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使用多个天线为全球导航卫 星系统进行 信号故障检测

阅读：0发布：2021-03-01

专利汇可以提供使用多个天线为全球导航卫星系统进行信号故障检测专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明题为“使用多个天线为全球导航卫星系统进行信号故障检测”。本发明提供了一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统。至少一个控制器被配置为：确定与在多个间隔开的天线中的每个天线处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果；解算真实载波相位测量结果差值的整数模糊度；以及基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，计算第一导航解决方案的至少一个变量。所述至少一个控制器被进一步配置为应用解决方案分离过程以重复地：计算第二导航解决方案的所述至少一个变量；确定所述第二导航解决方案中的所述至少一个变量与所述第一导航解决方案中的所述至少一个变量之间的差值；以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测卫星信号中的故障。，下面是使用多个天线为全球导航卫星系统进行信号故障检测专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统，所述系统包括：
多个间隔开的天线(110)；
至少一个估算器(106)；
至少一个存储器(105)，所述至少一个存储器用于至少存储操作指令；和至少一个控制器(102)，所述至少一个控制器(102)被配置为实现存储在所述至少一个存储器(105)中的所述操作指令以：
确定与在所述多个间隔开的天线(110)中的每个天线(110)处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果，
对于由所述多个间隔开的天线(110)所接收的来自多个卫星(120)中的一个卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果，以及
基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器(106)计算第一导航解决方案的至少一个变量；并且
所述至少一个控制器(102)被进一步配置为实现所述至少一个存储器(105)中的操作指令以应用解决方案分离过程以重复地：
移除与所述多个卫星(120)中的选定卫星(120)相关联的所有卫星信号，
对于来自所述剩余卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，
基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第二导航解决方案的所述至少一个变量，
确定所述第二导航解决方案中所计算的至少一个变量和所述第一导航解决方案中所计算的至少一个变量之间的差值，以及
当所确定的差值超过限定阈值时，检测所述卫星信号中的故障。
2.一种用于为基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航解决方案提供信号故障检测的系统，所述导航解决方案包括姿态和航向，所述系统包括：
多个天线(110)，所述多个天线(110)被配置为接收多个所述卫星信号；和系统控制器(102)，所述系统控制器被配置为：
确定每个所接收的卫星信号和天线(110)的至少真实载波相位测量结果，实现第一估算器(106)以至少部分地基于获得自跨所述多个天线(110)的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第一导航解决方案估算，实现解决方案分离功能，所述解决方案分离功能重复地包括：
移除与选定卫星(120)相关联的所有卫星信号，
确定来自所述剩余卫星信号的真实载波相位测量结果，
实现第二估算器(106)以至少部分地基于来自所述剩余卫星信号的获得自跨所述多个天线(110)的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第二导航解决方案估算，
当在计算所述第一导航解决方案估算和所述第二导航解决方案估算中使用不同的GNSS接收器来跟踪每个天线(110)的所述卫星信号时，使用接收器钟差值的估算状态；以及在所述第一导航解决方案变量中的所述至少一者与所述第二导航解决方案变量中的所述至少一者之间的差值的量值超过阈值的情况下，检测所述卫星信号中的故障。
3.一种为基于全球导航卫星系统(GNSS)的姿态和航向提供信号故障检测的方法，所述方法包括：
在多个天线(110)处接收来自多个卫星(120)的多个卫星信号；
确定每个所接收的卫星信号的真实载波相位测量结果；
对于来自卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果；
基于所述第一组解算的整数模糊度测量结果，计算第一姿态和第一航向中的至少一者；以及
应用解决方案分离，所述解决方案分离重复地包括：
移除与所述多个卫星(120)中的选定卫星(120)相关联的所有卫星信号，
对于来自所述剩余卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，
基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，计算第二姿态和第二航向中的至少一者，
确定所计算的第二姿态和第二航向中的至少一者与所计算的第一姿态和第一航向中的至少一者之间的差值，以及
当所确定的差值超过限定阈值时，检测所述卫星信号中的故障。

