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一种北斗和GPS卫星 信号接收的正直性监测和判决方法

阅读：341发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种北斗和GPS双模卫星信号接收的正直性监测和判决方法，在传统的功率或信噪比判决方法上，提出基于卫星信号跟踪环路输出的测量值及PVT解算后的后验信息进行结合判决的正直性判决方法，本方法能有效剔除噪声或波动较大的卫星信号，使参与PVT解算的卫星整体质量可靠性更高，从而保证PVT解算的精度持续收敛在一个较好的范围，并明显更大比例地保证了整体接收处于持续稳定性地PVT解算运行。，下面是一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过捕获和跟踪建立当前可见卫星信号接收和解调的信号处理通道，并对各通道的卫星信号进行实时跟踪、测量值计算和更新、特征值计算和更新、解调的电文内容及各信息更新时对应的计时信息；
S2、每次PVT解算时刻，提取各卫星信号处理通道的实时测量值、特征值、电文及信息更新时对应的计时信息；并计算出各卫星信号信息时刻与PVT解算时刻的时间差；
S3、利用每个通道提取的信号载噪比、跟踪环路带宽、相干积分时间、相关器码宽、码片最小分辨率、计时信息参数，计算通道对应卫星的噪声误差均方差；同时对实施噪声误差均方差与理论均方差的倍率关系进行一次判决并标记：归一化后的倍率接近1的卫星可靠置信度量值越大，反之越小；
S4、建立PVT解算输出的PVT信息噪声均方差统计的滑动窗口，将PVT信息噪声均方差与通道误差均方差倍率关系进行二次判决并标记：归一化后的比例越接近1的卫星可靠置信度量值越大，反之越小；
S5、将两次判决的置信度量值、载噪比、信号功率值作为输入，进行加权，得到加权置信度量值，度量值超出阈值的星选入当前的PVT计算；
其中，s1～s4为加权因子系数，和为归一化处理后的载噪比
度量值，和为归一化处理后的功率度量值；
S6、对当前PVT计算结果进行后处理后，更新PVT信息的噪声均方差统计；并返回S1进行下一周期的PVT解算处理过程。
2.如权利要求1所述的北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法，其特征在于，步骤S3还包括：
S3.1利用各信道信息更新时刻与PVT解算时刻之间的时间差，将各通道信息插值补齐到PVTcnt(t)时刻对应的通道值，补偿的一般性方法为，时刻t更新的信息基础上，加上信息引入的变化量，由于计算时间就已考虑到了本地的钟漂，在补偿时，就可以不对钟漂引入的误差做进一步补偿；
S3.2对于测量值和特征量的噪声误差均方差利用各通道信息更新为最小时间单位的M个数值进行统计计算；由于所有的测量值最终误差都可以转换为测距码的误差，因此，理论方差公式以BDS为例给出如下，GPS做同样计算：
其中，A1、A2为常数系数，B为与射频带宽相关的常数系数；
以两者方差相除得到倍率比值，在较理想信号环境下，倍率比值会小于2.7；实际应用时，由于环境变化，射频及模拟前端的非理想接收，接收机热燥因素，此值会随环境变化，因此，判决的阈值应适配环境进一步做动态的滤波进行对应调整；
S3.3进一步地，判决阈值输出后，置信度量值以倍率比值作为最大权重，高度角比值作为调整权重，将所有置信度量值归一化后作为一次判决的置信度量值输出。
3.如权利要求1所述的北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法，其特征在于，步骤S4包括：
S4.1 PVT信息噪声均方差统计，主要是位置、速度、时间的信息进行统计；由于在空间向量模型中，测量值的噪声误差会反映到伪距测量误差，而伪距误差会对应投影到位置坐标平面上；而伪距波动的误差会对应投影到速度坐标平面上；钟差和钟漂仅与接收机本身器件的电子特性有关，因此，在统计窗口内，将钟差和钟漂设为统计常量，对位置和速度的计算误差进行均方差统计；特别指出的是，由于最终输出会结合先验和后验的加权或INS的输入，因此，此处统计为PVT解算输出；
S4.2将PVT输出的位置误差均方差统计量与S3的各卫星的测量误差均方差进行比例对比，若偏差倍率与各卫星与接收机前后从PVTcnt(t-1)时刻转换到PVTcnt(t)时刻的角度偏转投影的比例一致，则比例一致性越高认为当前卫星置信度量值高；反之，则认为卫星置信度量值低；利用比例值总和对卫星置信度量值进行归一化处理。

