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一种新的卫星导航系统快速选星方法

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一种新的卫星导航系统快速选星方法陈灿辉,张晓林(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100191)摘 要: 从几何精度因子(GDOP)与星座几何布局的关系出发,提出了用于多星座卫星导航系统的快速选星方法)))几何布局选星法.该方法以满足定位要求为前提,按卫星在星座中均布为原则来进行选星.仿真结果表明,相对传统GDOP 选星法,计算量减少99%以上,而GDOP 满足要求,同时,选星数较少且简洁快速,有效满足了选星求解的实时性和精度要求.关键词: 卫星导航系统;选星;几何布局;几何精度因子;仿真中图分类号: TN96711 文献标识码: A 文章编号: 0372-2112(2010)12-2887-05A Fast Satellite Selection Approach for Satellite Navigation SystemC HEN Can -hui,ZHANG Xiao -lin(School o f Electronic and In formation Engine ering ,Be ihang U nive rsity ,Be ijing 100191,China)Abstract: Based on the analysis of relationship between the geometric dilution of precision (GDO P)and the geometry layout of cons tellation,a new fast satellite selection method,which is called geometry satellite s election approach (GSSA),is proposed for mult-i constellation satellite navigation system.The operation of satellite selection of the propo sed method is operated on the premise that the positioning requirement must be met and on the principle of u niform distribution of satellites.Simulation results show that the decrease in computation load of G SSA is more than 99%in contrast with the tradi tional optimal GDOP method,and the conste-llation GDOP obtained by GSS A can meet the demand of navigation and positioning.At the same ti me,the number of selecting sate-l lites also is little,and the s atellite selection is simple and rapid.And it is satisfied to the rea-l time capability and accuracy demand ofsatellite selection of satelli te navigation system.Key words: satelli te navigation system;satellite selection;geometry layou t;geometric dilution of precision (GDOP);si mula -tion1 引言目前,世界上已经存在的两大全球卫星导航系统是美国的GPS 和俄罗斯的GLO NASS,欧盟的伽利略(GALILEO)系统和中国的北斗二代系统(Bei Dou/Compass Na vigation Satellite syste m,简称为COMPASS)等正在积极筹建.不久的将来,这些系统将共同组成全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Syste m,简称为G NSS).到那时,全球导航卫星将有一百多颗,多卫星导航系统的组合导航势成必然.采用多星座卫星导航系统时,可见星将大幅增加,定位精度和系统可用性及可靠性均将大大提高,但同时,导航定位的运算量也随之成倍增长,加之工程上对用户接收机的处理器速度要求提高,特别是对高动态用户而言,为了保证实时处理的要求,对接收机处理器速度的要求就更是大大提高,因而大大加重了接收机的负担,使其成本上升.而实际上,不可能也不需要采用所有可见星来进行导航定位,只需要选出满足定位精度要求的少数卫星进行导航定位即可.因此,在多星座卫星导航定位系统中,选星便显得迫切而重要.在卫星导航定位系统中,影响定位精度的关键因素之一是几何精度因子(Ge ometric Dilution Of Precision,简称为GDOP).传统选星方法主要针对GDOP,有GDOP 或加权GDOP 选星.GD OP 或加权GD OP 越小,定位精度越高.传统选星方法虽然能找出在规定选星数目下具有最小GDOP 的卫星组合,但计算量大,实时性差,特别是对于多星座卫星导航系统而言,它几乎不可能做到实时选星.因此,多星座卫星选择问题就成了卫星导航系统研究中的一个难点.目前,针对卫星导航系统选星问题,出现了一系列为减少计算量而设计的方法[1~4],它们或是针对单星座收稿日期:2009-12-22;修回日期:2010-03-15基金项目:国防科工局航天民用专项;北京市重点学科基金资助项目(No.XK100070525)第12期2010年12月电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICA Vol.38 No.12Dec. 2010选星来设计,或是在可见星较多时计算量仍较大,或是最终选取的卫星数较多,这使得它们在多星座组合导航定位中进行动态实时选星时存在不足.本文从星座几何布局与GDOP 的关系出发,提出了一种新的、实时性和计算结果都较好的快速选星方法.2 星座几何布局与GDOP我们知道,对于由s 个星座组成的系统而言,为了满足定位求解的需要,至少要选取n(=3+s)颗可见星.而为了进行故障检测,至少需要选取n +1颗卫星,而为了排除故障,至少需要选取n +2颗可见星.