说明书全文

使用多个天线为全球导航卫星系统进行 信号故障检测

背景技术

[0001] 安全的飞行器行进需要确定高度和航向信息。全球定位系统姿态和航向参考系统(GPAHRS)可用于确定动态条件(诸如转弯和速度改变)下的航向。然而，在直线行进路径中，来自低成本(低级)GPAHRS的航向解决方案的准确度是不可靠的。因此，通常以直行和水平行进为主的商业飞行需要独立的航向传感器。传统上，磁力仪已被用作航向传感器以提供航向解决方案。然而，磁力仪的使用具有局限性。一种局限性发生在经常穿越极地区域的长途商业飞行中，在这些极地区域处，磁场不适合用于航向确定。另一种局限性是磁力仪价格昂贵且对安装环境敏感。因此，优选了替代方法。一个解决方案是使用两个或更多个天线来使用全球导航卫星系统(GNSS)以基于天线之间的真实载波相位差值来确定姿态和航向。然而，需要一种用于基于这种类型的系统来最好地确保姿态和航向解决方案的完整性的方法。发明内容

[0002] 以下发明内容是以举例的方式而不是限制的方式作出的。提供发明内容的目的仅仅是有助于读者理解所述主题的一些方面。实施方案包括用多个天线使全球导航卫星系统(GNSS)实现故障检测的方法和系统。

[0003] 实施例1是一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统。该系统包括多个间隔开的天线、至少一个估算器、至少一个存储器以及至少一个控制器，所述至少一个存储器用于至少存储操作指令。所述至少一个控制器被配置为实现存储在所述至少一个存储器中的操作指令以：确定与在所述多个间隔开的天线中的每个天线处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果；对于由所述多个间隔开的天线所接收的来自多个卫星中的一个卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果；以及基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第一导航解决方案中的至少一个变量。所述至少一个控制器被进一步配置为实现所述至少一个存储器中的操作指令以应用解决方案分离过程以重复地：移除与所述多个卫星中的选定卫星相关联的所有卫星信号；对于来自剩余卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果；基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第二导航解决方案中的所述至少一个变量；确定第二导航解决方案中所计算的至少一个变量和第一导航解决方案中所计算的至少一个变量之间的差值；以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测来自选定卫星的卫星信号中的故障。

[0004] 在另一个实施方案中，提供了一种用于为基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航解决方案(包括姿态和航向的至少一者)提供信号故障检测的系统。该系统包括被配置为接收多个卫星信号的多个天线和系统控制器。该系统控制器被配置为确定每个所接收的卫星信号和天线的至少真实载波相位测量结果，实现第一估算器以至少部分地基于获得自跨所述多个天线的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第一导航解决方案估算，实现解决方案分离功能，该解决方案分离功能重复地包括：移除与选定卫星相关联的所有卫星信号；确定来自剩余卫星信号的真实载波相位测量结果；实现第二估算器以至少部分地基于来自剩余卫星信号的获得自跨所述多个天线的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第二导航解决方案估算；当在计算第一导航解决方案估算和第二导航解决方案估算中使用不同的GNSS接收器来跟踪每个天线的卫星信号时，使用接收器钟差值的估算状态；以及在第一导航解决方案变量中的至少一者与第二导航解决方案变量中的至少一者之间的差值的量值超过阈值的情况下，检测卫星信号中的故障。

[0005] 在又一个解决方案中，提供了一种为基于全球导航卫星系统(GNSS)的姿态和航向提供信号故障检测的方法。该方法包括：用多个天线接收多个卫星处的多个卫星信号；确定每个所接收的卫星信号的真实载波相位测量结果；对于来自卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果；基于该第一组解算的整数模糊度测量结果，计算第一姿态和第一航向中的至少一者；以及应用解决方案分离，该解决方案分离重复地包括：移除与所述多个卫星中的选定卫星相关联的所有卫星信号，对于来自剩余卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，计算第二姿态和第二航向中的至少一者，确定所计算的第二姿态和第二航向中的至少一者与所计算的第一姿态和第一航向中的至少一者之间的差值，以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测卫星信号中的故障。附图说明

