基于道路的双星定位研究
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摘要
本文系统地讨论了基于道路的双星定位理论与方法。
双星定位系统是我国自行设计的区域卫星导航定位系统。因为该
系统只有两个观测量，所以要实现三维定位必须辅以其他技术手段。
在采用数字高程模型（DEM）进行定位时，高程误差是限制系统定
位精度的主要因素之一。该误差即使采用差分方法也难以消除，因
此，研究消弱高程误差的影响以提高系统的定位精度具有重要意义。
针对双星定位的这一弱点，本文提出了一种基于道路的双星定位
方法，即：对于道路上的用户，采用高精度的道路网数据库代替原
有的DEM来对用户进行强制约束，从而有效提高用户定位精度的定
位方法。本文首先详细讨论了该方法在不同精度要求下的两种解算
方法——级数解法和松弛解法；接着分析了该方法中的几种主要误
差源，讨论了它们对定位结果的影响特点；然后根据系统和方法对
道路数据的要求，讨论和设计了道路网数据库；最后在详细讨论一
些具体问题处理方法的基础上，利用VC++与MapInfo的集成，开发
了相应的定位软件。
理论分析和模拟计算表明方法是有效可行的。
The theory and method of the geostationary satellite positioning based on road
are systematically discussed.
The geostationary satellite positioning system of China is a region sateIlite
navegation system. If the Digital Elevation Model-DEM is used to determine the
user's position, the height error will be one of the biggest factors that decrease the
positioning accuracy and it will be never eliminated by using difference methods.
Therefore, it is very significant to study the ways of eliminating the height error.
A method of the geostationary sate1lite positioning based on road is presented
and two positioning ways, series method and lax method, are discussed in more
details. Instead of the DEM, the accurate information of the spatial road, on which
is the usef, is used in the very positioning method. So the 3D-positioning problem
becomes one parameter calculation. Following that, the positioning accuracy is
discussed and the error analysis is also given in several cases, i.e. different road
parameters and user positions. Then a vector road database is designed at the
request of the system and the method. ln the end, some concrete prob1ems are
discussed and a set of software through integrating MaPInfo with VC is developed.
Theoretical ana1ysis and some numerical simulation are also given to show its
validity and feasibility
双星定位系统是我国自行设计的区域卫星导航定位系统。因为该
系统只有两个观测量，所以要实现三维定位必须辅以其他技术手段。
在采用数字高程模型（DEM）进行定位时，高程误差是限制系统定
位精度的主要因素之一。该误差即使采用差分方法也难以消除，因
此，研究消弱高程误差的影响以提高系统的定位精度具有重要意义。
针对双星定位的这一弱点，本文提出了一种基于道路的双星定位
方法，即：对于道路上的用户，采用高精度的道路网数据库代替原
有的DEM来对用户进行强制约束，从而有效提高用户定位精度的定
位方法。本文首先详细讨论了该方法在不同精度要求下的两种解算
方法——级数解法和松弛解法；接着分析了该方法中的几种主要误
差源，讨论了它们对定位结果的影响特点；然后根据系统和方法对
道路数据的要求，讨论和设计了道路网数据库；最后在详细讨论一
些具体问题处理方法的基础上，利用VC++与MapInfo的集成，开发
了相应的定位软件。
理论分析和模拟计算表明方法是有效可行的。
The theory and method of the geostationary satellite positioning based on road
are systematically discussed.
The geostationary satellite positioning system of China is a region sateIlite
navegation system. If the Digital Elevation Model-DEM is used to determine the
user's position, the height error will be one of the biggest factors that decrease the
positioning accuracy and it will be never eliminated by using difference methods.
Therefore, it is very significant to study the ways of eliminating the height error.
A method of the geostationary sate1lite positioning based on road is presented
and two positioning ways, series method and lax method, are discussed in more
details. Instead of the DEM, the accurate information of the spatial road, on which
is the usef, is used in the very positioning method. So the 3D-positioning problem
becomes one parameter calculation. Following that, the positioning accuracy is
discussed and the error analysis is also given in several cases, i.e. different road
parameters and user positions. Then a vector road database is designed at the
request of the system and the method. ln the end, some concrete prob1ems are
discussed and a set of software through integrating MaPInfo with VC is developed.