星座几何精度因子GDOP 的计算式为[5]:GDOP=tr [(H TH )-1](1)其中,H 为设计矩阵,为m @n 维的,m 表示可见卫星数,tr 表示求矩阵之迹.卫星导航系统的精度一般可以表示为[5,6]:R p =GDOP #R UE RE(2)式中,R p 是定位精度的标准偏差,而R UE RE 是用户等效距离误差的标准偏差.由此可见,GDOP 值越小定位精度越高.因此,在定位求解时要尽量选取GDOP 较小的卫星组合.在单星座系统情形下4颗可见星时,GD OP 可表示为[7]:GD OP=tr [(H TH )-1]=tr [(H T H )*]+H +=A6V(3)其中A =tr [(H T H )*],V 表示由卫星到用户的单位矢量的端点所围成的四面体的体积.采用更多卫星定位的情况与此类似,只是公式较为复杂.由式(3)可得V 和GDOP 的关系,如图1所示.由图1可见,随着V 的增大,在总体趋势上GDOP 是减小的.特别是当V 增大到一定程度后,这种关系近似是单调的,因此,可认为当V 达到最大时GDOP 最小.对于单系统四颗卫星情形,由于正四面体的体积最大,可知一颗卫星在用户头顶,另外三颗星在用户与地面相切平面上的投影互隔120b ,卫星仰角等于接收机遮蔽角,此时所得星座是最佳的.对于多星情形,同样,当一颗卫星在用户头顶,其它卫星在星空视图中均匀分布时所获得的星座也应当是较优的.当然,还必须考虑到,卫星仰角越小,其传输误差越大,从而其对应的距离误差会增大.由式(2)可知,定位精度除与精度因子有关外,还与测距误差有关,因此,在选星中,我们不能只选取那些仰角与遮蔽角近似的卫星,而应均衡考虑精度因子与测距误差两方面的因素.基于此,我们就提出了一种以仰角分区为前提、以卫星在星空视图中均匀分布为原则的次优快速选星法,称之为/几何布局选星法0.3 几何布局选星法在卫星导航系统中,总是希望选择GDOP 最优的卫星星座.但以最优GDOP 为原则进行选星时,因其计算量太大,不能满足实时性要求.特别是在多星座组合导航情形下,可见卫星数N 很大,如果以最优GDOP 为原则从中选择m 颗卫星,则需进行C mN 次GDOP 求解,其计算量是巨大的,从而占用时间会很长,对实时用户而言,这是无法承受的.我们提出的/几何布局选星法0,是一种新的卫星导航系统快速选星方法,它以卫星仰角大小分区为前提、以卫星在星空视图中均匀分布为原则,以GD OP 为衡量基准进行选星.与传统选星方法不同的是,这里不以追求最优GDOP 为目标,而是将GDOP 作为设计要求设定其限制值,只要选择的星座GDOP 值不超出该限制值,就认为选择的星座满足导航定位要求,可以使用该星座进行导航定位;同时,为了有效减少过多冗余信息并在定位精度和导航运算量之间进行均衡处理,在该方法中,我们还将最大选星数作为限制要求.具体来说,它是通过以下步骤实现的.步骤一:配置参数.根据定位需要和接收机性能以及组合星座个数,配置所需选取定位卫星的最大数目和星座GDOP 值的限制要求即门限值,此外,考虑到低仰角卫星测距误差较大,为了剔除较低仰角卫星,还应根据应用环境设置遮蔽角的限制值H MA .对于最大选星数,应当以接收机的总通道数为前提、并考虑定位解算和故障监测的需要及运算量大小进行综合确定,例如,对双系统星座,可取为不大于9.而GDOP 的门限则取决于使用环境下对定位精度要求的严格程度,通常,选择GD OP 的门限为6[5].步骤二:根据卫星历书或星历获取可见星位置.步骤三:获取可见星仰角H E L 和方位角H AZ ,并剔除仰角小于遮蔽角H MA 的卫星.步骤四:对可见星按仰角分区并选择仰角最大的2888 电 子 学 报2010年卫星作为选星结果的第一颗星S1.按仰角划分的三个区域分别是:90b~75b、75b~ 40b、40b~H M A,分别称为高、中、低仰角区,各区域中的可见卫星数依次记为KH 、KM、KL.步骤五:根据KH 及卫星S1的仰角大小判断是否增选高仰角卫星.如果卫星S1的仰角不小于80b或KH数量不足,不进行增选;否则,在高仰角卫星区域中选择一颗与卫星S1方位角相差最大者作为2号星.步骤六:分别在中、低仰角卫星区域中选星.首先,根据组合卫星系统数,配置需要从中、低仰角卫星区域中选取的卫星数K SOM和K S OL.确定K SO M和K SO L的基本原则是:在最大选星数限制下尽量进行均匀配置,并保证总选星数能满足故障检测与排除的需要.例如,对单、双系统,可取KSO M=K SOL=3,这样,总选星数至少为7,能满足故障检测与排除的要求.然后,对中仰角星和低仰角星按方位角大小进行排序.最后,根据每个区域中的卫星数,按方位角等距的原则,按所在区域所配置的选星数分别在中、低仰角区域选取适当数量卫星,需要注意的是,所选卫星数不计卫星S1.步骤七:求解GD OP.步骤八:判断G DOP大小并确定是否增选或改选卫星.如果GDOP满足限制要求,则所选卫星即作为定位卫星,从而完成选星过程.如果GDOP不满足要求,则在最大选星数的限制下,在中仰角和低仰角卫星区域中进行增选或改选.这里,以选取方位角与已选卫星方位角相差最大的原则进行增选.改选的原则是:以剔除两两之间方位角之差最小的一颗卫星为前提,重新选取一颗与已选所有卫星方位角都相差在一定角度(如30b)以上的卫星.在增选或改选后,重复步骤七、八,直至GD OP满足设计要求,即完成选星过程.根据以上步骤,形成几何布局选星法的结构流程如图2所示.4几何布局选星法性能分析对于一个选星方法,可以从方法的有效性、星座GDOP、选星运算量以及对后续导航定位运算的影响等方面来衡量其性能.(1)方法的有效性几何布局选星法是以星座几何布局与GDOP关系为依据、综合考虑影响定位精度的两个因子)))GDOP 和测距误差进行设计的,算法目标明确,流程简洁.统计分析表明,该方法能在不超过3次GDOP求解的情形下、以不小于0198的概率获得GDOP[6的要求.(2)GDOP值几何布局选星法是以GDOP限制要求为前提来进行选星的,最终所选星座的GDOP值虽然不是最优的,但却满足导航定位的需要,是满足要求的解.(3)选星运算量传统选星方法是按需要选取的m颗卫星对所有N 颗可见星进行组合计算,然后找出最佳星座,所以共需计算C mN次GDOP.例如,对于具有20颗可见星的双星座系统,即使是选择最低要求的5颗卫星,也要进行15504次GDOP求解,而如果考虑故障检测与排除的需要,则至少应选取7颗卫星,此时需进行77520次GD OP 求解,其计算量是巨大的,对实时用户而言,这是无法承受的.而新方法对GD OP只是进行校核计算,计算次数很少,经验证,在GDOP限制要求为6时,98%以上的选星时刻只需不超过三次GDOP求解,而所获得的GDOP均能满足导航定位要求.从总选星计算量来看,几何布局选星法不到传统GDOP选星法的1%,这也就为本文所述方法在动态条件下的实时选星提供了保证.(4)对后续导航定位运算的影响几何布局选星法最终选择的卫星数较少,例如,双系统最多9颗即可,而每增加1个系统也只需增加1颗卫星,大大降低了导航定位的运算量.