说明书全文

一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法。

背景技术

[0002] 北斗和GPS卫星导航系统均为空间多星座轨道运行系统，其卫星信号均为基于CDMA直接序列扩频技术的卫星广播信号。北斗和GPS系统中，卫星和接收机存在空间运动和相对论效应，其接收机需要基于空间多卫星星座的信号进行实时跟踪和测量，以获得准确的通道特征参数和测量量，才能进行无源定位、定速、定时(PVT)的计算和应用。由于卫星轨道距离地面有相当的距离，卫星信号到达地面时，信号强度很弱，甚至很多情况下都淹没在环境噪声里，再加上穿越大气层所带来的电离层和对流层等非线性损失，以及最终达到地面时地面环境的复杂性，等等，这些情况都会在卫星信号接收过程中引入各种噪声或干扰，导致信号接收质量不稳定。当接收质量较差的卫星参与到PVT解算是，就会导致解算精度下降，严重时会导致解算发散或系统运行崩溃重启。

[0003] 另一方面，卫星的使用寿命一般在10-12年。现阶段，北斗卫星导航系统正处于第三步战略发展阶段，成功发射51颗北斗卫星，实现了全球覆盖，也处于系统调试和试点服务测试阶段；GPS卫星导航系统处于陆续发射替换卫星，发展三代新卫星的阶段；均形成了多代卫星并存的情况。因此，对卫星信号接收的正直性监测和判决的必要性和可靠性，从而对PVT解算的精度、稳定性、可靠性，都提出了更高的要求。北斗卫星处于建设调试过渡阶段，可能会出现的卫星信号广播变化；实际信号接收过程中接收机射频模拟前端及电气的非理想特性引入的信号变化，这些情况都会影响对卫星信号接收的正直性监测和判决的可靠性，从而直接影响参与PVT解算的卫星信号集合的可靠性，并最终导致解算结果的精度不高，或波动较大，系统整体输出的稳定性和可靠性的问题。

发明内容

[0004] 本发明目的是为了解决现有技术中存在的问题，在传统的功率或信噪比判决方法上，提出一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法。

[0005] 本发明提出的一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法，包括以下内容：S1、通过捕获和跟踪建立当前可见卫星信号接收和解调的信号处理通道，并对各通道的卫星信号进行实时跟踪、测量值计算和更新、特征值计算和更新、解调的电文内容及各信息更新时对应的计时信息。

[0006] S2、每次PVT解算时刻，提取各卫星信号处理通道的实时测量值、特征值、电文及信息更新时对应的计时信息等；并计算出各卫星信号信息时刻与PVT解算时刻的时间差。

[0007] S3、利用每个通道提取的信号载噪比、跟踪环路带宽、相干积分时间、相关器码宽、码片最小分辨率、计时信息等参数，计算通道对应卫星的噪声误差均方差；同时对实施噪声误差均方差与理论均方差的倍率关系进行一次判决并标记：归一化后的倍率接近1的卫星可靠置信度量值越大，反之越小。

[0008] S4、建立PVT解算输出的PVT信息噪声均方差统计的滑动窗口，将PVT信息噪声均方差与通道误差均方差倍率关系进行二次判决并标记：归一化后的比例越接近1的卫星可靠置信度量值越大，反之越小。

[0009] S5、将两次判决的置信度量值、载噪比、信号功率值作为输入，进行加权，得到加权置信度量值，度量值超出阈值的星选入当前的PVT计算；

[0010]

