具有改进的用于解算子载波跟踪模糊度的能力的GNSS接收机制造技术

用于根据多个卫星定位信号来计算无偏差的位置和时间测量结果的GNSS接收机及相关联的方法，该接收机包括：‑多个电路，其被配置为从GNSS星座中的多个卫星接收定位信号，‑多个第一和第二信号处理通道，其被配置用于处理对所述定位信号的第一选择以及确定相关联的第一伪距，‑计算机逻辑单元，其中：‑所述计算机逻辑单元被配置为根据伪距来计算无偏差的位置和时间测量结果，所述伪距是根据源自于不同卫星的定位信号确定的。GNSS接收机还包括第二计算机逻辑单元，第二计算机逻辑单元被配置为根据第一位置和时间以及第二信号处理信号，来计算第二无偏差的位置和时间。

【技术实现步骤摘要】

概括地说，本专利技术应用于卫星导航领域。具体地说，本专利技术允许卫星导航接收机捕获和跟踪具有多个自相关峰值的信号。
技术介绍
存在多年内已经完全部署的两种全球导航卫星系统(GNSS)(美国全球定位系统、俄罗斯GLONASS)以及还在部署之中的两个以上的系统(中国的北斗导航卫星系统和欧洲伽利略系统)。这些系统依赖于相同的原理：从在非对地静止轨道中运行的多个卫星广播微波无线信号；这些信号携带PRN(伪随机噪声)码，该PRN码与被配置为接收这些广播信号的接收机中的本地副本相关；当接收机能够捕获和跟踪来自卫星的信号时，其处理能力使用相关性处理对该编码信号进行解调，并计算伪距，其中伪距是接收机和卫星之间的距离(其受到各种误差源的影响)。由于该信号具有噪声并受到误差影响(尤其由于穿过大气层的电磁信号路径的偏差或者由于多径反射)，因此可以通过从该卫星、从其它卫星(如EGNOS之类的星基增强系统SBAS)或者从地基基准站(如实时动态定位RTK或者其开放源码版本(实时国际GNSS服务RTIGS)的地基增强系统GBAS)接收的其它信号(即，载波相位信号)来辅助该GNSS信号处理。当接收机能够从最小数量的卫星(通常四个)捕获信号时，其能够根据先前计算的也就是伪距来计算其自身的位置、速度和时间(PVT)。由卫星发送的无线导航信号被称为BOC信号(二进制偏移载波调制)，其中，首先通过PRN码对载波波形进行调制，随后通过子载波进行调制。所得到的信号的频谱具有位于载波频率的两侧的两个主瓣，因此允许与使用相同载波频率的其它信号同时存在。BOC信号被称为BOC(m,n)，其中，编码信号的码片速率是n*1.023Mcps(兆码片每秒)，并且子载波频率是m*1.023MHz。代替传统的BPSK调制信号，这些信号被选择用于GNSS定位，这是由于它们显示出更佳的精度。BOC信号的不同变型由伽利略和北斗系统使用，并且也将由GPS3系统使用。但是，BOC信号的缺陷在于其自相关函数具有多个峰值，因此跟踪环可能锁定在正确的位置(其位于接收信号和参考信号之间的相关积的主峰上)处或者错误的位置(其位于该相关积的侧峰上)处，后一情况产生可能大于9.7m的测距误差(在BOC(15,2.5)的情况下)。在信道级别(第一类型)或者在PVT计算级别(第二类型)上，已开发了多种技术来解决该问题。在第一类型的技术之中的是双重估计技术(DET)(比如，美国专利n°US8,964,813所公开的技术)和双重鉴别器技术(DDT)(比如，欧洲专利n°EP2382484所公开的技术)。在双重估计技术中，对错误峰值锁定的检测是对两个延迟锁定环(DLL)的输出处的模糊伪距和非模糊伪距进行比较来完成的。模糊伪距是通过考虑BOC信号的子载波和码来计算，而非模糊伪距是仅根据BOC信号的码来计算的。与非模糊伪距(其通过仅将不具有子载波信息的BOC信号进行相关来获得，故其性能等于BPSK信号的性能)的精度相比，模糊伪距(其通过将完整BOC信号进行相关来获得)的精度更高，非模糊伪距用于确定对BOC信号的侧峰的跟踪，并对模糊伪距进行重新调整。