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基于偽距的多模gnss接收機(jī)的可靠定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，多模GNSS接收機(jī)接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)，先得到GNSS衛(wèi)星信號(hào)的偽距和導(dǎo)航電文；再將不同類型的偽距和導(dǎo)航電文統(tǒng)一到相同的時(shí)間和空間坐標(biāo)上；后對(duì)經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行誤差修正；當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為4顆或4顆以上時(shí)，直接用實(shí)測(cè)的偽距完成接收機(jī)的定位解算；當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為3顆或3顆以下時(shí)，先采用廣義延拓插值對(duì)偽距進(jìn)行外推，后再用外推出的偽距完成接收機(jī)的定位解算；3)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為5顆或超過5顆時(shí)，多模GNSS接收機(jī)還采用奇偶矢量法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機(jī)自主完好性檢測(cè)的過程。
【專利說明】基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有多模接收功能的GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))接收機(jī)的可用衛(wèi)星數(shù)增多，可以選擇衛(wèi)星幾何布局更佳的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)定位解算，相比采用單一系統(tǒng)定位的接收機(jī)將帶來更高的定位精度、可用性、連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展、成熟和導(dǎo)航在軍事、民用領(lǐng)域的應(yīng)用的拓展，多模接收機(jī)將成為接收機(jī)的發(fā)展方向。
[0003]國外對(duì)GNSS接收機(jī)的研究是伴隨著美國GPS和俄羅斯GL0NASS導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)過程同步開展的，目前，國外GNSS多模接收機(jī)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，形成了系列產(chǎn)品，在集成度和處理能力上均達(dá)到了很高的水平。國內(nèi)對(duì)GNSS多模接收機(jī)的研究是從上世紀(jì)90年代初開始的，最初是在一些測(cè)繪相關(guān)的科研院所和一些大學(xué)的相關(guān)專業(yè)，研究的內(nèi)容也限于對(duì)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)及導(dǎo)航接收機(jī)的工作原理進(jìn)行跟蹤研究。目前，國內(nèi)一些公司和一些科研院所已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 GNSS多模接收機(jī)從射頻前端到解調(diào)基帶的芯片化，研制出的GNSS雙/多模接收機(jī)產(chǎn)品，具有多種定位模式，定位精度和完好性較之傳統(tǒng)單頻導(dǎo)航接收機(jī)有了較大提高，但是無/欠星情況下的多模GNNS可靠定位方面的研究相對(duì)較少，也沒有見到相關(guān)的研究成果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的是提供的一種基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)多模GNSS在無星或欠星情況下的定位，從而提高多模GNSS接收機(jī)的整體定位精度、可用性、連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性等指標(biāo)。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1，多模GNSS接收機(jī)接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)；這些GNSS衛(wèi)星信號(hào)先經(jīng)下變頻后和基帶信號(hào)處理后得到GNSS衛(wèi)星信號(hào)的偽距和導(dǎo)航電文；再對(duì)不同類型的偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行時(shí)間和空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將其統(tǒng)一到相同的時(shí)間和空間坐標(biāo)上；后對(duì)經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行誤差修正；
[0008]步驟2，多模GNSS接收機(jī)根據(jù)接收到GNSS衛(wèi)星信號(hào)判斷該多模GNSS接收機(jī)的可見衛(wèi)星的數(shù)目；
[0009]I)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為4顆或4顆以上時(shí)，直接用實(shí)測(cè)的偽距完成接收機(jī)的定位
解算；
[0010]2)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為3顆或3顆以下時(shí)，先采用廣義延拓插值對(duì)偽距進(jìn)行外推，后再用外推出的偽距完成接收機(jī)的定位解算。
[0011]本發(fā)明除了能夠?qū)崿F(xiàn)定位解算之外，還可以在可見衛(wèi)星的數(shù)目為5顆或超過5顆時(shí)，還采用奇偶矢量法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機(jī)自主完好性檢測(cè)的過程。
[0012]所述步驟2中，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的定位解算。
[0013]所述步驟2中，采用無損卡爾曼濾波法來實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的定位解算。
[0014]所述步驟I中，GNSS衛(wèi)星信號(hào)為美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的GaliIeo和/或中國的BD2信號(hào)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的偽距定位是依據(jù)可見衛(wèi)星數(shù)目來設(shè)計(jì)的:當(dāng)可見衛(wèi)星數(shù)為5顆或超過5顆時(shí)，采用奇偶矢量法或UKF法來實(shí)現(xiàn)RAIM ；當(dāng)可見衛(wèi)星為4顆或超過4顆時(shí)，采用UKF法來實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的偽距定位，當(dāng)可見衛(wèi)星數(shù)少于4顆時(shí)，先采用偽距廣義延拓外推法來實(shí)現(xiàn)航跡推算，再采用UKF法來實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的偽距定位。通過多模GNSS接收機(jī)所測(cè)得的偽距來聯(lián)合定位、接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)(RAM)和航跡推算等算法設(shè)計(jì)，從而能夠完成單星座或多星座的兼容定位算法(PVT)，以提高多模GNSS接收機(jī)的定位精度、可用性、連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性等指標(biāo)。但是本方法主要是利用這三種方法在收到不同可見衛(wèi)星數(shù)情況下，保證接收機(jī)能可靠定位，而且還可以進(jìn)行接收機(jī)完好性檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為在無星或欠星情況下的多模GNSS可靠定位方法的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]一種基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，包括如下步驟:
