhì)量分析不達(dá)標(biāo)之后，基于平面方位信息建立平面信息約束方程，基于偽距觀測方程和平面信息約束方程形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型，獲取導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)，并通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)。

所述獲取導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)，通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)包括：

基于所述大地坐標(biāo)求解模型通過卡爾曼濾波得出導(dǎo)航定位在大地坐標(biāo)系下的pvt解，并通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)；

通過殘差及中誤差進(jìn)行定位質(zhì)量分析，在定位質(zhì)量分析合格之后輸出定位結(jié)果。

相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于meme壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的系統(tǒng)，包括：

星歷模塊，用于獲取四顆衛(wèi)星的衛(wèi)星瞬時(shí)地心坐標(biāo)；

偽距觀測模塊，用于基于地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以導(dǎo)航儀大地坐標(biāo)為求解目標(biāo)，利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立四顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程；

mems壓力傳感器，用于獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息；

高程信息約束模塊，用于基于高度信息建立高程信息約束方程；

定位求解模塊，用于基于偽距觀測方程和高程信息約束方程形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型，獲取導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)，通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)。

所述系統(tǒng)還包括：

衛(wèi)星數(shù)量判斷模塊，用于判斷導(dǎo)航儀搜索衛(wèi)星的數(shù)量；

觸發(fā)模塊，用于在衛(wèi)星數(shù)量判斷模塊判斷導(dǎo)航儀搜索的衛(wèi)星數(shù)量為四顆時(shí)，觸發(fā)mems壓力傳感器獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息。

所述系統(tǒng)還包括：

高度信息質(zhì)量分析模塊，用于對(duì)所述高度信息進(jìn)行質(zhì)量分析，判斷所述質(zhì)量分析是否達(dá)標(biāo)，若所述質(zhì)量分析不達(dá)標(biāo)，則繼續(xù)獲取高度信息或者停止高程信息約束模塊基于所述高度信息建立高程信息約束方程；在判斷所述質(zhì)量分析達(dá)標(biāo)以后，高程信息約束模塊基于所述高度信息建立高程信息約束方程。

所述定位求解模塊包括：

卡爾曼濾波單元，用于基于所述大地坐標(biāo)求解模型通過卡爾曼濾波求解；

pvt解單元，基于卡爾曼濾波求解得出導(dǎo)航定位在大地坐標(biāo)系下的pvt解，并通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀地心坐標(biāo)系下的pvt解；

定位質(zhì)量分析單元，用于通過殘差及中誤差進(jìn)行定位質(zhì)量分析；

定位輸出單元，用于在定位質(zhì)量分析合格之后輸出定位結(jié)果。

采用上面的方案后，本發(fā)明的有益效果包括：

mems作為新一代慣性導(dǎo)航進(jìn)展方式，相比于傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航器件來說成本低，能耗小，微型化，本方法利用mems壓力傳感器結(jié)合衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，使定位更為準(zhǔn)確，同時(shí)成本低，方便民用，現(xiàn)在大多數(shù)導(dǎo)航儀如智能手機(jī)都有mems器件，大大增加了本方法可行性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在衛(wèi)星信號(hào)差或者僅有4個(gè)衛(wèi)星時(shí)的協(xié)同定位功能。

傳統(tǒng)上衛(wèi)星定位與高度都是分開求解的，國內(nèi)很少把mems壓力傳感器與衛(wèi)星定位耦合起來求解，國外同樣是很少把二者結(jié)合起來進(jìn)行衛(wèi)星定位求解。本發(fā)明把mems壓力傳感器、數(shù)字羅盤與衛(wèi)星導(dǎo)航模型結(jié)合起來形成一種緊湊的技術(shù)方案，可以解決城市峽谷、樹林等遮擋比較嚴(yán)重區(qū)域的定位求解難題。

本方法確立mems、數(shù)字羅盤、gnss的集成定位模式，是技術(shù)上的一個(gè)獨(dú)特思考，根據(jù)不同的定位條件，構(gòu)建出基于mems壓力傳感器的集成gnss衛(wèi)星定位體系，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)不正常只能接收到4顆衛(wèi)星的情況下，提供協(xié)同工作模式進(jìn)行衛(wèi)星定位求解，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)正常時(shí)正常求解，靈活性強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同類型的定位區(qū)域。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法第二流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的定位求解模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明所涉及的基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法主要通過如下實(shí)現(xiàn)：導(dǎo)航儀利用衛(wèi)星廣播的星歷獲取四顆衛(wèi)星的衛(wèi)星瞬時(shí)地心坐標(biāo)，基于地心坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)為求解目標(biāo)，利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立四顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程；基于mems壓力傳感器獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息，并基于高度信息建立高程信息約束方程；基于偽距觀測方程和高程信息約束方程形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型，獲取導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)，通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)。

