专利名称：基于道路数据库的卫星导航定位方法
技术领域：
本发明涉及道路用户的卫星导航定位技术，主要是利用道路数据库的先验信息减少卫星的必要个数，从而实现较少的卫星数来实现道路用户的定位导航。
背景技术：
随着交通运输业的发展，公路、铁路和水路在国民经济和国防建设中的地位越来越重要，因此实现道路用户的实时定位与导航具有重要的经济和军事价值。卫星导航定位技术是当今世界最重要的高新技术之一，其基本原理是利用不同轨道4颗卫星的伪距观测量来确定用户的三维空间坐标和时间，从而实现用户的自主(俗称无源)定位定时(4个观测量求解4个待定参数)。现在被广泛应用的GPS就是这样的一个系统。
GPS是美国军方为实现全球导航定位而建立一个卫星导航定位系统。由于经济和军事上的重要性，GPS系统一直受美国军方的控制。该系统可以根据美军的需要在特定地区、特定时间对定位定时精度实施控制，甚至关闭导航信号。为了分享定位导航领域的巨大经济利益，并在军事上摆脱美国的控制，俄罗斯正进一步完善自己建立的GLONASS系统，欧洲也在着手建立自己的GALILIEO系统。
然而，建立一个全球的卫星导航定位系统需要数百亿美元的费用，因此只有少数发达国家有能力实现这一目标。因此，若能用较少的卫星数实现用户的导航定位，对于发展中国家具有重要的现实意义。我国建立的“北斗一号”是一个应答式二维区域卫星导航定位系统，其基本原理是地面控制中心向两颗地球同步卫星发射导航信号并由卫星转发，用户接收到信号后发出定位请求并经卫星传回控制中心，控制中心根据测得的信号往返时间、卫星位置和用户高程计算出用户的空间坐标(两个观测量解算经纬度两个坐标参数)，然后经卫星通知用户。

发明内容
本发明的目的是利用道路可近似为一条空间曲线的物理属性，在卫星个数较少的情况下实现道路用户的导航定位，即(1)利用1颗地球同步卫星实现道路用户应答式导航定位；(2)利用2颗地球同步卫星实现道路用户的非询问(自主，无源)式导航定位。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案(1)将道路视为一条三维空间曲线，利用GPS或其他手段进行道路定位测量，并将沿道路的采样点坐标建成道路网数据库；(2)在道路用户的实时卫星导航定位过程中，将用户看成三维空间曲线上的一点。
由于三维空间曲线只有一个仿射参数，因此利用先验的道路数据库可将确定用户三维空间坐标的问题变化为单参数求解。即只要测得一颗卫星到用户的距离就可以根据卫星坐标和道路数据库解算用户的坐标。对于应答式导航定位，控制中心可以直接测得卫星至用户的距离，而对于用户自主定位，由于用户钟与中心钟(或卫星钟)之间存在钟差，必须观测两颗卫星的伪距，才能解算用户的位置和钟差(两个观测量定两个参数)。


图1是本发明道路用户卫星导航定位方法的原理示意图。
具体实施例方式
参见图1，图中曲线表示三维空间中的一条道路，大圆表示以卫星为球心、以用户到卫星的距离为半径的空间球面，该球面与道路曲线相交的点是用户位置。由于道路(公路或铁路)可以视为一条3维空间曲线，只有一个自由度，因此只要测定用户到一颗卫星的距离，就可以由卫星的坐标求出用户的坐标。图中道路为一条三维空间曲线，以卫星为球心，用户到卫星的距离为半径可以形成一个空间球面，该球面必然与道路曲线相交于一点，此点即为用户位置。
具体来说，本发明是这样实现的，即(1)利用道路数据库和1颗地球同步卫星进行道路用户应答式导航定位地面控制中心向卫星发射测距信号经卫星向外发播，用户收发机收到后信号后发射定位请求信号经卫星传回地面控制中心，控制中心根据测得的信号往返时间和卫星位置，利用事先建立的道路网络数据库求解用户的位置坐标，并经卫星通知用户。
(2)利用道路数据库和2颗地球同步卫星进行道路用户的非询问(自主，无源)式导航定位地面控制中心同时向2颗卫星发射测距信号和导航电文(主要为卫星坐标)经卫星向外发播，用户接收机测出信号到达时的本地钟面时和信号标称时间之间的差值(通常称为卫星的伪距)，根据两个伪距观测值和由导航电文给出的卫星位置，并利用接收机所携带的道路网络数据库，自主解算自己的位置坐标和钟差。
本方法也可以直接由卫星生成测距信号和导航电文，前提是卫星钟之间必须保持同步(钟差已知)。
权利要求
1.一种基于道路数据库的卫星导航定位方法，其特征在于，在卫星导航定位过程中将道路数据库作为先验信息用于用户的位置坐标解算，利用道路数据库减少卫星导航定位中的待定参数，在定位解算过程中，将道路视为一条三维空间曲线，并将道路用户视为空间曲线上的一点，利用事先建立的道路网络数据库作为先验信息参与用户坐标的定位结算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用道路数据库和1颗地球同步卫星进行道路用户应答式导航定位，其中地面控制中心向卫星发射测距信号经卫星向外发播，用户收发机收到后信号后发射定位请求信号经卫星传回地面控制中心，控制中心根据测得的信号往返时间和卫星位置，利用事先建立的道路网络数据库求解用户的位置坐标，并经卫星通知用户。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用道路数据库和2颗地球同步卫星进行道路用户的非询问式导航定位，其中地面控制中心同时向2颗卫星发射测距信号和导航电文经卫星向外发播，用户接收机测出信号到达时的本地钟面时和信号标称时间之间的差值，根据两个伪距观测值和由导航电文给出的卫星位置，并利用接收机所携带的道路网络数据库，自主解算自己的位置坐标和钟差。
全文摘要
本发明涉及卫星导航定位技术领域。通过将道路用户看成三维空间曲线上的一个点，利用道路数据库将卫星导航定位中通常要进行的用户三维空间坐标解算变化为单参数求解，从而有效减少了卫星的必要个数。因此，利用1颗同步卫星就能够实现道路用户的应答式导航定位，利用两颗同步卫星就能实现用户的自主(无源)定位和定时。
文档编号G01C21/26GK1536332SQ0310981
公开日2004年10月13日 申请日期2003年4月11日 优先权日2003年4月11日
发明者韩春好, 周建华, 刘利, 赵耀升, 贾长江 申请人:韩春好