Theoretical ana1ysis and some numerical simulation are also given to show its
validity and feasibility
引文
[1]吴延忠、李贵琦．地球同步卫星定位．北京：解放军出版社，1992．10．
[2]杜兰．双星定位系统定位理论和精度分析(硕士论文)．郑州：解放军测绘学院，1996．5．
[3]刘利、杜兰、韩春好．基于道路的地球同步卫星定位方法．(已投测绘学报)．
[4]杜兰、韩春好．地球同步卫星定位原理及其解法．军事测绘，1998年第4期．
[5]程芦颖，王元明，地球同步卫星定位解算方法．测绘科技，1998．3：1-5．
[6]许其凤，GPS卫星导航与精密定位．北京：解放军出版社，1994．12．
[7]周忠谟．GPS卫星测量原理与应用(修订版)．北京；测绘出版社，1997．1．
[8]刘大杰．全球定位系统(GPS)的原理与数据处理．上海：同济大学出版社，1999．6．
[9]魏子卿．卫星导航的发展趋势和我国导航卫星系统．陈俊勇，大地测量学论文专集(祝贺陈永龄院士90寿辰)．北京：1999，27-35．
[10]刘经南等．广域差分GPS原理和方法．北京：测绘出版社，1999．1．
[11]黄维彬，近代平差理论及其应用．北京：解放军出版社，1992．7．
[12]朱华统，黄继文．椭球大地计算．北京：八一出版社，1993．8．
[13]朱长青．计算方法及其在测绘中的应用．北京：测绘出版社，1997．10．
[14]胡国荣、欧吉坤．改进的高动态GPS定位自适应卡尔曼滤波方法．测绘学报，1999，28-3：290-294．
[15]徐士良．C常用算法程序集(第二版)．北京：清华大学出版社，1996．11．
[16]沈建武．城市交通分析与道路设计．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998．2．
[17]赵亦林著，谭国真译．车辆定位与导航系统．北京：电子工业出版社，1999．4．
[18]何瑞栋．应用型GPS&GIS集成系统的基本框架及其设计讨论．导航，2000，1：79-85．
[19]陆涛．GPS／DR车辆导航系统工程实现．导航，2000，1：97-101．
[20]王文珊．GPS／DR组合定位系统中几个问题的处理．导航，2000，1：45-51．
[21]吴简彤．GPS／电子地图导航系统研究．导航，2000，1：7-12．
[22]张跃鹏．车辆卫星导航定位系统的矢量地理数据组织．解放军测绘研究所学报，20-2：19-23．
[23]王密．车载GPS导航系统中GPS定位与道路匹配方法研究．武汉：武汉测绘科技大学学报，25-3：248-251．
[24]李德仁．基于GPS与GIS集成的车辆导航系统设计与实现．武汉：武汉测绘科技大学学报，25-3：208-211．
[25]许谷声．建立适合于车载导航系统的电子地图．测绘通报，1999，4：14-16．
[26]张小国．道路信息系统中的轮廓搜索算法研究．导航，2000年第3期：37-42．
[27]宋小冬，叶嘉安．地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用．北京：科学出版社，2000．3．
[28]王东华，商瑶玲．国家基础地理信息系统全国1：25万数据库介绍．北京：国家测绘局国土测绘司，基础地理信息应用技术汇编，1999．10．
[29]李莉．1：5万数据库建库工程中一些技术问题探讨．北京：国家测绘局国土测绘司，基础地理信息应用技术汇编，1999．10．
[30]王小军．用GEOSTAR建立道路交通数据库的试验．测绘通报，2000，5：29-30．
[31]王晓东，陈宗敏，杜兴国．MapBasic程序设计．北京：电子工业出版社，2000．7．
[32]奚玲．用VC++处理MapInfo的转出文件．电脑开发与应用，2000，13-5：34-36．
[33]张超．地理信息系统实习教程．北京：高等教育出版社，2000．8．
[34]马传炎、黄大庆．单片机与 GPS-OEM 板通信的应用研究．导航，2000，1：102-107．
[35]陈建春．Visual C++开发GIS系统—开发实例剖析．北京：电子工业出版社，2000．9．
[36]韩春好．相对论框架中的时空度量．陈俊勇，大地测量学论文专集(祝贺陈永龄院士90寿辰)．北京：1999．
[37]朱守红．时间尺度算法(精密时钟综合算法)的研究．陕西天文台台刊，1999，22-2：81-88．
[38]李德河，王燕平．知识创新与我国时间服务体系建设讨论．陕西天文台台刊，1999，22-2：89-96．
[39]欧吉坤．GPS测量的中性大气折射改正的研究．测绘学报，1998，27-1：31-36．
[40]严豪健．映射函数对天文大气折射的改进．天文学报，1998，39-2：113-121．
[41]许才军，陈永奇，刘焱雄．确定卫星与接收机信号延迟偏差的新方法及其应用．测绘学报，1999，28-2：153-161．(英文)
[42] Richards R. T. GEOSTAR Positioning Analysis. IEEE, 1986: 13-19.