具體的，圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中的基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法第一流程圖，包括如下步驟：

s101、導(dǎo)航儀接收衛(wèi)星信號(hào)；

在完整實(shí)施情況下，導(dǎo)航儀可攜帶有mems壓力傳感器來協(xié)同定位，該協(xié)同定位一般是在導(dǎo)航儀搜到的衛(wèi)星數(shù)量為4時(shí)才開始啟動(dòng)。

s102、基于衛(wèi)星信號(hào)判斷衛(wèi)星數(shù)量；

s103、是否大于4，若大于4則進(jìn)入到s107，若等于4則進(jìn)入到s104和s105；

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中可以實(shí)現(xiàn)四顆衛(wèi)星與mems壓力傳感器間的協(xié)同定位功能，只需要滿足四顆衛(wèi)星數(shù)量就可以實(shí)現(xiàn)，若搜索過程中，存在4顆以上的衛(wèi)星，也可以只需要取4個(gè)衛(wèi)星數(shù)量的信號(hào)來基于mems壓力傳感器實(shí)現(xiàn)協(xié)同定位。這里為了實(shí)現(xiàn)原有情況下，一般在搜索到大于4顆衛(wèi)星的情況下，還是參照原有的衛(wèi)星定位來實(shí)現(xiàn)，即通過建立多個(gè)衛(wèi)星相對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程來實(shí)現(xiàn)最終衛(wèi)星導(dǎo)航定位結(jié)果的輸出。

需要說明的是，步驟s104和步驟s105可以是同時(shí)進(jìn)行，也可以具有先后步驟，也可以是在四顆衛(wèi)星條件下觸發(fā)啟動(dòng)。

s104、基于4顆衛(wèi)星數(shù)量建立偽距觀測方程；

當(dāng)導(dǎo)航儀搜索到4顆衛(wèi)星數(shù)的時(shí)候，首先利用衛(wèi)星廣播的星歷，計(jì)算出第i顆衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置坐標(biāo)(xi，yi，zi)(i≤4)；接著利用衛(wèi)星的偽距觀測量ρ建立觀測方程如下式(2)。因?yàn)榻邮諜C(jī)存在鐘差，因而把接收機(jī)鐘差作為未知參數(shù)與接收機(jī)位置坐標(biāo)(x，y，z)一起求解。

其中，i≤4，(xi、yi、zi)為由衛(wèi)星星歷求得的衛(wèi)星瞬時(shí)地心坐標(biāo)，(x、y、z)為待求接收機(jī)的地心坐標(biāo)，c為光速，tr、分別為接收機(jī)時(shí)鐘與衛(wèi)星時(shí)鐘的誤差，vion為電離層延遲改正數(shù)，vtrop為對(duì)流層延遲改正數(shù)。

根據(jù)地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系來建立，假定ρ已經(jīng)經(jīng)過對(duì)流層、電離層和衛(wèi)星時(shí)鐘改正，利用接收機(jī)近似坐標(biāo)(x0，y0，z0)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)(b0，l0，h0)，四顆衛(wèi)星的觀測方程經(jīng)線性化后，可以得到以下矩陣方程：

其中，a為偽距觀測方程系數(shù)矩陣，k1為常數(shù)矩陣，通過觀測方程的線性化可得；δb、δl、δh是接收機(jī)近似大地坐標(biāo)(b0，l0，h0)的改正數(shù)，得到接收機(jī)位置坐標(biāo)(b，l，h)＝(b0+δb，l0+δl，h0+δh)；tr為接收機(jī)鐘差。

以上步驟，基于地心坐標(biāo)坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)為求解目標(biāo)，利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立四顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程。

s105、基于mems壓力傳感器獲取高度信息；

gnss衛(wèi)星定位的實(shí)質(zhì)是根據(jù)接收機(jī)與其所觀測到的衛(wèi)星之間的距離和所觀測衛(wèi)星的空間位置來求取接收機(jī)的空間位置。因?yàn)閙ems壓力傳感器測出的高度為大約一米的分辨精度，而利用偽距測量的定位方法精度同樣為米級(jí)或亞米級(jí)，如果利用載波相位測量定位方法，則可以達(dá)到厘米級(jí)的精度，本技術(shù)方案闡述mems壓力傳感器與偽距測量協(xié)同定位方法的原理。

