1.一种基于UWB辅助导航卫星进行载体快速精密导航定位方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1:在GNSS接收机信号失锁区域,利用移动载体上UWB传感器对卫星信号失锁区域进行位置定位,并将UWB传感器的定位信息归算到GNSS接收机的天线处;
步骤S2:利用UWB维持的位置信息与GNSS信号中断前的对流层湿延迟信息作为约束条件,估算GNSS信号第n历元重新捕获时GNSS接收机的钟差与载波相位模糊度;
步骤S3:将信号重新捕获时估算的GNSS接收机的钟差和载波相位模糊度作为n+1历元处的卡尔曼滤波预测值,n+1历元记为重新捕获信号后下一秒的观测值,结合随机模型,实现GNSS精密单点定位技术在导航定位场景中位置信息的瞬时收敛;
所述步骤S1具体为:
S11:根据GNSS接收机和UWB传感器在移动载体上的相对位置,统一GNSS接收机和UWB传感器的空间位置关系,利用几何法将UWB传感器的定位信息归算到GNSS接收机的天线处;
S12:对GNSS接收机和UWB传感器的时间进行解码换算,进行时间的统一;
所述步骤S2中计算具体为:
S21:建立观测方程,计算信号中断前的天顶湿延迟δzwd和GNSS接收机的位置信息[x,y,z]T
X=[δzwd x y z τ N1 N2…Nk] #(3)其中,为GNSS无电离层组合观测值,B为观测方程系数矩阵,X精密单点定位的待估参数,ρ为站‑星几何距,Th为每颗卫星在斜视路径上的大气干延迟所形成的列向量, 为第k颗卫星的天顶湿延迟到站‑星斜距湿延迟的映射函数,[α β γ]表示各卫星分别在地心地固坐标系下三个坐标轴方向的偏微分系数;c为光在真空中的速度;τ表示GNSS接收机的钟差,δzwd表示天顶湿延迟,[N1 N2…Nk]表示k个载波相位模糊度;
S22:根据位置、先验天顶湿延迟建立信号重新捕获后的观测模型k k
其中,ρ为信号重新捕获时第k颗卫星与移动载体之间上UWB传感器之间的距离,T为第k颗卫星在站星斜路径方向上的对流层延迟,包括湿延迟 与干延迟 [·]n表示在n历元处的物理参数;
附有位置、天顶湿延迟约束条件的接收机钟差和模糊度随机模型为其中,H为附有位置、天顶湿延迟约束条件观测模型系数矩阵; 表示接收机钟差与模糊度向量的初始方差协方差矩阵,其方差量等于m历元处对应的估值, 表示接收机钟差的方差, 表示模糊度向的方差矩阵,即:[στ]n=[στ]m,[σN]n=[σN]m; 表示附有位置、天顶湿延迟的接收机钟差与模糊度向量的方差协方差矩阵;m表示GNSS信号丢失前最后一个历元。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB辅助导航卫星进行载体快速精密导航定位方法,其特征在于:所述步骤S3具体为:S31:通过建立的运动方程预报n+1历元处状态向量与其方差协方差矩阵的预测值,X(n+1|n)=Φ·X(n|n) #(6)T
Q(n+1|n)=Φ·Q(n|n)·Φ+Qw,n #(7)其中,X(n+1|n)为历元n+1处状态量预测值;Φ为运动方程系数矩阵,X(n|n)为n历元处状态向量 包含UWB传感器的位置、GNSS卫星中断前的天顶湿延迟δzwd以及步骤S22中估算的接收机钟差τ与模糊度向量N,Q(n+1|n)为历元n+1处方差协方差矩阵预测值;Qw,n为运动模型输入噪声向量协方差矩阵,Q(n|n)为n历元处状态量的方差协方差矩阵,包括GNSS接收机中位置与天顶湿延迟的初始方差,以及步骤S22中接收机钟差τ与模糊度向量的方差协方差矩阵 表示n历元处位置的初始方差矩阵;
S32:利用状态量和其方差协方差矩阵的预测值以及n+1历元处的GNSS观测值,更新状态量以及其方差协方差矩阵,卡尔曼滤波增益矩阵:
T ‑1
K(n+1)=Q(n+1|n)·Φ·(Φ·Q(n+1|n)·Φ+Qw,n) #(9)求解n+1历元处的状态量
新状态量的方差协方差矩阵为:
Q(n+1|n+1)=(I‑K(n+1)·Φ)·Q(n+1|n)#(11)当n+1历元处状态量的方差协方差矩阵完成更新后,标志着一个历元完整的卡尔曼滤波过程;令n=n+1,回到公式(6)进行下一个历元的卡尔曼滤波过程。