[0006] 当根据详细描述和如下附图考虑时，实施方案可以更容易地理解并且实施方案的进一步的优点和用途将更为显而易见，在附图中：

[0007] 图1是根据一个示例性实施方案的实现具有故障检测系统的GNSS导航解决方案的车辆的框图；

[0008] 图2是根据一个示例性实施方案的信号故障检测流程图；并且

[0009] 图3示出了示例性实施方案的导航解决方案流程图。

[0010] 根据惯例，各种所述的特征未按比例绘制，而是为了强调与所述主题相关的特定特征而绘制的。参考符号在所有附图和正文中表示类似的元件。

具体实施方式

[0011] 在下面的详细描述中，参照了附图，这些附图构成详细描述的一部分，并且在这些附图中，以说明的方式示出了可实施本发明的具体实施方案。对这些实施方案进行了充分详细地描述，以使本领域技术人员能够实施这些各种实施方案，并且应当理解，可以利用其他实施方案并且可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下进行变化。因此，以下详细描述不是限制性的，并且本发明的范围仅由权利要求书以及其等同物限定。

[0012] 实施方案包括用于提供具有故障检测的全球导航卫星系统(GNSS)的方法和系统。在实施方案中，应用解决方案分离以提供用于基于多个天线的姿态和航向的完整性(即保护等级)和故障检测。

[0013] 参见图1，示出了实现具有故障检测系统101的GNSS导航解决方案的车辆100。车辆100包括控制器102(或系统控制器)以控制系统的操作。控制器100与多个接收器108-1至
108-n通信。每个接收器108-1至108-n继而与相关联的天线110-1至110-n通信。天线110-1至110-n接收来自卫星120-1至120-n的信号。控制器102还与存储器105通信。存储器105至少部分地用于存储来自卫星120-1至120-n的接收信号信息、操作指令、阈值和结果。另外，系统101包括估算器106-1至106-n。这些估算器通常指示为估算器106。在一个示例性实施方案中，估算器106包括如下文详述的卡尔曼滤波器。另外在图1的示例性实施方案中，系统
101包括导航系统104。在一个实施方案中，导航系统104显示导航解决方案，另外在一个实施方案中，导航系统104是控制系统的一部分，该控制系统基于所确定的导航解决方案至少部分地控制车辆的行进方向。

[0014] 一般来讲，控制器102可包括处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或等效的离散或集成逻辑电路中的任一个或多个。在一些示例性实施方案中，控制器102可包括多个部件，诸如一个或多个微处理器、一个或多个控制器、一个或多个DSP、一个或多个ASIC、一个或多个FPGA以及其他离散或集成逻辑电路的任何组合。归因于本文的控制器102的功能可具体体现为软件、固件、硬件或它们的任何组合。控制器102可以为系统控制器或部件控制器的一部分。存储器105可包括计算机可读操作指令，当这些指令由控制器102执行时，该存储器提供故障检测系统的功能。此类功能可包括下述的姿态和信号故障检测的功能。计算机可读指令可在存储器105内编码。存储器105可包括计算机可读存储介质，其包括任何易失性、非易失性、磁、光或电介质，诸如但不限于：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)、闪存存储器或任何其他存储介质。

[0015] 实施方案可用于全球定位系统姿态和航向参考系统(GPAHRS)以及其他基于低级传感器的产品中。在GPAHRS中，双天线配置可用于确定航向，但其他应用可基于超过两个的天线，从而提供航向和姿态(滚转、俯仰)两者作为基于扩展卡尔曼滤波器的融合的一部分。一个实施方案中的解决方案分离方法具有主扩展卡尔曼滤波器和针对在主解决方案中使用的每个被排除卫星的子滤波器。真实载波测量结果非常准确(毫米误差)，但受到整个波长模糊度的影响。在进入基线模式之前，必须解算模糊度。