利用mems壓力傳感器提取高度。mems壓力傳感器在導(dǎo)航儀中，可以根據(jù)大氣壓與海拔高度的關(guān)系公式，計(jì)算海拔高度，為衛(wèi)星定位求解提供一個(gè)高精度的高度信息。大氣壓與海拔高度的一般關(guān)系公式可以表示為：

p＝p0*(1-altitude/44330)^5.255(4)

其中p0是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，等于1013.25mbar；altitude是以米為單位的海拔高度。p是在某一高度的以mbar為單位的氣壓，p可通過導(dǎo)航儀如智能手機(jī)中的數(shù)字氣壓計(jì)讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施過程中，還涉及到對(duì)高度信息進(jìn)行質(zhì)量分析，判斷該質(zhì)量分析是否達(dá)標(biāo)，若質(zhì)量分析不達(dá)標(biāo)，則繼續(xù)獲取高度信息或者停止基于高度信息建立高程信息約束方程；只有在判斷質(zhì)量分析達(dá)標(biāo)以后，才基于該高度信息建立高程信息約束方程，進(jìn)入s106。

s106、基于高度信息建立高程信息約束方程；

在基于s105獲得高度h之后，形成高程信息約束方程(5)：

c*δh+k2＝0(對(duì)應(yīng)的權(quán)陣為p2)(5)

需要說明的是，c為高程信息約束方程的系數(shù)矩陣，基于偽距觀測方程(3)和高程信息約束方程(5)形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型(6)，從而可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)求解，即后續(xù)可以通過卡爾曼濾波即可得出導(dǎo)航定位pvt解，即直接進(jìn)入s108實(shí)現(xiàn)。

s107、基于衛(wèi)星數(shù)量建立偽距觀測方程；

需要說明的是，該衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到5顆以上時(shí)，至少可以建立5個(gè)相關(guān)的偽距觀測方程，因此其可以求解出相應(yīng)的四個(gè)未知數(shù)，不需要借助于mems來實(shí)現(xiàn)協(xié)同定位功能。

s108、卡爾曼濾波求解；

s109、pvt解算,并通過地心坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)；

s110、導(dǎo)航定位質(zhì)量分析，若質(zhì)量分析不合格，則進(jìn)入到s103，若質(zhì)量合格則進(jìn)入到s111；

s111、輸出導(dǎo)航結(jié)果。

步驟s108至s111中衛(wèi)星定位實(shí)現(xiàn)解算的原理過程，基于mems壓力傳感器實(shí)現(xiàn)過程中，首先基于大地坐標(biāo)求解模型通過卡爾曼濾波得出導(dǎo)航定位在大地坐標(biāo)系下的pvt解，并通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)；通過殘差及中誤差進(jìn)行定位質(zhì)量分析，在定位質(zhì)量分析合格之后輸出定位結(jié)果。而傳統(tǒng)的方式基于多個(gè)偽距觀測方程來直接求得地心坐標(biāo)，通過卡爾曼濾波得出導(dǎo)航定位的pvt解；以及通過殘差及中誤差進(jìn)行定位質(zhì)量分析，在定位質(zhì)量分析合格之后輸出定位結(jié)果，這里不再贅述。

具體的，圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中的基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法第二流程圖，包括如下步驟：

本發(fā)明實(shí)施例子是在導(dǎo)航儀只需要四顆衛(wèi)星條件下實(shí)現(xiàn)，在獲取到四顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)之后，開始整個(gè)過程；

s201、導(dǎo)航儀利用衛(wèi)星廣播的星歷獲取四顆衛(wèi)星的衛(wèi)星瞬時(shí)地心坐標(biāo)；

s202、利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立四顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程；

具體實(shí)施過程中，結(jié)合地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)為求解目標(biāo)，利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立四顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程，其整個(gè)偽距觀測方程和觀測方程線性化如式(2)和(3)，這里不再贅述。

s203、基于mems壓力傳感器獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息；s204、數(shù)字羅盤獲取基于大地坐標(biāo)下的平面方位信息；