同时,对双系统、三系统和四系统,其选择的最少卫星数分别为7、8、9,而对单系统,在卫星数足够多的情形下,我们也主张以选取7、8颗卫星为宜,这也就满足了接收机自主完好性2889第12期陈灿辉:一种新的卫星导航系统快速选星方法监测和故障识别的需要.(5)与其它几何选星方法的比较其它常用的几何优化选星法,主要是以选取满足定位要求的最少卫星数为前提进行的,其结果也同样是次优解,其计算量与可见卫星数成正比,例如,在双星座系统具有20颗可见星的情形,其GDOP 求解量约为90次,但因其选星数仅考虑了定位求解的需要,其选星结果不满足完好性监测要求.而几何布局选星法求解GDOP 的次数更少,且选星数兼顾了定位解算和接收机完好性监测的需要,具有更为广泛的适用性.5 仿真分析511 仿真环境考虑到北斗二代卫星导航系统开通在即,GPS 是目前最为完善的卫星导航定位系统,而双系统联合定位又具有一定的普遍性,故这里以GPS 和COMPASS 组成的双系统进行分析.根据北斗二代一期组网计划,对COMP ASS 按12颗星进行考虑.GPS 系统基本星座为24颗星,实际上,1995年以来,GPS 在轨的有效卫星数一直超过24颗[6].为了更好的评价选星方法在较多可见星情形下的性能,在星座配置时,GPS 取32颗星.512 选星求解仿真与分析根据星座仿真所获得的GPS 和CO MPASS 卫星位置,以中国地壳运动观测网络的27个基准站为参考,采用几何布局选星法,对由GPS 与COMPASS 组成的双星座卫星导航系统在全中国范围内的选星问题进行了仿真分析,仿真时长为24小时,选星间隔为5s,总共进行了466587个时空点的仿真.仿真结果如图3~6所示.图3为北京十三陵地区(BJSH 站)世界协调时9B 30时选星前后星空视图对比图.图中,/G 0、/B 0分别表示GPS 卫星和CO MPASS 卫星,其后数字表示卫星号.由图3可见,选星前,可见卫星数较多(23颗),分布上存在/扎堆0现象;选星后,可见星散布较好,卫星数较少(7颗),其GDOP 为2135,满足设计要求.图4为BJSH 站选星前后卫星数对比图.由图4可见,选星后用于定位的卫星数远远少于选星前的可见卫星数,这将大大降低接收机导航处理负担,有利于导航接收机快速实时定位;同时,卫星数也满足故障检测与排除要求.图5示出了选星后的GDOP 曲线,可见,选星后,各时刻GDOP 值较小,都在515以下.一般,卫星系统可用性的选择规定为位置精度因子PD OP [6[5].因为选星后有GDOP [515,而P DOP<GDOP,从而,采用几何布局选星法所获得的结果是能满足导航定位要求的.虽然这是一个站点的求解结果,而事实上,从27个站点统计结果来看,各站点仿真结果基本类似,对双系统而言,选择的卫星数为7~9,获得的星座GDOP 能满足规定的门限要求.图6为BJSH 站各选星时刻采用几何布局选星法进行选星求解时GDOP 计算次数,可见,几何布局选星法的选星过程只需进行少数几次GDOP 求解.对27个站点统计可知,一天内98%以上的时刻在选星过程中求解GDOP 的次数不超过三次,而计算GD OP 的最大次数一般也不会超过总可见卫星数.这就表明本文所提出的几何布局选星法能达到实时快速选星的目的.为了与传统选星法进行比较,本文还对最优GDOP 选星法进行了仿真.仿真结果表明,从星座GDOP 来看,约有2711%的选星时刻几何布局选星法优于最优GDOP 选星法;而从计算量来看,最优GDOP 选星法远远大于几何布局选星法,并且,最优GDOP 选星法一般只是选取满足基本定位要求的卫星数,这就不满足接收机自主完好性监测需要,而如果要选取更多卫星,其选星计算量就会成倍增加,这就很难进行实时求解.而本文所述几何布局选星法计算量不到最优GDOP 选星法的1%,所选卫星数能满足接收机自主完好性监测要求,所获得的星座GDOP 也能满足导航定位的需要,是一种可进行实时求解的选星方法.2890 电 子 学 报2010年6结论本文以获得满足设计要求的GDOP而非最优GDOP 为前提,从卫星导航系统星座几何布局的角度出发,以卫星均布为原则,提出了一种新的快速选星方法)))几何布局选星法,详细讨论了其具体实施步骤,给出了设计流程,探讨了实际运行中的相关参数配置原则.仿真结果表明,该方法克服了传统选星方法计算量大的缺点,相对传统最优GDOP选星法而言,计算量的减少量超过99%;同时,选择的卫星数也较少,而所获得的星座GDOP值满足导航定位要求,可以实现简单、快速选星,能有效用于多星座卫星导航系统中的实时选星求解.参考文献:[1]张贵明,黄顺吉,等.一种新的GPS导航卫星选择算法[J].电子科技大学学报,2000,29(3):221-224.Zhang G uiming,Huang Shunji,et al.A new satellite selection algorithm for GPS navigation[J].Journal of U EST of China, 2000,29(3):221-224.(in Chinese)[2]李敏,刘小汇,等.新的GPS自适应阵的选星方法[J].通信学报,2007,28(6):127-132.L i Min,L iu Xiao-hui,et al.Novel s atellite selection methods for GPS adaptive arrays[J].Jo u rnal on Communication,2007, 28(6):127-132.(i n Chi nese)[3]张强,张晓林,等.组合卫星接收机中的选星算法[J].北京航空航天大学学报,2007,33(12):1424-1427.Zhang Qiang,Zhang Xiaolin,et al.Satellite selection algorithm for combined satelli te receivers[J].Journal of Beijing Univers-i ty of Aeronautics and Astronau tics,2007,33(12):1424-1427.(in Chinese)[4]金玲,黄智刚,等.多卫导组合系统的快速选星算法研究[J].电子学报,2009,37(9):1931-1936.Jin Ling,Huang Zh-i gang,et al.Stu dy on 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张晓林男,1951年1月生于北京市.北京航空航天大学教授、博士生导师,国家卫星导航应用工程研究中心副主任、教育部国家集成电路人才培养基地负责人.主要研究方向为集成电路设计、飞行器遥测遥控与卫星导航系统.E-mail:z xl2007@2891第12期陈灿辉:一种新的卫星导航系统快速选星方法。

