基于偽距的多模gnss接收機的可靠定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，多模GNSS接收機接收GNSS衛(wèi)星信號，先得到GNSS衛(wèi)星信號的偽距和導航電文；再將不同類型的偽距和導航電文統(tǒng)一到相同的時間和空間坐標上；后對經過坐標轉換后的偽距和導航電文進行誤差修正；當可見衛(wèi)星的數目為4顆或4顆以上時，直接用實測的偽距完成接收機的定位解算；當可見衛(wèi)星的數目為3顆或3顆以下時，先采用廣義延拓插值對偽距進行外推，后再用外推出的偽距完成接收機的定位解算；3)當可見衛(wèi)星的數目為5顆或超過5顆時，多模GNSS接收機還采用奇偶矢量法、擴展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機自主完好性檢測的過程。
【專利說明】基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航領域，具體涉及一種基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法。
【背景技術】
[0002]具有多模接收功能的GNSS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))接收機的可用衛(wèi)星數增多，可以選擇衛(wèi)星幾何布局更佳的衛(wèi)星實現定位解算，相比采用單一系統(tǒng)定位的接收機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)星導航技術的發(fā)展、成熟和導航在軍事、民用領域的應用的拓展，多模接收機將成為接收機的發(fā)展方向。
[0003]國外對GNSS接收機的研究是伴隨著美國GPS和俄羅斯GL0NASS導航系統(tǒng)的建設過程同步開展的，目前，國外GNSS多模接收機技術已經逐漸成熟，形成了系列產品，在集成度和處理能力上均達到了很高的水平。國內對GNSS多模接收機的研究是從上世紀90年代初開始的，最初是在一些測繪相關的科研院所和一些大學的相關專業(yè)，研究的內容也限于對GPS導航系統(tǒng)及導航接收機的工作原理進行跟蹤研究。目前，國內一些公司和一些科研院所已經實現了 GNSS多模接收機從射頻前端到解調基帶的芯片化，研制出的GNSS雙/多模接收機產品，具有多種定位模式，定位精度和完好性較之傳統(tǒng)單頻導航接收機有了較大提高，但是無/欠星情況下的多模GNNS可靠定位方面的研究相對較少，也沒有見到相關的研究成果。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的是提供的一種基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，其能夠實現多模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。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1，多模GNSS接收機接收GNSS衛(wèi)星信號；這些GNSS衛(wèi)星信號先經下變頻后和基帶信號處理后得到GNSS衛(wèi)星信號的偽距和導航電文；再對不同類型的偽距和導航電文進行時間和空間坐標轉換，將其統(tǒng)一到相同的時間和空間坐標上；后對經過坐標轉換后的偽距和導航電文進行誤差修正；
[0008]步驟2，多模GNSS接收機根據接收到GNSS衛(wèi)星信號判斷該多模GNSS接收機的可見衛(wèi)星的數目；
[0009]I)當可見衛(wèi)星的數目為4顆或4顆以上時，直接用實測的偽距完成接收機的定位
解算；
[0010]2)當可見衛(wèi)星的數目為3顆或3顆以下時，先采用廣義延拓插值對偽距進行外推，后再用外推出的偽距完成接收機的定位解算。
[0011]本發(fā)明除了能夠實現定位解算之外，還可以在可見衛(wèi)星的數目為5顆或超過5顆時，還采用奇偶矢量法、擴展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機自主完好性檢測的過程。
[0012]所述步驟2中，采用擴展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來實現接收機的定位解算。
[0013]所述步驟2中，采用無損卡爾曼濾波法來實現接收機的定位解算。
[0014]所述步驟I中，GNSS衛(wèi)星信號為美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的GaliIeo和/或中國的BD2信號。
[0015]與現有技術相比，本發(fā)明的偽距定位是依據可見衛(wèi)星數目來設計的:當可見衛(wèi)星數為5顆或超過5顆時，采用奇偶矢量法或UKF法來實現RAIM ；當可見衛(wèi)星為4顆或超過4顆時，采用UKF法來實現接收機的偽距定位，當可見衛(wèi)星數少于4顆時，先采用偽距廣義延拓外推法來實現航跡推算，再采用UKF法來實現接收機的偽距定位。通過多模GNSS接收機所測得的偽距來聯(lián)合定位、接收機自主完好性監(jiān)測(RAM)和航跡推算等算法設計，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接收機的定位精度、可用性、連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性等指標。但是本方法主要是利用這三種方法在收到不同可見衛(wèi)星數情況下，保證接收機能可靠定位，而且還可以進行接收機完好性檢測。