[0016] 在实施方案中，然后将排除一个特定卫星的解决方案分离原理应用到针对每个子滤波器执行的模糊度解算(主滤波器使用所有卫星)。模糊度解算可也使用平滑的伪距测量结果(除真实载波之外)以找到正确的模糊度。如果在模糊度解算中使用平滑的伪距(基于伪距和伪距差)，则应用相同的规则(主滤波器使用所有卫星并且子滤波器排除一个卫星)。当针对卫星解算模糊度时，主滤波器和子滤波器使用现在具有与该卫星相连接的添加的所识别的完整周期数的所有真实载波相位测量结果(每个滤波器各有不同)和天线的相对位置。主滤波器使用具有基于所有卫星解算的模糊度的所有测量结果，并且每个子滤波器排除来自卫星中的一个卫星的所有真实载波相位测量结果，并且应用具有在没有被排除卫星的情况下解算的模糊度的真实载波测量结果。可在实施方案中使用用于解算模糊度(即天线之间的整数个周期)的不同方法。

[0017] 在实施方案中，卡尔曼滤波器106基于到卫星的视线和车身框架中的天线的几何结构计算观察矩阵，并且基于所接收的真实载波相位测量结果校正航向和姿态。在一个实施方案中，如果使用独立的接收器(诸如图1的实施方案中所示的接收器108-1至108-n)，则对于每个天线110-1至110-n，可由卡尔曼滤波器106解算钟差值。GPAHRS基于标准解决方案分离规则输出具有保证的完整性的航向和姿态(GNSS空间信号)(即保护它们不受发生在一个卫星上的GNSS测量结果中的任何类型的故障的影响(包括当解算模糊度时发生的任何故障))。

[0018] 图2示出了一个示例性实施方案的信号故障检测流程图200。信号故障检测流程图200以一系列步骤的形式被提供。示例中的步骤按先后顺序提供。然而，该顺序可以与图2中提供的顺序不同。因此，实施方案不限于图2中所示的先后顺序。

[0019] 信号故障检测流程图200具有两个独立的过程，第一个是解算模糊度201的过程，第二个是解决方案分离209过程。信号故障检测流程图200的示例始于在步骤(202)处通过在所述多个接收器108-1至108-n处接收来自所述多个卫星120-1至120-n的卫星信号。然后，在步骤(204)处，控制器102计算与每个所接收的卫星信号相关联的真实载波相位测量结果。在一个实施方案中，这通过在所接收卫星信号的时间中的良好限定的时间点测量载波相位来完成，所接收的卫星信号在跨接收器108-1至108-n中的每一者的锁相环路中。卫星信号包括具有介于0度至360度之间的周期波形的载波信号。例如，该周期可以为19cm。因此，信号中每过19cm，载波信号就自行重复。使用这种类型的载波信号的问题是当在相应的接收器108-1至108-n处接收到信号时存在模糊度，因为尽管清楚您处于0度至360度周期信号中的位置，但是附加的整个波长的数量仍然是未知的。

[0020] 在实施方案中，在步骤(206)处，解算这些整数模糊度以确定真实载波相位测量结果，并且获得第一组解算的整数模糊度测量结果。用于解算整数模糊度的技术通常包括使用载波(伪距差)平滑伪距来建立每个附加天线的最佳可能的相对位置。为了确定姿态和航向(3 自由度)，只需要4个几何结构良好的卫星(第4个用于接收器钟差值)。很多时候存在超过4个卫星，并且冗余信息可用(另一组不同的卫星可以提供相同的信息)。真实载波指载波测量结果(0至360度)在良好限定的时间点处在锁相环路中生成。

[0021] 由于波长(对于GPS为19cm)产生多种可能性，不同天线处的真实载波之间的差值反映了它们的钟差值以及它们沿着到具有模糊度的卫星的视线的位置差值。假如相对位置受到平滑的位置差值的限制，则可能模糊度的数量减少。在一个实施方案中，解算真实载波相位测量结果的差值的整数模糊度涉及将一对天线之间的差值的整数模糊度和与用于同一对天线的其他卫星相关联的整数模糊度进行比较。