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基于北斗B1C信号的DPE方法定位性能分析

基于北斗B1C信号的DPE方法定位性能分析

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2023.05.002引用格式:金天,苏雨,纪永亮,等.基于北斗B1C 信号的DPE 方法定位性能分析[J].无线电工程,2023,53(5):1007-1014.[JIN Tian,SU Yu,JI Yongliang,et al.Analysis of Positioning Performance of DPE Method Based on BDS B1C Signal [J].RadioEngineering,2023,53(5):1007-1014.]基于北斗B1C 信号的DPE 方法定位性能分析金㊀天,苏㊀雨,纪永亮,鞠㊀易(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100083)摘㊀要:城市峡谷环境的高精度定位是全球卫星导航定位系统亟待解决的重要问题之一㊂近年来提出的直接位置估计(Direct Position Estimation,DPE)方法是基于 导航域 实现位置的最优估计,现有研究集中于全球定位系统(GlobalPositioning System,GPS)信号进行分析验证,缺乏新体制信号的对比和抗多径原理分析,并且计算量过大不易实现㊂针对以上问题,基于北斗卫星导航系统(BDS)B1C 信号,设计了一种快速DPE 软件接收机,并基于城市峡谷环境下的真实信号验证了BDS B1C 新体制信号DPE 软件接收机的实际性能㊂实际试验表明,相同信号相干积分长度和卫星几何精度因子情况下,DPE 接收机使用二进制偏置载波调制(Binary Offset Carrier,BOC)新体制信号相较于二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)信号在城市峡谷环境下定位精度具有显著提升㊂关键词:最优估计;B1C 信号;直接位置估计;抗多径中图分类号:TN967.1文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID ):文章编号:1003-3106(2023)05-1007-08Analysis of Positioning Performance of DPE Method Based onBDS B1C SignalJIN Tian,SU Yu,JI Yongliang,JU Yi(School of Electronic and Information Engineering ,Beihang University ,Beijing 100083,China )Abstract :High-precision positioning in urban canyon environment is one of the important issues that need to be solved urgently inthe global satellite navigation and positioning system.The direct position estimation (DPE)method proposed in recent years is theoptimal estimation of position based on the navigation domain .Existing research focuses on the analysis and verification of Global Positioning System (GPS)signals,lacks the comparison of new system signals and the analysis of anti-multipath principles,and thecalculation is too large to be implemented.To solve the above problems,a fast DPE software receiver based on BeiDou NavigationSatellite System (BDS)B1C signal is designed,and the practical performance of BDS B1C new system signal DPE software receiver based on the real signal in the urban canyon environment is verified.The experimental results show that under the same signal coherent integration length and satellite geometry accuracy factor,DPE receivers using new Binary Offset Carrier (BOC)system signals have asignificant improvement in positioning accuracy in the urban canyon environment as compared to the Binary Phase Shift Keying(BPSK)signals.Keywords :optimal estimation;B1C signal;DPE;anti-multipath收稿日期:2022-12-25基金项目:国家自然科学基金(62071020)FoundationItem:NationalNaturalScienceFoundationofChina(62071020)0㊀引言全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem,GNSS)在城市峡谷环境下,因受到卫星可见性差㊁几何精度因子低和附近建筑物的信号反射等影响[1],反射或其他非视距(Non Line of Sight,NLOS)信号叠加在直达视距(Line of Sight,LOS)信号之上[2],限制了独立GNSS 导航终端的定位精度[3]㊂近年来,直接位置估计(Direct Position Estima-tion,DPE)方法为城市峡谷等复杂环境下使用GNSS 