【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。
【具體實施方式】
[0017]一種基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，包括如下步驟:
[0018]步驟1，多模GNSS接收機接收GNSS衛(wèi)星信號；這些GNSS衛(wèi)星信號先經下變頻后和基帶信號處理后得到GNSS衛(wèi)星信號的偽距和導航電文；再對不同類型的偽距和導航電文進行時間和空間坐標轉換，將其統(tǒng)一到相同的時間和空間坐標上；后對經過坐標轉換后的偽距和導航電文進行誤差修正；
[0019]步驟2，多模GNSS接收機根據接收到GNSS衛(wèi)星信號判斷該多模GNSS接收機的可見衛(wèi)星的數目；
[0020]I)當可見衛(wèi)星的數目為4顆或4顆以上時，直接用實測的偽距完成接收機的定位
解算；
[0021 ] 2)當可見衛(wèi)星的數目為3顆或3顆以下時，先采用廣義延拓插值對偽距進行外推，后再用外推出的偽距完成接收機的定位解算。
[0022]3)當可見衛(wèi)星的數目為5顆或超過5顆時，多模GNSS接收機還采用奇偶矢量法、擴展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機自主完好性檢測的過程。
[0023]一種在無星或欠星情況下的多模GNSS可靠定位系統(tǒng)總體設計方案如圖1所示，GNSS信號處理模塊同時接收BD2、GPS、GLONASS和Galileo等信號，信號經下變頻后進行基帶信號處理的信號捕獲和跟蹤，輸出偽距觀測量和衛(wèi)星導航電文，偽距觀測量經時間和空間坐標的轉換后輸出，此外輸出的偽距觀測量還需進一步進行誤差修正，如三頻電離層誤差消除及對流層模型修正等。偽距定位算法是依據可見衛(wèi)星數目來設計的:當可見衛(wèi)星數為5顆或超過5顆時，采用奇偶矢量法或UKF法來實現RAIM ；當可見衛(wèi)星為4顆或超過4顆時，采用UKF法來實現接收機的偽距定位，當可見衛(wèi)星數少于4顆時，先采用偽距廣義延拓外推法來實現航跡推算，再采用UKF法來實現接收機的偽距定位。
[0024]下面針對每種算法分別詳述其實現的技術途徑:
[0025]1、GNSS多模偽距聯(lián)合定位解算
[0026]GPS衛(wèi)星定位解算是根據偽距、偽距增量等測量值，計算接收機的位置P、速度V和時間T等信息的過程。目前實時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，就會帶來線性化誤差，嚴重時造成定位發(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)模型和觀測模型兩部分。令向量y1、Xi分別表示系統(tǒng)模型的測量值和系統(tǒng)狀態(tài)參量:
【權利要求】
1.基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟1，多模GNSS接收機接收GNSS衛(wèi)星信號；這些GNSS衛(wèi)星信號先經下變頻后和基帶信號處理后得到GNSS衛(wèi)星信號的偽距和導航電文；再對不同類型的偽距和導航電文進行時間和空間坐標轉換，將其統(tǒng)一到相同的時間和空間坐標上；后對經過坐標轉換后的偽距和導航電文進行誤差修正； 步驟2，多模GNSS接收機根據接收到GNSS衛(wèi)星信號判斷該多模GNSS接收機的可見衛(wèi)星的數目； 1)當可見衛(wèi)星的數目為4顆或4顆以上時，直接用實測的偽距完成接收機的定位解算； 2)當可見衛(wèi)星的數目為3顆或3顆以下時，先采用廣義延拓插值對偽距進行外推，后再用外推出的偽距完成接收機的定位解算。
2.根據權利要求1所述的基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，其特征是，所述步驟2還進一步包括:3)當可見衛(wèi)星的數目為5顆或超過5顆時，多模GNSS接收機還采用奇偶矢量法、擴展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來完成接收機自主完好性檢測的過程。
3.根據權利要求1所述的基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，其特征是，所述步驟2中，采用擴展卡爾曼濾波法或無損卡爾曼濾波法來實現接收機的定位解算。
4.根據權利要求1所述的基于偽距的多模GNSS接收機的可靠定位方法，其特征是，所述步驟2中，GNSS衛(wèi)星信號為GPS、Glonass, Galileo和/或BD2信號。
【文檔編號】G01S19/42GK104035113SQ201410295547
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權日:2014年6月26日
【發(fā)明者】孫希延, 孫希剛, 紀元法, 鄧洪高, 符強, 嚴素清, 吳孫勇, 王守華, 肖建明, 廖桂生 申請人:桂林電子科技大學