专利名称：使用宽巷组合的无线电导航信号处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电导航系统或卫星定位领域，尤其涉及一种处理由这样一种系统的卫星发射的无线电导航信号的方法。
背景技术：
诸如GPS (全球定位系统)、Galileo、GLONASS、QZSS, Compass、IRNSS 以及其他的卫星定位系统使用称为“扩频调制(spread spectrummodulation)，，的调制无线电导航信号。这些信号主要承载由周期性重复数字序列形成的伪随机码，其主要功能是允许码分多址(CDMA)以及提供卫星发送的信号传播时间测量。有时，该无线电导航信号也能承载有效载荷。无线电导航信号通过调制中心(载波)频率而形成。就GPS来说，无线电导航信号在频带Ll (中心为1575. 42MHz)及L2 (中心为1227. 6MHz)中传输。在更新GPS时增加频带L5 (中心为1176. 45MHZ)。伽利略星群的卫星将在频带E2-L1-E1 (中间频带Ll中的与 GPS的频带相同的部分)、E5a(依照伽利略术语，其代表指定用于GPS的频带)、E5b (中心为 1207. 14MHZ)及 E6 (中心为 1278. 75MHZ)中传输。能够由接收器实现的基本测量包括码测量和载波相位测量。当然，这些基本测量能够相互结合。码测量精确到1米，而相位测量精确到几毫米。然而，相位测量具有这样的缺点它们仅提供在由卫星发射与接收器之间的载波差分的小数部。因此，由于卫星和接收器之间的完整周期的数目最初是未知的，该相位测量是模糊的。为了能够从相位测量的精确性中得益，接收器必须解决相位测量固有的模糊度。相位模糊度通常由卫星和/或接收器之间的相位测量的微分(单微分或双微分) 来解决。这种微分技术能够消除产生误差(这些误差对于多数测量是普遍的)的那些(非模型(non modelled))原因，从而揭示了在被考虑时可以进一步改善性能的完整信息。然而，这个完整信息由来自于一个或多个基本相位模糊度的差分组成，一般而言不能找出相位的基本模糊度。
发明内容
本发明的目的是提出一种处理无线电导航信号的方法，该方法借助GNNS接收器 (“全球导航卫星系统”的缩写，用在此处以描述为地理定位提供全球覆盖的卫星导航系统) 以增加定位方案的精度。发明的概述在下文中，假设一组卫星(例如，无线电导航卫星群中的卫星，它们或其中一部分从接收器的地理位置是“可见的”)，该组卫星中的每个卫星均在两个不同的频带中发射至少两个无线电导航信号。因此，每个卫星均至少广播第一频率的一个第一无线电导航信号以及与第一频率不同的第二频率的一个第二无线电导航信号。需要确定其地理位置的接收器接收所考虑的该组的每个卫星的第一信号和第二信号，并且还对于该组中的每个卫星执行针对这些信号的非微分码测量和非微分相位测量。应当注意，用在此上下文中的术语“非微分测量”描述了一种既非卫星之间微分也非接收器之间微分的基本测量。众所周知，每个相位测量值均具有先验(priori)未知的整周模糊度。因此，对于每个卫星来说，第一信号及第二信号的相位测量值的“宽巷”组合也具有先验未知的整周模糊度。这个模糊度可在第一频率与第二频率的差的频率周期中表达，并且下文中被称为第一宽巷模糊度(以便将其与在有多于两个的频带时出现的一个或多个其他可能宽巷模糊度进行区分，卫星在这些频带中发送无线电导航信号)。还应该注意，对于所考虑的组中的每个卫星，都存在与该卫星相关的第一宽巷模糊度。根据本发明，处理无线电导航信号的方法还包括以连贯方式为该卫星组确定第一宽巷模糊度的步骤。在该步骤中，需要确定其位置的接收器使用从参考系统接收到的宽巷偏移，该宽巷偏移与该卫星组的卫星相关。该方法还包括以下步骤借助对于接收到的第一信号和第二信号的码测量值和相位测量值以及按照连贯方式确定的第一宽巷模糊度集合来确定接收器的位置。对于该组中每个卫星，确定接收器的位置的动作包括借助消电离层组合(其在噪声方面优化)以及第一信号和第二信号的相位测量值差分和码测量值(其由宽巷模糊度进行补偿)确定伪距。另外，伪距的确定取决于从参考系统接收到的、与消电离层组合相关的卫星时钟值。消电离层组合某种意义上已经被预先确定了，组合的不同项的系数从参考系统侧获知——需要在参考系统层面处获知系数以便于参考系统能够以需要的速率向接收器传输与最优组合相关的卫星时钟值。优化组合的系数可在接收器与参考系统间预先商定，或尽管用于该卫星组也被一次确定。优选地，这些系数的数值被选择作为无线电导航信号噪声特征的函数。可以理解，根据本发明的方法允许克服用于确定一部分基本模糊度的复杂的网络方案。通过获知连贯整数宽巷模糊度集合，使得在接收器层面处除了对于每个频率的两个码测量值之外还使得新的、清晰的可观察量(即，由宽巷模糊度补偿的相位测量值间的差分)可用。对于这三个可观察量组合的分析示出了可能构造给出伪距的组合，对于电离层效应修正(因此，“消电离层”)该伪距，该组合具有比单独使用码测量值的组合更低的噪声。而且，由于该组合基于相位测量值，因此该组合对多径的敏感度较低。该方法可被推广到具有更多频率的系统，例如伽利略情况。对于三频系统来说， 阻塞两个宽巷组合，从而提供五个具有完全不同噪声特征和电离层贡献的独立可观察量 (即，两个宽巷组合和三个码测量)。在三频情况下，所考虑组的每个卫星均在与第一频率和第二频率不同的第三频率上广播第三无线电导航信号。因此，该方法可选地包括在接收器层面处，并且对于该组的每个卫星，接收第三信号以及对接收的第三信号进行非微分码测量和非微分相位测量的方法。由于第三信号的相位测量也具有先验未知的整周模糊度， 第一信号和第三信号的相位测量的宽巷组合具有先验未知的第二宽巷整周模糊度。(注意， 第二信号和第三信号的相位测量的宽巷组合也具有先验未知的宽巷整周模糊度，但是在此并不进行单独讨论，因为它足够转化第一信号和第二信号的名称。)然后，接收器确定用于该卫星组的第二连贯宽巷模糊度集合，从而也基于第三信号的码测量和相位测量以及按照连贯方式对于该卫星组所确定的第二宽巷模糊度来明确接收器的位置。如上所述，在对于卫星组，按照连贯方式对于第一宽巷模糊度和/或第二宽巷模糊度的确定包括由参考系统(例如，地理上明确的参考接收器的网络)接收与卫星相关的宽巷偏移。有利地，接收器根据等式计算对于该卫星组中的每个卫星的用于第一宽巷模糊度的估计值