信号进行定位服务提供了一种新方法㊂DPE 接收机与传统GNSS 接收机分别对接收的卫星信号进行跟踪㊁再进行导航解算的两步法不同,其将码/载波跟踪环路和导航解算集成到一个步骤当中,通过对接收信号进行一步估计获取位置㊁速度和时间(Position,Velocity,and Time,PVT)信息[4]㊂2007年, Closas等[5]分别推导了传统两步法定位方法和DPE 定位方法的克拉美罗下界(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB),证明了DPE方法定位性能不弱于传统定位方法㊂Closas等[6]提出了基于DPE方法的GNSS接收机结构设计与实现方法,通过仿真分析证明了这种接收机结构能够在多径传播和弱信号等复杂场景提供PVT信息㊂Gusi-Amigo等[7]对传统定位方法与DPE定位方法在加性高斯白噪声信道下的定位性能进行理论分析,并推导了DPE方法的近似Ziv-Zakai边界,理论结果表明DPE方法在低信噪比场景下具有更好的鲁棒性㊂Axelrad等[8]提出了一种 集体检测 的辅助GPS技术来实现快速捕获和直接定位,其通过正确组合卫星相关值来降低位置解算所需的载噪比,室外实验显示当使用1ms数据时其水平定位精度约为50m㊂Ng等[9]使用自主研发的软件平台Py-GNSS实现了利用NLOS 全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号进行城市导航的DPE方法,通过实验证明DPE方法在水平方向的定位误差比传统标量跟踪方法减少了40m㊂现有的基于DPE方法的接收机研究主要集中于GPS系统的二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)调制信号进行,并未考虑二进制偏置载波调制(Binary Offset Carrier,BOC)新信号体制对DPE接收机性能的影响㊂北斗卫星导航系统(BDS)B1C信号作为北斗三号最主要的公开服务信号为全球用户提供高质量的定位㊁导航及授时服务[10]㊂不少学者对北斗三号的数据质量和定位性能进行了分析与评估[11-15]㊂然而上述分析均基于传统接收机结构进行理论和实验分析,缺乏DPE方法的性能评估㊂基于此,本文从B1C信号应用于DPE方法在弱信号㊁抗多径2个方面的优势进行分析,评估了其在城市峡谷环境下的定位性能㊂1㊀接收信号模型B1C信号是北斗三号系统导航定位服务主用新体制信号[16],载波频率为1575.42MHz,带宽为32.736MHz㊂由于其载波频率与GPS L1C/A㊁伽利略卫星导航系统(GALILEO)E1OS相同,与上述2个频点的导航信号能够实现兼容与互操作㊂B1C 信号为复合包络信号,包含2个正交分量:数据分量和导频分量㊂其中,数据分量采用BOC(1,1)调制;导频分量采用QMBOC(6,1,4/33)调制[17],由低频子载波BOC(1,1)和高频子载波BOC(6,1)组成㊂目前B1C信号支持宽带接收和窄带接收2种测量方法[18]㊂B1C接收信号经过射频前端滤波㊁放大㊁下变频和AD转换后,其中频信号可以表示为: r(tk)=ðN i=1{r i B1C_data(t k)+j r i B1C_pilot(t k)}+n(t k),(1) r i B1C_data(t k)=12D i B1C_data(t k,τi,f d i,t k)C i B1C_data(t k,τi,f d i,t k)㊃sc i B1C_data(t k,τi,f d i,t k,θi,0,f IF),(2) r i B1C_pilot(t k)=32C i B1C_pilot(t k,τi,f d i,t k)㊃sc i B1C_pilot(t k,τi,fd i,t k,θi,0,f IF),(3)式中:r i B1C_data(t k)为第i颗星的数据分量, r i B1C_pilot(t k)为第i颗星的导频分量,N为可见星总数量,t k为采样时间,τi为第i颗星的传播延时,f di,t k 表示t k时刻的多普勒频移,θi,0表示第i颗星的初始载波相位,f IF为信号中频载波频率,D i B1C_data表示第i颗星数据支路导航电文数据,C i B1C_data为第i颗星数据支路测距码,sc i B1C_data为第i颗星数据支路子载波,C i B1C_pilot表示第i颗星导频支路测距码,sc i B1C_pilot 表示第i颗星导频支路子载波㊂采用直接位置估计方法进行导航参数估计时需要将所有可见星的信号在导航域进行能量累加,之后通过一步估计得到导航解㊂城市峡谷弱信号环境下,所有可见星一个码周期的能量累加值难以实现精确的位置估计㊂为了减少算法计算量和复杂度,本文仅使用信号导频支路进行信号能量累加㊂一方面,B1C信号数据信道和导频信道功率比为1ʒ3;另一方面,B1C信号导频支路有10ms码周期,具有更大的相干积分增益㊂综上所述,B1C信号相比其他GNSS信号在DPE接收机城市峡谷环境应用中具有更明显的优势㊂根据以上分析,中频信号可以简化为:㊀㊀r(t k)=ðN sat=1{j A i C i B1C_pilot(t k,τi,f d i,t k)㊃sc i B1C_pilot(t k,τi,f d i,t k,θi,0,f IF)}+n(t k),(4)式中:A i为导频支路信号幅度㊂2㊀直接位置估计方法2.1㊀极大似然估计基于导航域的直接定位方法可以实现导航参数的最优估计[19]㊂DPE的导航域待求解是一个七维的状态矢量χ=[P T,v T,δt]T,P=[x,y,z]表示接收机在ECEF坐标系下的三维位置坐标向量,v=[v x, vy,v z]表示接收机地心地固(Earth-Centered Earth-Fixed,ECEF)坐标系下三维速度向量,δt表示时钟偏差㊂DPE方法的核心思想是建立用户接收机位置坐标与用户接收机接收信号中所有卫星的传输时延和多普勒频率之间的联系㊂DPE方法可以看作传统方法的逆过程㊂传统方法通过分别在不同信号处理通道最大化接收信号和本地产生的卫星PRN序列之间的相关性来估计不同可见星的传输时延和多普勒频率㊂DEP方法通过定义一组候选位置集,将候选位置集中的每一个位置元素与时间延迟紧密联系起来,以联合方式计算所有候选位置元素处的相关能量㊂本地复制信号可以看作是可见星信号的联合信号㊂最后,通过代价函数选择最大化相关性的候选位置元素作为估计位置㊂代价函数是从接收信号中获取PVT参数的最大似然估计,可以表示为:χ^=argmaxχ{ðM i=1Λi(τi(χ),f d i(χ))},(5)式中,M表示可见星数量,Λi(τi(χ),f d