[43] Kimura K. Communication and Radio Determination System Using Two Geostationary Satellites Part Ⅱ: Analysis of Positioning Accuracy. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1996, 32-1: 314-324.
[44] Morikawa E. Communications and Radio Determination System Using Two Geostationary Satellites Part Ⅰ: System and Experiments[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1995, 31-2: 784-793.
[45] Morikawa E. Hybrid System of Communication and Positioning Determination Using Two Geostationary Satellites. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1991, 40-2: 212-215.
[46] Ito K. Differential Positioning Experiment Using Two Geostationary Satellites. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1999, 35-3:866-877.
[47] Tri T. Ha. Geostationary Satellite Navigation Systems. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1987, 23-2: 247-253．
[48] Greg Welch and Gary Bishop. An Introduction to the Kalman Filter.
[49] Wang J., Stewart M. P., Tsakiri M. Adaptive Kalman Filtering for Integration of GPS with GLONASS and INS.
[50] Van Haojian, Ping Jinsong. The Generator Function of the Tropospheric Refraction Corrections. The Astronomical Journal, 1995, 110-2: 934-939．
[51] Yan Haojian. A New Expression for Astronomical Refraction. The Astronomical Journal. 1996, 112-3: 1312-1316．
[52] Brunner F. K. An improved Model for the Dual Frequency Ionospheric Correction of GPS Observations. Manuscripta Geodaetica, 1991, 16: 205-214．
[53] Stone S . An Adaptive WADGPS Ionospheric Grid Model for the Auroral Region. ION GPS'99, 1999．
[54] Kee C. Development of Real-time SNUDGPS via Ionospheric and Tropospheric Corrections. ION GPS'99, 1999．
[2]杜兰．双星定位系统定位理论和精度分析(硕士论文)．郑州：解放军测绘学院，1996．5．
[3]刘利、杜兰、韩春好．基于道路的地球同步卫星定位方法．(已投测绘学报)．
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[45] Morikawa E. Hybrid System of Communication and Positioning Determination Using Two Geostationary Satellites. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1991, 40-2: 212-215.
[46] Ito K. Differential Positioning Experiment Using Two Geostationary Satellites. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1999, 35-3:866-877.
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[49] Wang J., Stewart M. P., Tsakiri M. Adaptive Kalman Filtering for Integration of GPS with GLONASS and INS.
[50] Van Haojian, Ping Jinsong. The Generator Function of the Tropospheric Refraction Corrections. The Astronomical Journal, 1995, 110-2: 934-939．
[51] Yan Haojian. A New Expression for Astronomical Refraction. The Astronomical Journal. 1996, 112-3: 1312-1316．
[52] Brunner F. K. An improved Model for the Dual Frequency Ionospheric Correction of GPS Observations. Manuscripta Geodaetica, 1991, 16: 205-214．
[53] Stone S . An Adaptive WADGPS Ionospheric Grid Model for the Auroral Region. ION GPS'99, 1999．
[54] Kee C. Development of Real-time SNUDGPS via Ionospheric and Tropospheric Corrections. ION GPS'99, 1999．
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