权利要求
1.一种用于处理来自卫星组的无线电导航信号的方法，在所述卫星组中，每个卫星至少广播第一频率的第一无线电导航信号以及与所述第一频率不同的第二频率的第二无线电导航信号，所述方法在接收器的层面处包括以下动作a)对所述组中的每个卫星接收所述第一信号和所述第二信号；b)对所述组中的每个卫星，执行接收到的所述第一信号和所述第二信号的非微分码测量和非微分相位测量(10)，所述第一信号的相位测量值以及所述第二信号的相位测量值均具有先验未知的整周模糊度，从而所述第一信号的相位测量值和所述第二信号的相位测量值的宽巷组合也具有先验未知的第一宽巷整周模糊度；c)对所述卫星组，通过使用与所述卫星组的卫星相关的、从参考系统中接收的宽巷偏移按照连贯方式确定第一宽巷模糊度(12，13，14)，以及所述方法的特征在于动作d)借助于接收到的所述第一信号的码测量值和相位测量值以及所述第二信号的码测量值和相位测量值、以及对所述卫星组以连贯方式确定的所述第一宽巷模糊度，来确定所述接收器的位置(18)，确定所述接收器的位置的动作包括对于所述卫星组中的每个卫星，用所述码测量值的消电离层组合以及由所述宽巷模糊度补偿的所述第一信号的相位测量值和所述第二信号的相位测量值的差分来确定伪距(16)，所述组合在噪声方面优化，所述伪距的确定还取决于从参考系统接收到的、与所述消电离层组合相关的卫星时钟值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述卫星组按照连贯方式确定所述第一宽巷模糊度包括从参考系统接收与所述卫星组中的卫星相关的宽巷偏移(13)；对于所述卫星组中的每个卫星，根据如下等式计算用于所述第一宽巷模糊度的估计值 (12)
3.根据权利要求2所述的方法，其中，借助来自所述第一宽巷模糊度的所述模型的卫星之间的简单差分来实现所述整数值的确定(14)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一频率和所述第二频率从频率L1、L2、L5和E6中选择。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述组中的每个卫星广播不同于所述第一频率和所述第二频率的第三频率的第三无线电导航信号，其中，对于所述组中的每个卫星，还接收所述第三信号；对于所述组中的每个卫星，执行接收到的所述第三信号的非微分码测量和非微分相位测量，所述第三信号的相位测量值具有先验未知的整周模糊度，从而所述第一信号的相位测量值与所述第三信号的相位测量值的宽巷组合具有先验未知的第二宽巷整周模糊度；对所述卫星组以连贯方式确定第二宽巷模糊度，以及借助于所述第三信号的码测量值和相位测量值、以及对所述卫星组以连贯方式确定的第二宽巷模糊度，来进行确定所述接收器的位置的动作。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，按照与对所述卫星组以连贯方式确定所述第一宽巷模糊度的方式类似的方式实现对所述卫星组以连贯方式确定所述第二宽巷模糊度。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述第三频率从频率Li、L2、L5和E6中选择。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述非微分码测量值中的至少一个具有小于0. 5m的噪声，优选地小于0. 25m。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述非微分码测量中的每一个均具有大于0. 5m的噪声。
10.一种GNSS接收器，其特征在于，用于实现根据权利要求1至9中任一项所述的方法的装置。
11.根据权利要求10所述的GNSS接收器，用于实现所述方法的装置包括存储在所述接收器的存储器中的程序，按照当在接收器中执行所述程序时根据所述方法运行所述接收器的方式来设置所述程序。
全文摘要
本发明涉及一种处理来自卫星的无线电导航信号的方法，这些卫星以两个不同频率广播无线电导航信号，该方法包括接收每个卫星的信号；对于每个卫星，采取非微分码测量和非微分相位测量(10)；使用与卫星相关并接收自参考系统的宽巷偏移在所有卫星上以连贯方式确定宽巷模糊度(12、13、14)；以及使用码测量和相位测量以及连贯的宽巷模糊度对接收器进行地理定位(16、18)。地理定位包括使用码测量的消电离层组合和宽巷模糊度补偿的相位测量中差分确定每个卫星的伪距，该消电离层组合是噪声优化的。为确定伪距，从参考系统接收与消电离层组合相关的卫星时钟值。
文档编号G01S19/07GK102165329SQ200980137312
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年9月23日
发明者丹尼斯·洛里谢斯, 弗拉维安·梅西耶 申请人:国家宇宙研究中心