[0022] 在一个实施方案中，步骤(206)还包括使用基于奇偶空间或卡方的一致性检查来查看所有可能的模糊度候选值的步骤。一致性检查是与整个数据群体的分布性质相关的适合度测试。实施方案的基于奇偶空间或卡方的一致性检查用于查看哪些候选模糊度在使用所有可用卫星时是一致的并且随卫星移动而保持一致(因此它们的视线随时间变化)。在一个实施方案中，该过程继续进行直到只有一个候选值突显为一致的，而所有其他候选值经受不一致。

[0023] 在步骤(208)处，第一组解算的整数模糊度测量结果用于提供第一导航解决方案。导航解决方案可包括姿态、航向、速度和位置。一般来讲，真实载波相位测量结果提供每个天线110-1至110-n和每个卫星120-1至120-n之间的范围。由于天线110-1至110-n未并置排列，因此每个天线和卫星之间的范围提供用于确定导航解决方案的姿态和航向的信息。具体地讲，使用两个间隔开的天线(诸如天线110-1和110-2)允许确定航向，使用超过两个间隔开的天线允许确定姿态(俯仰和滚转)。

[0024] 然后图2的实施方案应用解决方案分离209过程以确定信号故障。在解决方案分离209的一个实施方案中，在步骤(210)处，移除与选定卫星相关联的所有卫星信号。例如，可在该步骤中初始移除来自卫星102-1的所有信号。在步骤(212)处，解算与剩余卫星信号相关的真实载波相位测量结果的整数模糊度以获得至少第二组解算的整数模糊度测量结果。
在步骤(214)处，根据第二组解算的整数模糊度测量结果，确定第二导航解决方案。如上所述，导航解决方案可包括导航变量诸如姿态、航向、速度和位置中的至少一个。在一个实施方案中，步骤(212)包括使用基于奇偶空间或卡方的一致性检查来查看所有可能的模糊度候选值的步骤，类似于以上关于步骤(206)所讨论的步骤。

[0025] 在步骤(216)处，确定所计算的第二导航解决方案和所计算的第一导航解决方案之间的差值。然后，在步骤(218)处，将差值与阈值进行比较。选择阈值以基于差值的准确度水平来确保所要求的错误检测率。如果在步骤(220)处确定差值高于阈值，则在步骤(224)处生成故障检测信号。

[0026] 然后，在步骤(224)处，确定来自每个卫星的信号是否已被移除一次以确定第二导航解决方案。如果在步骤(224)处确定尚未针对卫星移除信号，则在步骤(210)处移除与卫星相关联的另一组卫星信号，并且该过程继续进行以生成新的第二导航解决方案。

[0027] 如果在步骤(224)处确定已针对每个卫星移除信号，则分离解决方案209过程完成。在步骤(226)处，按需重复该过程以保持正确的模糊度。在一个实施方案中，可以更低速率重新检查在210处的模糊度。

[0028] 在一个实施方案中，在解决方案分离过程209完成之后，控制器102将向车辆100的导航系统104提供最终导航解决方案。然后，在步骤(230)处，导航系统104实现最终导航解决方案。如上所述，车辆100的导航系统104可显示导航解决方案，该导航解决方案可至少部分地控制车辆的行进方向或在车辆的其他系统中使用或者还可以被传输到远程位置。

[0029] 参见图3，示出了一个实施方案的导航解决方案流程图300。导航流程图300以一系列步骤的形式被提供。示例中的步骤按先后顺序提供。然而，该顺序可以与图3中提供的顺序不同。因此，实施方案不限于图3中所示的先后顺序。

[0030] 导航解决方案流程图300包括导航解决方案过程301和解决方案分离过程305。导航解决方案过程301始于在步骤(302)处确定在每个天线110-1至110-n处所接收的卫星信号的至少一个真实载波相位测量结果。在一个实施方案中，这如在图2的解算模糊度过程201所述地完成。然后，在步骤(304)处，实现第一估算器以使用接收器钟差值的专用状态来估算第一导航解决方案。如上所述，在一个实施方案中，使用卡尔曼滤波器来确定导航解决方案。卡尔曼滤波器对一组错误状态进行建模。通常，这些状态会反映位置错误，但可也包括速度错误和姿态错误。卡尔曼滤波器基于来自GNSS接收器的测量结果来实时确定这些错误状态。然后使用这些错误状态来校正当前位置(速度和姿态)。在此添加表示在连接到附加天线的每个接收器和连接到主天线的接收器中的钟错误中的差值的错误状态。这使得直接在卡尔曼滤波器内将真实载波相位差值处理为统计上不相关的测量结果成为可能。