需要說明的是，在四顆衛(wèi)星條件下，可以啟動(dòng)mems來協(xié)同定位，也可以啟動(dòng)數(shù)字羅盤來協(xié)同定位。在導(dǎo)航儀搜索到衛(wèi)星數(shù)量為4顆時(shí)，可以先啟動(dòng)一個(gè)來協(xié)同定位，比如先啟動(dòng)mems壓力傳感器來獲取高度信息，可以對(duì)高度信息進(jìn)行質(zhì)量分析，若質(zhì)量分析不達(dá)標(biāo)，則啟動(dòng)數(shù)字羅盤獲取平面方位信息；也可以先啟動(dòng)數(shù)字羅盤來獲取平面方位信息，對(duì)平面方位信息進(jìn)行質(zhì)量分析，若質(zhì)量分析不達(dá)標(biāo)，則啟動(dòng)mems壓力傳感器來獲取高度信息。通過這種質(zhì)量分析，選擇其中質(zhì)量優(yōu)的數(shù)據(jù)建立約束方程。

圖2中實(shí)現(xiàn)過程可以是，在四顆星定位情況下，啟動(dòng)了mems壓力傳感器和數(shù)字羅盤來各自獲取數(shù)據(jù)，然后采用高度信息與方位信息進(jìn)行質(zhì)量對(duì)比，即實(shí)現(xiàn)s205判斷過程。

s205、判斷高程信息是否優(yōu)于平面信息，若高程信息優(yōu)于平面信息則進(jìn)入s206，若平面信息優(yōu)于高程信息則進(jìn)入s207；

s206、基于高度信息建立高程信息約束方程；

該步驟s206是在高程信息優(yōu)于平面信息情況下建立的，這里基于高度信息建立高程信息約束方程可以詳細(xì)參閱s105和s106內(nèi)容，這里不再贅述。

s207、基于平面方位信息建立平面信息約束方程；

該步驟s207是在平面信息優(yōu)于高程信息情況下建立的，當(dāng)平面方位信息優(yōu)于高程信息時(shí)，運(yùn)用數(shù)字羅盤提取平面方位信息，根據(jù)平面方位信息與大地經(jīng)緯度b和l等之間的關(guān)系，可建立平面信息約束方程(7)如下：

其中：d為平面信息約束條件方程對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣，k3為常數(shù)矩陣。

s208、求解衛(wèi)星接收機(jī)的地心坐標(biāo)。

基于偽距觀測方程(3)和平面信息約束方程(7)形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型(8)，從而可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)求解，即后續(xù)可以通過卡爾曼濾波即可得出導(dǎo)航定位pvt解，即直接進(jìn)入s108實(shí)現(xiàn)。

由此可見，針對(duì)四顆星的過程，該方案可以采用mems壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)協(xié)同，也可以采用數(shù)字羅盤來實(shí)現(xiàn)協(xié)同。

在高程信息數(shù)據(jù)更優(yōu)的情況下，采用高程信息約束方程所建立的大地坐標(biāo)求解模型先求解出導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)；在平面信息數(shù)據(jù)更優(yōu)的情況下，采用平面信息約束方程與所建立的大地坐標(biāo)求解模型先求解出導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)。

通過卡爾曼濾波即可得出導(dǎo)航定位pvt解，然后通過殘差及中誤差等進(jìn)行質(zhì)量分析，基于此過程中，基于大地坐標(biāo)求解模型通過卡爾曼濾波得出導(dǎo)航定位在大地坐標(biāo)系下的pvt解，并通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)。當(dāng)質(zhì)量分析不合格時(shí)需要重新運(yùn)用上述數(shù)學(xué)模型再次求解，直到質(zhì)量分析合格之后輸出定位結(jié)果。所以在只觀測到4顆衛(wèi)星的情況下，運(yùn)用本方法同樣能完成衛(wèi)星定位求解，解決城市峽谷、樹林等遮擋比較嚴(yán)重區(qū)域的導(dǎo)航困境。

相應(yīng)的，圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例中的基于meme壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)一般位于衛(wèi)星導(dǎo)航儀器或者具有導(dǎo)航功能的設(shè)備上，該系統(tǒng)包括：

