基于伪距的多模gnss接收机的可靠定位方法
【专利摘要】本发明公开一种基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，多模GNSS接收机接收GNSS卫星信号，先得到GNSS卫星信号的伪距和导航电文；再将不同类型的伪距和导航电文统一到相同的时间和空间坐标上；后对经过坐标转换后的伪距和导航电文进行误差修正；当可见卫星的数目为4颗或4颗以上时，直接用实测的伪距完成接收机的定位解算；当可见卫星的数目为3颗或3颗以下时，先采用广义延拓插值对伪距进行外推，后再用外推出的伪距完成接收机的定位解算；3)当可见卫星的数目为5颗或超过5颗时，多模GNSS接收机还采用奇偶矢量法、扩展卡尔曼滤波法或无损卡尔曼滤波法来完成接收机自主完好性检测的过程。
【专利说明】基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法。
【背景技术】
[0002]具有多模接收功能的GNSS(全球导航卫星系统)接收机的可用卫星数增多，可以选择卫星几何布局更佳的卫星实现定位解算，相比采用单一系统定位的接收机将带来更高的定位精度、可用性、连续性、可靠性和稳定性。随着卫星导航技术的发展、成熟和导航在军事、民用领域的应用的拓展，多模接收机将成为接收机的发展方向。
[0003]国外对GNSS接收机的研究是伴随着美国GPS和俄罗斯GL0NASS导航系统的建设过程同步开展的，目前，国外GNSS多模接收机技术已经逐渐成熟，形成了系列产品，在集成度和处理能力上均达到了很高的水平。国内对GNSS多模接收机的研究是从上世纪90年代初开始的，最初是在一些测绘相关的科研院所和一些大学的相关专业，研究的内容也限于对GPS导航系统及导航接收机的工作原理进行跟踪研究。目前，国内一些公司和一些科研院所已经实现了 GNSS多模接收机从射频前端到解调基带的芯片化，研制出的GNSS双/多模接收机产品，具有多种定位模式，定位精度和完好性较之传统单频导航接收机有了较大提高，但是无/欠星情况下的多模GNNS可靠定位方面的研究相对较少，也没有见到相关的研究成果。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的是提供的一种基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，其能够实现多模GNSS在无星或欠星情况下的定位，从而提高多模GNSS接收机的整体定位精度、可用性、连续性、可靠性和稳定性等指标。
[0005]为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1，多模GNSS接收机接收GNSS卫星信号；这些GNSS卫星信号先经下变频后和基带信号处理后得到GNSS卫星信号的伪距和导航电文；再对不同类型的伪距和导航电文进行时间和空间坐标转换，将其统一到相同的时间和空间坐标上；后对经过坐标转换后的伪距和导航电文进行误差修正；
[0008]步骤2，多模GNSS接收机根据接收到GNSS卫星信号判断该多模GNSS接收机的可见卫星的数目；
[0009]I)当可见卫星的数目为4颗或4颗以上时，直接用实测的伪距完成接收机的定位
解算；
[0010]2)当可见卫星的数目为3颗或3颗以下时，先采用广义延拓插值对伪距进行外推，后再用外推出的伪距完成接收机的定位解算。
[0011]本发明除了能够实现定位解算之外，还可以在可见卫星的数目为5颗或超过5颗时，还采用奇偶矢量法、扩展卡尔曼滤波法或无损卡尔曼滤波法来完成接收机自主完好性检测的过程。
[0012]所述步骤2中，采用扩展卡尔曼滤波法或无损卡尔曼滤波法来实现接收机的定位解算。
[0013]所述步骤2中，采用无损卡尔曼滤波法来实现接收机的定位解算。
[0014]所述步骤I中，GNSS卫星信号为美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的GaliIeo和/或中国的BD2信号。
[0015]与现有技术相比，本发明的伪距定位是依据可见卫星数目来设计的:当可见卫星数为5颗或超过5颗时，采用奇偶矢量法或UKF法来实现RAIM ；当可见卫星为4颗或超过4颗时，采用UKF法来实现接收机的伪距定位，当可见卫星数少于4颗时，先采用伪距广义延拓外推法来实现航迹推算，再采用UKF法来实现接收机的伪距定位。通过多模GNSS接收机所测得的伪距来联合定位、接收机自主完好性监测(RAM)和航迹推算等算法设计，从而能够完成单星座或多星座的兼容定位算法(PVT)，以提高多模GNSS接收机的定位精度、可用性、连续性、可靠性和稳定性等指标。但是本方法主要是利用这三种方法在收到不同可见卫星数情况下，保证接收机能可靠定位，而且还可以进行接收机完好性检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为在无星或欠星情况下的多模GNSS可靠定位方法的原理框图。