[0011] 其中，s1～s4为加权因子系数，和为归一化处理后的载噪比度量值，和为归一化处理后的功率度量值。

[0012] S6、对当前PVT计算结果进行后处理后，更新PVT信息的噪声均方差统计；并返回S1进行下一周期的PVT解算处理过程。

[0013] 优选地，步骤S3还包括：S3.1利用各信道信息更新时刻与PVT解算时刻之间的时间差，将各通道信息插值补齐到PVTcnt(t)时刻对应的通道值，补偿的一般性方法为，时刻t更新的信息基础上，加上信息引入的变化量；由于计算时间就已考虑到了本地的钟漂，在补偿时，就可以不对钟漂引入的误差做进一步补偿。

[0014] S3.2对于测量值和特征量的噪声误差均方差利用各通道信息更新为最小时间单位的M个数值进行统计计算；由于所有的测量值最终误差都可以转换为测距码的误差，因此，理论方差公式以BDS为例给出如下，GPS做同样计算。

[0015]

[0016] 其中，A1、A2为常数系数，B为与射频带宽相关的常数系数。

[0017] 以两者方差相除得到倍率比值，一般地，较理想信号环境下，倍率比值会小于2.7；但实际应用时，由于环境变化，射频及模拟前端的非理想接收，接收机热燥等因素，此值会随环境变化，因此，判决的阈值应适配环境进一步做动态的滤波进行对应调整；

[0018] S3.3进一步地，判决阈值输出后，置信度量值以倍率比值作为最大权重，高度角比值作为调整权重，将所有置信度量值归一化后作为一次判决的置信度量值输出。

[0019] 优选地，步骤S4包括：S4.1 PVT信息噪声均方差统计，主要是位置、速度、时间的信息进行统计；由于在空间向量模型中，测量值的噪声误差会反映到伪距测量误差，而伪距误差会对应投影到位置坐标平面上；而伪距波动的误差会对应投影到速度坐标平面上；钟差和钟漂仅与接收机本身器件的电子特性有关，因此，在统计窗口内，将钟差和钟漂设为统计常量，对位置和速度的计算误差进行均方差统计。特别指出的是，由于最终输出会结合先验和后验的加权或INS的输入，因此，此处统计为PVT解算输出；

[0020] S4.2将PVT输出的位置误差均方差统计量与S3的各卫星的测量误差均方差进行比例对比，若偏差倍率与各卫星与接收机前后从PVTcnt(t-1)时刻转换到PVTcnt(t)时刻的角度偏转投影的比例一致，则比例一致性越高认为当前卫星置信度量值高；反之，则认为卫星置信度量值低。利用比例值总和对卫星置信度量值进行归一化处理。

[0021] 本发明的有益效果包括：本发明能有效剔除噪声或波动较大的卫星信号，使参与PVT解算的卫星整体质量可靠性更高，从而保证PVT解算的精度持续收敛在一个较好的范围，并明显更大比例地保证了整体接收处于持续稳定性地PVT解算运行。附图说明

[0022] 图1是本发明提出的一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性判决方法的处理步骤流程图。

[0023] 图2是本发明实施例方法的某一参数设置下的不同信号质量理论误差曲线图。

[0024] 图3是本发明实施例方法前后不同选星方法下的某一段定位轨迹对比。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

[0026] 如图1所示，为本发明提供的一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性判决方法的处理步骤流程图。

[0027] 本优选实施例具体包括以下步骤：

[0028] 步骤S1、接收机对接收的卫星信号进行捕获和跟踪，能被成功捕获和跟踪的卫星即为可见卫星。接收机建立各可见卫星的信号处理通道，实时跟踪各可见卫星的信号，并实时更新和输出：

[0029] 测量值：包括但不限于：码相位和和载波相位和

[0030] 特征值：包括但不限于：多普勒频率和信号功率和载噪比和跟踪环路带宽和相干积分
和相关器码宽和码片最小分辨率和

[0031] 卫星电文：包括星历和历书中各卫星、轨道、大气层等参数；

[0032] 计时信息：(1)(2)值更新的系统计时参数和

[0033] 其中，k对应第k颗北斗卫星，n对应第n颗GPS卫星，t表示当前信息对应的定位解算时间历元周期边界对应的时刻。

[0034] S2、每次PVT解算时刻，提取各卫星信号处理通道的实时测量值、特征值、电文及信息更新时对应的计时信息等；并计算出各卫星信号信息时刻与PVT解算时刻的时间差；

