一种卫星定位完好性检测装置及其算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及属于GNSS组合定位技术，涉及MEMS传感器辅助GNSS导航的算法，尤其涉及一种卫星定位完好性检测装置及其算法。
【背景技术】
[0002]目前在市场上流通的全球导航卫星系统(GNSS)接收机，可以在大多数地面环境中提供良好的定位效果。但当接收机进入卫星信号衰减变形严重的环境中(如森林环境、城市密集区、峡谷地带)，接收机合成的卫星测量值数目会减少，且可能存在比较大的误差，从而导致接收机无法给出定位结果，或者解算的定位结果不准确。为了保证接收机在卫星信号状况较差的情况下仍能具备较好的定位精度，可以在接收机模块中集成MEMS传感器，用于向接收机的定位解算程序提供辅助信息。
[0003]因此，本领域的技术人员可以在这个基础上，构造和开发出一种新的定位完好性判断算法。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明设计一种卫星定位完好性检测装置及其算法，以使接收机能识别出错误的定位结果并加以排除，从而提供完好的定位结果，提升客户体验。
[0005]在本发明的较佳实施方式中，所述技术方案包括:一种卫星定位完好性检测的算法，该算法包括以下步骤:
[0006]步骤1:对气压计所输出的测量数据进行处理和缓存，并检测其是否存在突变，如果存在突变，则不使用高度辅助，直接进入普通定位解算；
[0007]步骤2:加入高度辅助算式进行定位解算，完成后统计高度辅助算式对应测量值残差的大小，与所有测量值残差的平方和；
[0008]步骤3:对可用卫星数目加以统计，仅当可用卫星数目至少可满足独立定位要求时，进行下一步检测；
[0009]步骤4:将高度辅助算式对应的测量值残差，和所有测量值残差平方和，与相应的阈值进行比对，完成定位完好性判断，实现判断卫星信号遮挡状况。
[0010]进一步地，步骤I中所述的对气压计的测量数据进行处理和缓存，主要是将气压计输出的气压值转换为接收机所处位置的高度值，并加以缓存。
[0011]进一步地，步骤I中所述的检测气压计所输出的测量数据是否存在突变，主要是将其与前一测量历元的测量值作差，并将该差值与某一阈值Tb进行比较，如果存在突变，则不使用高度辅助，直接进入普通定位解算。
[0012]进一步地，阈值Tb的数值选取，可以是对MEMS气压计对应的平稳测量值噪声σ b进行按比例放大。
[0013]进一步地，所述定位解算的方法是最小二乘法或者其他算法。
[0014]进一步地，步骤4中所述的判断卫星信号遮挡状况的方法，具体如下:
[0015]如果高度变化的残差超过一定阈值，则提示接收机定位精度较差，不予输出；
[0016]如果高度变化的残差在允许范围内，但整体残差平方和超过一定阈值，则提示接收机定位精度较差，不予输出；
[0017]如果残差均在允许范围内，则提示接收机定位精度良好。
[0018]—种卫星定位完好性检测的装置，所述装置包括多模天线102、射频信号处理模块103、数字信号处理模块104、气压计105、定位解算模块106以及定位完好性检测模块107构成，所述多模天线102与射频信号处理模块103连接，所述射频信号处理模块103输出端与数字信号处理模块104连接，所述数字信号处理模块104输出端与定位解算模块106连接，所述气压计105输出端与定位解算模块106连接，所述气压计105输出端、定位解算模块106输出端与定位完好性检测模块107连接。
[0019]进一步地，多模天线，负责接收来自卫星星座发出的射频信号，并将其传递给射频信号处理模块；
[0020]射频信号处理模块，将接收到的射频信号转换为数字中频信号，并送至数字信号处理模块；
[0021]数字信号处理模块，负责对中频信号进行捕获和跟踪，解调得到测量值和导航电文；
[0022]定位解算模块，负责对卫星测量值以及里程计输出的信息进行处理，并计算得到当前接收机的位置、速度和时间信息；
[0023]气压计，独立于GNSS接收机的状态工作，并实时向接收机提供当前的气压信息；
[0024]定位完好性检测模块，结合接收机在定位结算过程中得到的定位结果及测量值残差等信息，给出接收机的定位结果是否良好的判断。
[0025]进一步地，所述气压计为MEMS气压计。
[0026]进一步地，所述多模天线接收来自多个GNSS卫星星座101的射频信号。
[0027]本发明设计一种卫星定位完好性检测装置及其算法，本发明在卫星信号接收机模块中集成MEMS气压计，用于向接收机的定位解算程序提供辅助信息，MEMS气压计可以独立于GNSS接收机模块工作，并实时输出当前接收机所在位置的气压值。该值可以转换为接收机所在的高度值，这个高度值具有较高的精度，在复杂环境中可以对GNSS定位解算提供辅助。在定位解算完成后，高度辅助算式可以提供更多的参考信息，有利于对定位结果的良好性判断，以使接收机能识别出错误的定位结果并加以排除，从而提供完好的定位结果，提升客户体验。
[0028]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的集成MEMS气压计的GNSS导航接收机的示意图；
[0030]图2是本发明对带有MEMS气压计辅助的GNSS接收机定位完好性检测方案的总流程图。
【具体实施方式】
[0031]如图1所示，是一个集成有MEMS气压计器件的GNSS导航接收机实现定位的示意图。GNSS接收机通过多模天线102接收来自多个GNSS卫星星座101的射频信号，并在射频处理模块103中将其转变为可由数字信号处理器直接处理的数字中频信号。数字信号处理模块104对数字中频信号进行处理，对各颗卫星的信号进行捕获和跟踪，解调出导航电文并获取到卫星的测量值信息。集成在GNSS接收机模块中的MEMS气压计105以独立于GNSS接收机的状态工作，并实时向接收机提供当前的气压信息。
[0032]定位解算模块106负责对卫星测量值以及气压计输出的气压信息进行处理，并计算得到当前接收机的位置、速度和时间信息。气压计输出的气压信息通过公式转换为当前接收机的高度值hb，作为GNSS接收机定位算法的辅助测量值。定位完好性检测模块107则结合接收机在定位结算过程中得到的定位结果及测量值残差等信息，给出接收机的定位结果是否良好的判断。
[0033]图2描述了接收机对本次给出的定位结果进行检测的流程图。
[0034]首先，在接收机内部建立软件寄存器201，对由MEMS气压计105输出的气压信息计算得到的高度值hb进行分时存储，并当新测量历元的高度值进入寄存器201时，在步骤202中将其与历史值(一般为前一测量历元的测量值)作差，并在步骤203中将该差值与某一阈值Tb进行比较。