i(χ))表示候选位置χ处第i个可见星的预测信号和接收信号的相关值,该相关值大小由预测码相位和多普勒频率共同决定㊂2.2㊀2层网格搜索方法式(5)所示为七维的非凸函数优化问题,为了降低直接求解庞大的计算量,本文将其问题降阶为求解三维的非凸函数优化问题㊂钟差作为先验信息添加到预测信号的生成过程中㊂导航域的状态矢量简化为:χ=[x,y,z]T㊂(6)将式(6)带入式(5)可得简化后的代价函数为:χ^=argmaxχ{ðM i=1Λi(x,y,z)}㊂(7)因此,代价函数的求解仅与待求解位置相关㊂传统的DPE接收机使用二分搜索算法[20]或稀疏度不同的离散网格搜索算法[21]实现快速位置估计㊂城市峡谷环境下根据传统定位方法获取的先验位置预测值受多径影响具有较大误差,采用传统搜索方法对式(7)进行求解时存在定位精度差㊁计算复杂度高和局部收敛等问题㊂本文使用2层网格搜索算法对式(7)进行求解,具体步骤如下:①把传统定位方法获得的定位结果χ-=[x-,y-,z-]T作为当前接收机导航状态量的先验预测值㊂②以γ-为中心,生成第一层等间隔的离散网格点[χ-1,χ-2, ,χ-N]㊂综合考虑搜索范围和计算复杂度,本文选择网格间隔为10m,网格范围为ʃ100m㊂③将2中生成的离散网格点带入式(7),得到第一层网格的粗略位置估计值χ㊃=[x㊃,y㊃,z㊃]T㊂④以第一层网格搜索位置估计结果χ㊃为中心,生成第二层精细化等间隔的离散网格点[χ㊃1,χ㊃2, ,χ㊃M]㊂考虑到参数估计更高的分辨率,本文选择网格间隔为1m,网格范围为ʃ10m㊂⑤将4中生成的精细化离散网格点带入式(7),可以得到搜索范围内的全局最优解χ^=[x^, y^,z^]T㊂2层网格搜索算法具有以下3点优势:①第一层全局粗略搜索能够有效避免传统二分搜索算法在多径误差下由先验预测值误差引起的局部最优收敛;②第二层精细化网格搜索相较于稀疏度不同的离散网格搜索算法在先验预测值存在较大多径误差情况下能够有效提高参数估计精度;③相较于全局精细化搜索,2层网格搜索算法极大减小了搜索网格点数㊂为方便理解,以x㊁y二维搜索为例,2层网格搜索算法的原理如图1所示㊂图1㊀2层网格搜索算法原理Fig.1㊀Principle of two-level grid search algorithm3㊀多径误差分析影响GNSS接收机定位精度的误差主要包括电离层延迟㊁对流层延迟㊁卫星时钟误差㊁相对论误差和多径误差等㊂其中,卫星时钟误差㊁对流层延迟㊁电离层延迟和相对论误差等可以通过理论模型㊁差分技术来抑制或者消除㊂多径误差由于其与接收机周边环境的强相关性,是目前最难消除的误差之一㊂城市峡谷环境下,天线接收信号是直射信号与多个反射信号产生干涉后的合成信号㊂多径信号对传统接收机信号处理的影响主要体现在两方面:一方面,伪码跟踪环跟踪的是合成信号的伪码相位,合成信号与本地信号的相关函数会发生畸变,从而导致延迟锁相环(Delay Loop Lock,DLL)跟踪误差;另一方面,载波跟踪环通过利用本地载波与接收信号载波直接的相位差来动态调整本地载波相位,当接收信号为合成信号而不是直射信号时,二者之间存在偏差㊂多径信号对载波跟踪的影响远小于对伪码跟踪的影响,伪码跟踪误差可以达到百米量级,载波相位误差为厘米级㊂DPE方法根据相关能量直接进行位置估计㊂本地复制伪码与合成信号的相关运算,可以看作是伪码分别与直射信号和反射信号的相关值累加结果㊂根据式(4)可以得到B1C合成信号的自相关函数:㊀㊀RΣ(τ)=R(τ)+R M(τ)=R(τ)+ðM i=1αi R(τ-τi)cosϕi,(8)式中:R(τ)表示本地复制伪码与直射信号的相关函数,R M(τ)表示本地复制伪码与反射信号的相关函数,αi㊁τi㊁ϕi分别为第i个反射信号相对于直射信号的幅值㊁延时和相位㊂由于QMBOC(6,1, 4/33)信号绝大部分功率是由BOC(1,1)组成,为了减少相关时的计算量,本文使用BOC(1,1)信号相关函数进行后面的分析㊂一方面,BOC(1,1)信号相关函数如图2所示,相对于相同码速率的GPS L1BPSK调制信号更加陡峭,具有更好的多径分辨能力[22];另一方面,直接位置估计方法本身的抗多径性能相比传统定位方法更加优异,具体建模分析如下㊂本文以直射信号存在情况下,只有1条反射路径下的信号进行叠加为例进行数学建模㊂首先对相关函数进行归一化处理,可以将式(8)中相关函数分别表示为分段函数:R(τ)=-1-τ,τɪ[-1,-0.5)3τ+1,τɪ[-0.5,0)-3τ+1,τɪ[0,0.5)τ-1,τɪ[0.5,1)ìîíïïïï,(9)RM(τ)=-α1㊃(τ-τ1)㊃cosϕ1-α1㊃cosϕ1,τɪ[τ1-1,τ-0.5)3㊃α1㊃(τ-τ1)㊃cosϕ1+α1㊃cosϕ1,τɪ[τ1-0.5,τ1)-3㊃α1㊃(τ-τ1)㊃cosϕ1+α1㊃cosϕ1,τɪ[τ1,τ+0.5)α1㊃(τ-τ1)㊃cosϕ1-α1㊃cosϕ1,τɪ[τ+0.5,τ+1)ìîíïïïï,(10)式中:ϕ1ɪ[0,2π),α1ɪ[0,1]㊂当τ1小于0.5个码片时组合信号的相关函数可以表示为:RΣ(τ)=-1-τ,τɪ[-1,τ1-1)(-1-α1㊃cosϕ1)㊃τ+α1㊃cosϕ1㊃(τ1-1)-1,τɪ[τ1-1,τ1-0.5)(3+3㊃α1㊃cosϕ1)㊃τ+(1-3㊃τ1)㊃α1㊃cosϕ1+1,τɪ[τ1-0.5,0)(3㊃α1㊃cosϕ1-3)㊃τ+(1-3㊃τ1)㊃α1㊃cosϕ1+1,τɪ[0,τ1)(-3-3㊃α1㊃cosϕ1)㊃τ+(1+3㊃τ1)㊃α1㊃cosϕ1+1,τɪ[τ1,0.5)(1-3㊃α1㊃cosϕ1)㊃τ+(1+3㊃τ1)㊃α1㊃cosϕ1-1,τɪ[0.5,τ1+0.5)(1+α1㊃cosϕ1)㊃τ-(1+τ1)㊃α1㊃cosϕ1-1,τɪ[τ1+0.5,1)α1㊃(τ-τ1)㊃cosϕ1-α1㊃cosϕ1,τɪ[1,τ1+1)ìîíïïïïïïïïïïï㊂(11)㊀㊀根据式(11),当反射波幅值α1为0.5,延时τ1为0.4码片,相对相位ϕ1为0ʎ时,合成信号的相关函数如图2(a)所示,其他参数相同,相对相位ϕ1为180ʎ时,合成信号的相关函数如图2(b)所示㊂(a)同相(b)反相图2㊀BOC信号多径误差Fig.2㊀BOC signal multipath error由图2可以看出,不论多径信号同相还是反相,合成信号的自相关函数均不再关于0码片偏移量处左右对称㊂传统定位方法通过码环鉴别器不断调整本地复制伪随机码相位,直到超前和滞后相关器输出的相关结果E 与L 相等为止,此时码环跟踪误差等于0㊂多径信号引起的码相位测量误差是以自相关函数值相等的E 和L 水平连线线段中点至0码片偏移量处的水平距离δcp ㊂同相多径信号会使伪距测量值偏大,反相多径信号会使伪距测量值偏小㊂因此,传统两步法定位方法定位结果受多径信号影响较大㊂DPE 方法直接通过对相关峰最高值的位置估计进行位置解算,从图2中可以看出,多径信号的存在情况下合成信号的自相关函数峰值与直射信号的自相关函数峰值均位于同一相位处㊂因此DPE 方法能够有效抑制多径信号对定位精度的影响㊂4㊀实验结果及分析为了对BDS B1C 信号直接定位方法在城市峡谷环境的定位性能进行评估,本文搭建了基于DPE 方法的软件接收机性能评估平台,包括天线㊁功分器㊁多通道信号采集器㊁GNSS 软件接收机㊁DPE 软件接收机和数据分析模块㊂性能评估平台工作流程如图3所示㊂图3㊀性能评估平台半实物原理Fig.3㊀Semi-physical schematic diagram of performance evaluation platform㊀㊀为了模拟更加接近真实的城市峡谷环境,选择位于环形楼宇中心的实际信号采集点,数据采集环境如图4所示㊂图4㊀实测数据采集场景Fig.4㊀Measured data acquisition scene使用功分器将天线接收信号分为2路,分别通过多通道信号采集器采集中频数据,数据采集参数如表1所示㊂表1㊀数据采集参数Tab.1㊀Data acquisition parameters参数数值中频频率/MHz 27.92采样率/MHz 112前端带宽/MHz 40数据量化位数/b 1GPS GDOP5.61BDS GDOP5.75定位卫星数量5㊀㊀采集后的中频数据,一路数据由GNSS 软件接收机进行处理,另一路数据由DPE 软件接收机进行处理㊂数据分析模块完成2种软件接收机输出结果与标定基准坐标的对比分析㊂信号采集时GPS 卫星分布如图5所示㊂信号采集时刻播发BDS B1C 信号的卫星分布如图6所示㊂分别用传统软件接收机㊁DPE 软件接收机对采集到的实际信号进行处理,相关长度均为10ms㊂图7为BDS B1C 信号和GPS L1C /A 信号使用2种定位方法的定位误差比较㊂图5㊀GPS 卫星几何分布Fig.5㊀Geometric distribution of GPS satellites图6㊀BDS 卫星几何分布Fig.6㊀Geometric distribution of BDSsatellites图7㊀不同定位方法的定位误差Fig.7㊀Positioning errors of different positioning methods表2给出了实测信号2种定位方法定位误差的均值㊁标准差和均方根误差㊂表2㊀不同定位方法定位误差比较Tab.2㊀Comparison of positioning errors of different methods单位:m接收机类型信号类型均值标准差均方根误差SDR 接收机GPS L1C /A18.90 3.5519.24BDS B1C13.16 1.5613.25DPE 接收机GPS L1C /A14.03 2.7114.29BDS B1C10.342.7210.69㊀㊀可以明显看出,在实际城市峡谷环境下,DPE 接收机使用GPS L1C /A 信号和BDS B1C 信号相较于传统接收机均方根误差分别降低了25.7%㊁19.3%㊂因此,DPE 接收机相较于传统接收机在城市复杂环境下具有明显性能优势㊂使用相同相关长度情况下,BDS B1C 信号能够显著提高DPE 接收机的定位精度,相较于使用GPS L1C /A 信号平均误差和均方根误差分别降低了26.3%和25.2%㊂采用2层网格搜索算法在不降低定位精度的情况下,三维搜索位置点数从8120601降低为18522,计算量得到显著降低㊂为了分析实际城市峡谷环境下信号相关长度对定位性能的影响,图8为DPE 软件接收机分别处理BDS B1C 信号和GPS L1C /A 信号使用不同相关长度的定位误差对比㊂图8㊀不同相关长度的定位误差Fig.8㊀Positioning errors of different correlated lengths表3给出了2种信号在不同相关长度下定位误差的均值㊁标准差和均方根误差㊂可以看出,增加信号相关长度可以显著提高定位精度㊂BDS B1C 信号和GPS L1C /A 信号在30ms 相关长度下均方根误差相比10ms 相关长度分别提升约15.4%㊁9.7%㊂BDS B1C 信号在相同相关长度下的均方根误差均小于GPSL1C /A 信号㊂表3㊀不同相关长度定位误差比较Tab.3㊀Comparison of positioning errors of different correlated lengths定位方法信号类型信号相关长度/ms均值/m 标准差/m 均方根误差/mDPEBDS B1CGPS L1C /A1010.34 2.7210.69209.63 2.9710.07308.552.949.041014.03 2.7114.292013.53 2.3613.733012.652.5712.915㊀结束语本文对BDS B1C信号在DPE方法应用中的弱信号优势和抗多径性能进行了分析,设计实现了一种基于BDS B1C信号的快速DPE软件接收机,将BDS B1C信号体制设计的优异多径分辨能力和直接位置估计方法的抗多径原理相结合来提高接收机在城市复杂环境下的定位精度,并且应用提出的2层网格搜索算法在保证全局最优求解前提下极大地降低了全局搜索的计算量㊂在城市峡谷环境中开展的实际信号定位实验结果表明,30ms相关长度下基于BDS B1C信号的DPE接收机静态定位平均误差为8.55m,均方根误差为9.04m㊂城市峡谷环境静态定位时,同等条件下基于BDS B1C信号的DPE接收机定位精度明显优于传统接收机和基于GPS L1C/A信号的DPE接收机㊂验证了基于BDS B1C信号的DPE接收机在城市峡谷环境下的性能优势,具有一定的实际应用前景㊂参考文献[1]㊀XIE P,PETOVELLO M G.Measuring GNSS MultipathDistributions in Urban Canyon Environments[J].IEEETransactions on Instrumentation and Measurement,2015,64(2):366-377.[2]㊀BRAASCH M S.Performance Comparison of Multipath Mit-igating Receiver Architectures[C]ʊ2001IEEE AerospaceConference Proceedings.Big 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北斗卫星导航定位系统解算算法的研究