【具体实施方式】
[0017]一种基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，包括如下步骤:
[0018]步骤1，多模GNSS接收机接收GNSS卫星信号；这些GNSS卫星信号先经下变频后和基带信号处理后得到GNSS卫星信号的伪距和导航电文；再对不同类型的伪距和导航电文进行时间和空间坐标转换，将其统一到相同的时间和空间坐标上；后对经过坐标转换后的伪距和导航电文进行误差修正；
[0019]步骤2，多模GNSS接收机根据接收到GNSS卫星信号判断该多模GNSS接收机的可见卫星的数目；
[0020]I)当可见卫星的数目为4颗或4颗以上时，直接用实测的伪距完成接收机的定位
解算；
[0021 ] 2)当可见卫星的数目为3颗或3颗以下时，先采用广义延拓插值对伪距进行外推，后再用外推出的伪距完成接收机的定位解算。
[0022]3)当可见卫星的数目为5颗或超过5颗时，多模GNSS接收机还采用奇偶矢量法、扩展卡尔曼滤波法或无损卡尔曼滤波法来完成接收机自主完好性检测的过程。
[0023]一种在无星或欠星情况下的多模GNSS可靠定位系统总体设计方案如图1所示，GNSS信号处理模块同时接收BD2、GPS、GLONASS和Galileo等信号，信号经下变频后进行基带信号处理的信号捕获和跟踪，输出伪距观测量和卫星导航电文，伪距观测量经时间和空间坐标的转换后输出，此外输出的伪距观测量还需进一步进行误差修正，如三频电离层误差消除及对流层模型修正等。伪距定位算法是依据可见卫星数目来设计的:当可见卫星数为5颗或超过5颗时，采用奇偶矢量法或UKF法来实现RAIM ；当可见卫星为4颗或超过4颗时，采用UKF法来实现接收机的伪距定位，当可见卫星数少于4颗时，先采用伪距广义延拓外推法来实现航迹推算，再采用UKF法来实现接收机的伪距定位。
[0024]下面针对每种算法分别详述其实现的技术途径:
[0025]1、GNSS多模伪距联合定位解算
[0026]GPS卫星定位解算是根据伪距、伪距增量等测量值，计算接收机的位置P、速度V和时间T等信息的过程。目前实时定位解算中最为常用的两种方法为迭代最小二乘算法(ILS)和扩展卡尔曼滤波(EKF)。但是，这两种方法都需要先线性化，这样，就会带来线性化误差，严重时造成定位发散。本发明采用采用无损卡尔曼滤波(UKF)方法来解决。
[0027]定位解算的系统模型
[0028]卫星定位解算的系统模型包括状态模型和观测模型两部分。令向量y1、Xi分别表示系统模型的测量值和系统状态参量:
【权利要求】
1.基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，其特征是，包括如下步骤: 步骤1，多模GNSS接收机接收GNSS卫星信号；这些GNSS卫星信号先经下变频后和基带信号处理后得到GNSS卫星信号的伪距和导航电文；再对不同类型的伪距和导航电文进行时间和空间坐标转换，将其统一到相同的时间和空间坐标上；后对经过坐标转换后的伪距和导航电文进行误差修正； 步骤2，多模GNSS接收机根据接收到GNSS卫星信号判断该多模GNSS接收机的可见卫星的数目； 1)当可见卫星的数目为4颗或4颗以上时，直接用实测的伪距完成接收机的定位解算； 2)当可见卫星的数目为3颗或3颗以下时，先采用广义延拓插值对伪距进行外推，后再用外推出的伪距完成接收机的定位解算。
2.根据权利要求1所述的基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，其特征是，所述步骤2还进一步包括:3)当可见卫星的数目为5颗或超过5颗时，多模GNSS接收机还采用奇偶矢量法、扩展卡尔曼滤波法或无损卡尔曼滤波法来完成接收机自主完好性检测的过程。
3.根据权利要求1所述的基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，其特征是，所述步骤2中，采用扩展卡尔曼滤波法或无损卡尔曼滤波法来实现接收机的定位解算。
4.根据权利要求1所述的基于伪距的多模GNSS接收机的可靠定位方法，其特征是，所述步骤2中，GNSS卫星信号为GPS、Glonass, Galileo和/或BD2信号。
【文档编号】G01S19/42GK104035113SQ201410295547
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】孙希延, 孙希刚, 纪元法, 邓洪高, 符强, 严素清, 吴孙勇, 王守华, 肖建明, 廖桂生 申请人:桂林电子科技大学