[0031] 然后，解决方案分离过程305始于在步骤(306)处移除与选定卫星相关联的卫星信号。在步骤(308)处，根据每个剩余卫星信号确定至少一个真实载波相位测量结果。在步骤(310)处，实现第二估算器以使用接收器钟差值的专用状态来形成第二导航解决方案。在步骤(312)处，确定来自至少一个第二解决方案的所计算的导航变量和来自第一解决方案的所计算的导航变量之间的差值。导航变量的示例包括姿态、航向、速度、位置以及这些的衍生物诸如飞行路径角度、接地速度等。

[0032] 然后，在步骤(314)处，将差值与阈值进行比较。选择阈值以基于差值的准确度水平来确保所要求的错误检测率。如果在步骤(316)处确定差值高于阈值，则在步骤(318)处生成故障检测信号。

[0033] 然后，在步骤(320)处，确定在确定第二导航解决方案时来自每个卫星的信号是否已被移除至少一次。如果在步骤(320)处确定尚未针对卫星移除信号，则在步骤(306)处移除与卫星相关联的另一组卫星信号，并且该过程继续进行以生成新的第二导航解决方案。

[0034] 如果在步骤(320)处确定已针对每个卫星移除所有信号至少一次，则解决方案分离305过程完成。然后，随着天线接收更多的卫星信号，该过程在步骤302处继续。

[0035] 在一个实施方案中，在解决方案分离过程305完成之后，控制器102将向车辆100的导航系统104提供最终导航解决方案。然后，在步骤(322)处，导航系统104实现最终导航解决方案。如上所述，车辆100的导航系统104可显示导航解决方案，该导航解决方案可至少部分地控制车辆的行进方向或在车辆的其他系统中使用或者还可以被传输到远程位置。

[0036] 示例性实施方案

[0037] 实施例1是一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统。该系统包括多个间隔开的天线、至少一个估算器、至少一个存储器以及至少一个控制器，所述至少一个存储器用于至少存储操作指令。所述至少一个控制器被配置为实现存储在所述至少一个存储器中的操作指令以：确定与在所述多个间隔开的天线中的每个天线处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果；对于由所述多个间隔开的天线所接收的来自多个卫星中的一个卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果；以及基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第一导航解决方案中的至少一个变量。所述至少一个控制器被进一步配置为实现所述至少一个存储器中的操作指令以应用解决方案分离过程以重复地：移除与所述多个卫星中的选定卫星相关联的所有卫星信号；对于来自剩余卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果；基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第二导航解决方案中的所述至少一个变量；确定第二导航解决方案中所计算的至少一个变量和第一导航解决方案中所计算的至少一个变量之间的差值；以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测卫星信号中的故障。

[0038] 实施例2包括实施例1的系统，还包括用于每个天线的接收器中的至少一个。所述至少一个控制器与每个接收器通信。

[0039] 实施例3包括实施例1的系统，包括具有与所述多个天线通信的多个信号前端的接收器。所述至少一个控制器与该接收器通信。

[0040] 实施例4包括实施例1至3中任一项的系统，其中所述至少一个控制器被配置为通过在每个接收器处在限定时间点测量锁相环路中的卫星信号的载波相位来确定每个卫星信号的真实载波相位测量结果。

[0041] 实施例5包括实施例1至4中任一项的系统，其中所述至少一个变量是姿态、航向、速度、位置、飞行路径角度和接地速度中的至少一个。

[0042] 实施例6包括实施例1至5中任一项的系统，其中所述至少一个估算器是卡尔曼滤波器。

[0043] 实施例7包括实施例1至6中任一项的系统，还包括被配置为至少部分地使用解决方案分离过程的输出的导航系统。

[0044] 实施例8包括实施例1至7中任一项的系统，其中所述至少一个控制器被进一步配置为当与每个可用卫星相关联的所有卫星已被移除一次时完成分离解决方案。

[0045] 实施例9包括实施例1至8中任一项的系统，其中所述至少一个控制器被进一步配置为应用基于奇偶空间和卡方的一致性检查中的至少一种以验证哪些候选整数模糊度在使用所有可用卫星时是一致的并且随卫星移动而保持一致(因此它们的视线随时间变化)。