[0035]

[0036] 其中，Fs为系统采样时钟频率，为本地时钟钟漂的L个滑动平均。

[0037] S3、利用每个通道提取的信号载噪比、跟踪环路带宽、相干积分时间、相关器码宽、码片最小分辨率、计时信息等参数，计算通道对应卫星的噪声误差均方差；同时对实施噪声误差均方差与理论均方差的倍率关系等进行一次判决并标记：归一化后的倍率接近1的卫星可靠置信度量值越大，反之越小。

[0038] S3.1利用时间差和将当前通道信息插值补齐到PVTcnt(t)时刻对应的通道值，补偿的一般性方法为，时刻t更新的信息基础上，加上信息引入的变化量。由于计算时间就已考虑到了本地的钟漂，在补偿时，就可以不对钟漂引入的误差做进一步补偿。因此，码相位的插值公式可表达如下，载波相位也可如是补偿。

[0039]

[0040] S3.2对于测量值和特征量的噪声误差均方差利用各通道信息更新为最小时间单位的M个数值进行统计计算；由于所有的测量值最终误差都可以转换为测距码的误差，因此，理论方差公式以BDS为例给出如下，GPS做同样计算：

[0041]

[0042] 其中，A1、A2为常数系数，B为与射频带宽相关的常数系数。

[0043] 以两者方差相除得到倍率比值，一般地，较理想信号环境下，倍率比值会小于2.7；但实际应用时，由于环境变化，射频及模拟前端的非理想接收，接收机热燥等因素，此值会随环境变化，因此，判决的阈值应适配环境进一步做动态的滤波进行对应调整。

[0044] S3.3进一步地，判决阈值输出后，置信度量值以倍率比值作为最大权重，高度角比值作为调整权重，将所有置信度量值归一化后作为一次判决的置信度量值输出。

[0045] S4、建立PVT解算输出的PVT信息噪声均方差统计的滑动窗口，将PVT信息噪声均方差与通道误差均方差倍率关系进行二次判决并标记：归一化后的比例越接近1的卫星可靠置信度量值越大，反之越小。

[0046] S4.1 PVT信息噪声均方差统计，主要是位置、速度、时间的信息进行统计；由于在空间向量模型中，测量值的噪声误差会反映到伪距测量误差，而伪距误差会对应投影到位置坐标平面上；而伪距波动的误差会对应投影到速度坐标平面上；钟差和钟漂仅与接收机本身器件的电子特性有关，因此，在统计窗口内，将钟差和钟漂设为统计常量，对位置和速度的计算误差进行均方差统计。特别指出的是，由于最终输出会结合先验和后验的加权或INS的输入，因此，此处统计为PVT解算输出。

[0047] S4.2将PVT输出的位置误差均方差统计量与S3的各卫星的测量误差均方差进行比例对比，若偏差倍率与各卫星与接收机前后从PVTcnt(t-1)时刻转换到PVTcnt(t)时刻的角度偏转投影的比例一致，则比例一致性越高认为当前卫星置信度量值高；反之，则认为卫星置信度量值低。利用比例值总和对卫星置信度量值进行归一化处理。

[0048] S5、将两次判决的置信度量值、载噪比、信号功率值作为输入，进行加权，得到加权置信度量值，度量值超出阈值的星选入当前的PVT计算；

[0049]

[0050] 其中，s1～s4为加权因子系数，和为归一化处理后的载噪比度量值，和为归一化处理后的功率度量值。

[0051] S6、对当前PVT计算结果进行后处理后，更新PVT信息的噪声均方差统计；并返回S1进行下一周期的PVT解算处理过程。

[0052] 本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

[0053] 尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其做出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

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