[0018]步驟1，多模GNSS接收機(jī)接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)；這些GNSS衛(wèi)星信號(hào)先經(jīng)下變頻后和基帶信號(hào)處理后得到GNSS衛(wèi)星信號(hào)的偽距和導(dǎo)航電文；再對(duì)不同類型的偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行時(shí)間和空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將其統(tǒng)一到相同的時(shí)間和空間坐標(biāo)上；后對(duì)經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行誤差修正；
[0019]步驟2，多模GNSS接收機(jī)根據(jù)接收到GNSS衛(wèi)星信號(hào)判斷該多模GNSS接收機(jī)的可見衛(wèi)星的數(shù)目；
[0020]I)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為4顆或4顆以上時(shí)，直接用實(shí)測(cè)的偽距完成接收機(jī)的定位
解算；
[0021 ] 2)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為3顆或3顆以下時(shí)，先采用廣義延拓插值對(duì)偽距進(jìn)行外推，后再用外推出的偽距完成接收機(jī)的定位解算。
[0022]3)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為5顆或超過5顆時(shí)，多模GNSS接收機(jī)還采用奇偶矢量法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機(jī)自主完好性檢測(cè)的過程。
[0023]一種在無星或欠星情況下的多模GNSS可靠定位系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，GNSS信號(hào)處理模塊同時(shí)接收BD2、GPS、GLONASS和Galileo等信號(hào)，信號(hào)經(jīng)下變頻后進(jìn)行基帶信號(hào)處理的信號(hào)捕獲和跟蹤，輸出偽距觀測(cè)量和衛(wèi)星導(dǎo)航電文，偽距觀測(cè)量經(jīng)時(shí)間和空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換后輸出，此外輸出的偽距觀測(cè)量還需進(jìn)一步進(jìn)行誤差修正，如三頻電離層誤差消除及對(duì)流層模型修正等。偽距定位算法是依據(jù)可見衛(wèi)星數(shù)目來設(shè)計(jì)的:當(dāng)可見衛(wèi)星數(shù)為5顆或超過5顆時(shí)，采用奇偶矢量法或UKF法來實(shí)現(xiàn)RAIM ；當(dāng)可見衛(wèi)星為4顆或超過4顆時(shí)，采用UKF法來實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的偽距定位，當(dāng)可見衛(wèi)星數(shù)少于4顆時(shí)，先采用偽距廣義延拓外推法來實(shí)現(xiàn)航跡推算，再采用UKF法來實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的偽距定位。
[0024]下面針對(duì)每種算法分別詳述其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑:
[0025]1、GNSS多模偽距聯(lián)合定位解算
[0026]GPS衛(wèi)星定位解算是根據(jù)偽距、偽距增量等測(cè)量值，計(jì)算接收機(jī)的位置P、速度V和時(shí)間T等信息的過程。目前實(shí)時(shí)定位解算中最為常用的兩種方法為迭代最小二乘算法(ILS)和擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)。但是，這兩種方法都需要先線性化，這樣，就會(huì)帶來線性化誤差，嚴(yán)重時(shí)造成定位發(fā)散。本發(fā)明采用采用無損卡爾曼濾波(UKF)方法來解決。
[0027]定位解算的系統(tǒng)模型
[0028]衛(wèi)星定位解算的系統(tǒng)模型包括狀態(tài)模型和觀測(cè)模型兩部分。令向量y1、Xi分別表示系統(tǒng)模型的測(cè)量值和系統(tǒng)狀態(tài)參量:
【權(quán)利要求】
1.基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟1，多模GNSS接收機(jī)接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)；這些GNSS衛(wèi)星信號(hào)先經(jīng)下變頻后和基帶信號(hào)處理后得到GNSS衛(wèi)星信號(hào)的偽距和導(dǎo)航電文；再對(duì)不同類型的偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行時(shí)間和空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將其統(tǒng)一到相同的時(shí)間和空間坐標(biāo)上；后對(duì)經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的偽距和導(dǎo)航電文進(jìn)行誤差修正； 步驟2，多模GNSS接收機(jī)根據(jù)接收到GNSS衛(wèi)星信號(hào)判斷該多模GNSS接收機(jī)的可見衛(wèi)星的數(shù)目； 1)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為4顆或4顆以上時(shí)，直接用實(shí)測(cè)的偽距完成接收機(jī)的定位解算； 2)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為3顆或3顆以下時(shí)，先采用廣義延拓插值對(duì)偽距進(jìn)行外推，后再用外推出的偽距完成接收機(jī)的定位解算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，其特征是，所述步驟2還進(jìn)一步包括:3)當(dāng)可見衛(wèi)星的數(shù)目為5顆或超過5顆時(shí)，多模GNSS接收機(jī)還采用奇偶矢量法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機(jī)自主完好性檢測(cè)的過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，其特征是，所述步驟2中，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的定位解算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偽距的多模GNSS接收機(jī)的可靠定位方法，其特征是，所述步驟2中，GNSS衛(wèi)星信號(hào)為GPS、Glonass, Galileo和/或BD2信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S19/42GK104035113SQ201410295547
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】孫希延, 孫希剛, 紀(jì)元法, 鄧洪高, 符強(qiáng), 嚴(yán)素清, 吳孫勇, 王守華, 肖建明, 廖桂生 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)