[0046] 实施例10包括实施例9的系统，其中一致性检查继续进行直到只有一个候选整数模糊度突显为一致的，而所有其他候选整数模糊度经受不一致。

[0047] 实施例11是一种用于为基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航解决方案(包括姿态和航向的至少一者)提供信号故障检测的系统。该系统包括被配置为接收多个卫星信号的多个天线和系统控制器。该系统控制器被配置为确定每个所接收的卫星信号和天线的至少真实载波相位测量结果，实现第一估算器以至少部分地基于获得自跨所述多个天线的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第一导航解决方案估算，实现解决方案分离功能，该解决方案分离功能重复地包括：移除与选定卫星相关联的所有卫星信号；确定来自剩余卫星信号的真实载波相位测量结果；实现第二估算器以至少部分地基于来自剩余卫星信号的获得自跨所述多个天线的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第二导航解决方案估算；当在计算第一导航解决方案估算和第二导航解决方案估算中使用不同的GNSS接收器来跟踪每个天线的卫星信号时，使用接收器钟差值的估算状态；以及在第一导航解决方案变量中的至少一者与第二导航解决方案变量中的至少一者之间的差值的量值超过阈值的情况下，检测卫星信号中的故障。

[0048] 实施例12包括实施例11的系统，其中第一估算器和第二估算器中的至少一者是卡尔曼滤波器。

[0049] 实施例13包括实施例11至12中任一项的系统，其中卡尔曼滤波器被配置为基于到所述多个卫星中的至少一个卫星的视线和车身框架中的所述多个天线对几何结构中的至少一个天线对几何结构计算观察矩阵。

[0050] 实施例14包括实施例11至13中任一项的系统，还包括被配置为实现解决方案分离功能的导航信号输出的导航系统。

[0051] 实施例15包括实施例11至14中任一项的系统，其中第一导航解决方案变量和第二导航解决方案变量包括姿态、航向、速度、位置、飞行路径角度和接地速度中的至少一个。

[0052] 实施例16是一种为基于全球导航卫星系统(GNSS)的姿态和航向提供信号故障检测的方法。该方法包括：在多个天线处接收来自多个卫星的多个卫星信号；确定每个所接收的卫星信号的真实载波相位测量结果；对于来自卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果；基于该第一组解算的整数模糊度测量结果，计算第一姿态和第一航向中的至少一者；以及应用解决方案分离，该解决方案分离重复地包括：移除与所述多个卫星中的选定卫星相关联的全部卫星信号，对于来自剩余卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，计算第二姿态和第二航向中的至少一者，确定所计算的第二姿态和第二航向中的至少一者与所计算的第一姿态和第一航向中的一者之间的差值，以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测卫星信号中的故障。

[0053] 实施例17包括实施例16的方法，还向导航系统提供估算姿态和估算航向中的至少一者的输出；以及在导航系统中实现估算姿态和估算航向中的所述至少一者。

[0054] 实施例18包括实施例16至17中任一项的方法，还包括使用接收器钟差值的专用状态来估算包括第一姿态和第一航向中的至少一者的第一导航解决方案；以及使用接收器钟差值的专用状态来估算包括第二姿态和第二航向中的至少一者的第二导航解决方案。

[0055] 实施例19包括实施例18的方法，还包括当与每个可用卫星相关联的所有卫星已被移除一次时完成解决方案分离。

[0056] 尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但本领域的普通技术人员将认识到，经计算以实现相同目的的任何布置可替代所展示的特定实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何修改或变型。因此，显而易见的是，本发明仅受权利要求书以及其等同物所限制。

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使用多个天线为全球导航卫星系统进行信号故障检测

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