星歷模塊，用于獲取四顆衛(wèi)星的衛(wèi)星瞬時(shí)地心坐標(biāo)；

偽距觀測模塊，用于基于地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以導(dǎo)航儀大地坐標(biāo)為求解目標(biāo)，利用衛(wèi)星的偽距觀測量建立四顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的偽距觀測方程；

mems壓力傳感器，用于獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息；

高程信息約束模塊，用于基于高度信息建立高程信息約束方程；

定位求解模塊，用于基于偽距觀測方程和高程信息約束方程形成導(dǎo)航儀當(dāng)前的大地坐標(biāo)求解模型，獲取導(dǎo)航儀的大地坐標(biāo)，通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀的地心坐標(biāo)。

相應(yīng)的，該系統(tǒng)還包括：

衛(wèi)星數(shù)量判斷模塊，用于判斷導(dǎo)航儀搜索衛(wèi)星的數(shù)量；

觸發(fā)模塊，用于在衛(wèi)星數(shù)量判斷模塊判斷導(dǎo)航儀搜索的衛(wèi)星數(shù)量為四顆時(shí)，觸發(fā)mems壓力傳感器獲取基于大地坐標(biāo)下的高度信息。

相應(yīng)的，該系統(tǒng)還包括：

高度信息質(zhì)量分析模塊，用于對(duì)所述高度信息進(jìn)行質(zhì)量分析，判斷所述質(zhì)量分析是否達(dá)標(biāo)，若所述質(zhì)量分析不達(dá)標(biāo)，則繼續(xù)獲取高度信息或者停止高程信息約束模塊基于所述高度信息建立高程信息約束方程；在判斷所述質(zhì)量分析達(dá)標(biāo)以后，高程信息約束模塊基于所述高度信息建立高程信息約束方程。

相應(yīng)的，圖4示出了定位求解模塊結(jié)構(gòu)示意圖，該定位求解模塊包括：

卡爾曼濾波單元，用于基于所述大地坐標(biāo)求解模型通過卡爾曼濾波求解；

pvt解單元，基于卡爾曼濾波求解得出導(dǎo)航定位大地坐標(biāo)系下的pvt解，并通過地心坐標(biāo)和大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得導(dǎo)航儀地心坐標(biāo)系下的pvt解；

定位質(zhì)量分析單元，用于通過殘差及中誤差進(jìn)行定位質(zhì)量分析；

定位輸出單元，用于在定位質(zhì)量分析合格之后輸出定位結(jié)果。

以上各模塊實(shí)現(xiàn)過程內(nèi)容，其整個(gè)內(nèi)容與圖1至圖2中的內(nèi)容方法一致，這里不再贅述。

采用上面的方案后，本發(fā)明的有益效果包括：

mems作為新一代慣性導(dǎo)航進(jìn)展方式，相比于傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航器件來說成本低，能耗小，微型化，本方法利用mems壓力傳感器結(jié)合衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，使定位更為準(zhǔn)確，同時(shí)成本低，方便民用，現(xiàn)在大多數(shù)導(dǎo)航儀如智能手機(jī)都有mems器件，大大增加了本方法可行性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在衛(wèi)星信號(hào)差或者僅有4個(gè)衛(wèi)星時(shí)的協(xié)同定位功能。

傳統(tǒng)上衛(wèi)星定位與高度都是分開求解的，國內(nèi)很少把mems壓力傳感器與衛(wèi)星定位耦合起來求解，國外同樣是很少把二者結(jié)合起來進(jìn)行衛(wèi)星定位求解。本發(fā)明把mems壓力傳感器、數(shù)字羅盤與衛(wèi)星導(dǎo)航模型結(jié)合起來形成一種緊湊的技術(shù)方案，可以解決城市峽谷、樹林等遮擋比較嚴(yán)重區(qū)域的定位求解難題。

本方法確立mems、數(shù)字羅盤、gnss的集成定位模式，是技術(shù)上的一個(gè)獨(dú)特思考，根據(jù)不同的定位條件，構(gòu)建出基于mems壓力傳感器的集成gnss衛(wèi)星定位體系，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)不正常只能接收到4顆衛(wèi)星的情況下，提供協(xié)同工作模式進(jìn)行衛(wèi)星定位求解，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)正常時(shí)正常求解，靈活性強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同類型的定位區(qū)域。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括：只讀存儲(chǔ)器(rom，readonlymemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram，randomaccessmemory)、flash、磁盤或光盤等。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于mems壓力傳感器協(xié)同衛(wèi)星定位的方法及系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。