北斗卫星导航定位系统解算算法的研究

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文北斗卫星导航系统定位解算算法研究摘要卫星导航定位技术由于能够为用户提供全天候、高精度、实时的定位、导航和授时服务，现已被广泛的应用于军事和民用领域。

目前，我国北斗一代系统已应用多年并在过去发挥着巨大作用，北斗二代系统还处于发展阶段。

在此背景下，本文针对了该系统的定位解算算法进行了系统的研究和仿真分析。

本文对现有的四大全球导航定位系统的组成、特点、定位原理进行了分析的同时，对各系统运行中使用的时间系统和坐标系统进行了简单的介绍，该标准是为下文算法建模仿真提供了统一标准。

然后本文在推导和分析北斗系统使用的伪距定位方法基础上，同时给出了北斗一代和北斗二代的定位方法的数学模型。

之后本文针对卫星误差的产生的不同来源，分别对各个误差源产生的机理进行了分析并给出了相应的处理方法。

在以上的总结和分析的基础上，本文的最后给出北斗卫星定位解算算法详尽的推导过程，并针对相应算法进行仿真分析。

其中涉及到的算法有最小二乘解算算法和卡尔曼滤波法。

在对算法的推导过程中，本文系统的分析了代表卫星定位精度的精度因子，由分析可知其值越小定位越准确。

基于对精度因子的研究，本文提出了一种基于几何分布的快速选星的方法。

最后使用Matlab仿真工具对算法仿真分析，并证明其可行性。

关键词北斗卫星导航系统；最小二乘法；卡尔曼滤波；选星；GDOP- I -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文Research of Positioning Solution Algorithm forCOMPASS Navigation SystemAbstractSatellite navigation and positioning technology is able to provide all-weather, high-precision, real-time positioning, navigation and timing sevices. It has been widely used in military and civilian fields.At present, our own BEIDOU generation system has been application for years and played a significant role in the past .COMPASS system is still in the development stage.In this context,this paper conducts the research to satellite positioning solution algorithm and simulation anlysis to the algorithm.In this paper,it analysis the composition,the charactersitics and the positioning principle of the existing four global navigation.At the same time,this paper introduces the time system and the coordinate system of the system with operation system.The standard provide a unified standard for modeling and simulation.Then this paper has the pseudo-distance positioning priciple to anlysis derivation for the Beidou system. Based on the principle of pseudo-range position principle, this paper has the mathematical derivation to positioning method to Beidou system and COMPASS. According to different sources of the satellite error, this paper analysis the feneration mechanis and povide the corresponding treatment. Based on the summary and anlysis, this paper has detailed derivation and simulation analysis to the algorithms of Beidou satellite posioning solution, including least square and the Kalman fiter.In this process, the paper has detailde the detailed derivation to GDOP. It is proved that the smaller GDOP value and the higher accuacy. Based on the derivation to GDOP, this paper provide the method for rapid satellite selection. And it analysis the result of the simulation and prove its feasibity.Keywords Compass Navigation System, Least Squares, Kalman filter, Satellite Selection, GDOP- II -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文目录摘要......................................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................................... II 第1章绪论. (1)1.1 课题研究的背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状及分析 (2)1.3 主要研究内容 (5)第2章卫星导航系统概述 (6)2.1 GPS全球定位系统 (6)2.2 GLONASS全球导航卫星系统 (7)2.3 欧洲的Galileo系统 (7)2.4 中国的北斗系统 (8)2.4.1 北斗一代系统 (8)2.4.2 北斗二代系统 (9)2.4.3 北斗卫星的坐标系统 (10)2.4.4 北斗卫星的时间系统 (10)2.5 本章小结 (11)第3章北斗卫星定位原理及误差分析 (12)3.1 北斗卫星导航原理 (12)3.1.1 伪距的概念 (12)3.1.2 北斗一代的定位原理 (13)3.1.3 北斗二代的定位原理 (13)3.1.4 卫星轨道运动理论 (14)3.2 卫星误差来源及消除技术 (17)3.2.1 与卫星有关的误差 (17)3.2.2 与地面接收设备相关的误差 (19)3.2.3 与信号传播有关的误差 (20)3.3 本章小结 (23)第4章北斗导航卫星定位算法 (24)4.1 基于最小二乘的PVT解算 (24)4.1.1 最小二乘原理 (24)- III -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文4.1.2 基于最小二乘的PVT解算 (25)4.2 精度因子的分析及选星方案的提出 (28)4.2.1 几何精度因子的定义 (28)4.2.2 精度因子计算的改进方法 (29)4.2.3 北斗卫星选星方法 (31)4.2.4 选星方法的提出 (33)4.3 卡尔曼滤波在PVT的应用 (35)4.3.1 递归最小二乘法 (35)4.3.2 基本的卡尔曼滤波器 (36)4.4 仿真结果及分析 (39)4.4.1 基于最小二乘的PVT解算仿真 (39)4.4.2 快速选星方法仿真 (42)4.4.3 卡尔曼滤波仿真 (42)4.5 本章小结 (44)结论 (45)参考文献 (46)攻读硕士学位期间发表的学术论文 (50)致谢............................................................................................... 错误!未定义书签。

一种卫星导航增强系统的定位方法[发明专利]

一种卫星导航增强系统的定位方法[发明专利]

专利名称：一种卫星导航增强系统的定位方法专利类型：发明专利
发明人：张军,朱衍波,刘强,薛瑞,王志鹏
申请号：CN200710120195.3
申请日：20070813
公开号：CN101109805A
公开日：
20080123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种卫星导航增强系统的定位方法，包括步骤：用户站接收相邻参考站的信息，并确定用户站和相邻参考站的共视卫星，对用户站某一时刻卫星到用户站的伪距进行校正；利用用户站相邻的某一参考站对多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算，得到用户站差分定位的三维坐标；使用用户站与所有相邻参考站差分定位的三维坐标经加权平均计算得到最终的分布式区域增强用户定位结果。

本发明针对用户与地面站距离较远时，地面站与用户的电离层和对流层延迟误差有较大差别，定位精度大大降低的缺点，在地基增强覆盖区域内，利用多个相邻的局域增强信息来提高用户的定位精度。

申请人：北京航空航天大学
地址：100083 北京市海淀区学院路37号
国籍：CN
代理机构：北京同立钧成知识产权代理有限公司
代理人：刘芳
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快速收集经纬度的方法

快速收集经纬度的方法

快速收集经纬度的方法快速收集经纬度是许多领域中重要的一项工作，包括地理信息系统、导航系统、气象预报等。

本文将介绍几种常见的快速收集经纬度的方法。

一、使用卫星定位系统卫星定位系统，如全球定位系统（GPS），是一种利用卫星信号进行定位的技术。

通过使用GPS设备，可以快速准确地获取当前位置的经纬度信息。

只需打开GPS设备，等待信号连接，即可获取经纬度信息。

二、使用地图应用现在市面上有许多地图应用，如谷歌地图、百度地图等，这些应用都能够提供定位功能。

只需在手机或电脑上打开地图应用，点击定位按钮，就可以获取当前位置的经纬度信息。

三、使用无人机无人机是一种可以飞行并携带相机的无人驾驶飞行器。

通过使用无人机，可以从空中俯瞰地面，拍摄照片或视频。

在无人机的控制设备中，通常会显示当前位置的经纬度信息。

四、使用地理信息系统软件地理信息系统（GIS）是一种用于存储、管理、分析地理空间数据的软件系统。

通过使用GIS软件，可以在地图上标注点位，并查看其经纬度信息。

常见的GIS软件有ArcGIS、QGIS等。

五、使用测量仪器在一些特定的场景中，需要进行精确的经纬度测量，此时可以使用测量仪器。

例如，使用全站仪可以测量地面上某一点的经纬度信息。

全站仪是一种用于测量地理空间坐标的仪器，可以提供高精度的测量结果。

六、使用经纬度查询工具有一些在线工具可以通过输入地名或地址，获取对应位置的经纬度信息。

用户只需在工具中输入相关信息，即可快速获得经纬度。

这些工具通常以网页形式提供，比较方便易用。

七、使用移动设备传感器现代移动设备通常内置了各种传感器，如加速度传感器、陀螺仪等。

这些传感器可以提供设备当前的方向和倾斜角度等信息。

通过结合设备的方向和倾斜角度，可以推算出当前位置的经纬度信息。

八、使用无线基站定位无线基站定位是一种利用手机信号覆盖范围的技术。

通过手机与周围基站的信号交互，可以推算出当前位置的经纬度信息。

这种方法适用于手机信号覆盖较好的城市地区。