但是，由于多径反射可能对编码跟踪环和子载波与编码跟踪环影响不同，因此在这些环境下频繁地发生对子载波的错误的重新调整，导致错误的伪距测量。在双重鉴别器技术中，根据BOC定位信号的子载波和码来计算模糊和非模糊鉴别器，对被选择为控制跟踪环的鉴别器值的选择是根据非模糊鉴别器的值来执行的，这有助于确定对侧峰的跟踪。当选择非模糊鉴别器计算时，使跟踪位置回到主峰上，并且随后选择模糊鉴别器计算以用于更佳的精度。所得到的伪距的性能基本等于对BOC信号的相关性的性能。但是，由于多径反射显著地影响非模糊鉴别器的形状，因此它们可以排除对侧峰跟踪的检测，其中侧峰跟踪导致错误的伪距测量。其它技术(例如，如欧洲专利申请EP15305977，下文称为改进的DDT)在多径环境下显示了更佳的性能。改进的DDT通过实现两个并行的跟踪环，进行双重估计器技术和双重鉴别器技术之间的混合，其中一个跟踪环根据定位信号的码来传送第一非模糊伪距，另一个跟踪环通过在模糊和非模糊鉴别器计算之间进行选择来传送第二伪距，二者均是在的情况下进行构建的。鉴别器计算选择取决于两个计算的伪距之间的差值。该技术显示了良好的性能。其需要两个跟踪环，就像是DE技术。所有这些技术独立于其它卫星来解算针对各个卫星的模糊度问题，因此该模糊度解算并没有利用其它接收的定位信号(从其它卫星发送的)。PVT技术在于根据测距测量结果来计算导航解算和时间。更确切地说，该算法根据多个距离及距离变化率测量结果，估计接收机的位置坐标和速度坐标、以及相对于GNSS系统时间的接收机时钟偏差和漂移。在这些技术中，有不将BOC伪距测量模糊度考虑在内的标准技术、以及将这种模糊度考虑在内的技术(如RAIM技术(接收机自主完整性)或者美国专利9.000.975(其中对所有模糊度假设都进行测试)，或者J.Wendel的论文“ARobustTechniqueforUnambiguousBOCtracking”中所描述的IAR技术(整周模糊度解算))。在RAIM技术中，通过例如计算最小均方误差、最大分离度或者任何其它技术，根据对不同的卫星执行的各个伪距测量结果来获取无偏差的PVT测量结果。需要来自于不同卫星的四个测量结果中的最小值来求解共同的PVT测量结果(x、y、z和时间)。可以使用额外的伪距测量结果来摒弃错误的测量结果。这些技术是公知的，并且它们中的一些技术在处理能力方面达到低成本。它们可以检测和排除错误的测量结果，但是当输入伪距与侧峰跟踪匹配时存在错误的测量结果。但是，这些技术中的一些技术没有同时处理从很多卫星接收的模糊伪距。此外，它们对于卫星几何学的依赖，使它们很容易遭受错误或者遗漏的卫星排除。在基于IAR的技术中，将BOC伪距模糊度与位置和时间解一起进行估计，以便产生无模糊度误差的位置和时间解。更确切地说，通过假设模糊度具有浮点值(其被称为浮点解)来搜索第一解。当已经确定了所有模糊度的浮点解时，在最可能是整数解的浮点解周围搜索整数解。最后的步骤在于对通过整数解的估计模糊度来校正的测量结果计算位置和时间解。整周模糊度估计步骤可以通过不同的算法来执行；高效的算法是LAMBDA(最小二乘模糊度去相关调整)算法，并且其主要用于载波相位模糊度解算。这些技术需要将从每一个卫星捕获的两个伪距测量结果作为输入，一个非模糊伪距测量结果是基于信号的码(BPSK信号)的，而一个模糊伪距测量结果是基于信号的子载波和码(BOC信号)的。因此，所已知的是，将该技术与双重估计器技术进行关联，这是由于这两个伪距测量值是已经计算好的。该技术的缺陷在于跟踪环的重复，对于每一个卫星而言都需要两个跟踪环(传送非模糊BPSK伪距和模糊BOC伪距)。这种重复在接收机设计方面具有成本，并且限制用于位置和时间确定所考虑的卫星的数量。存在考虑额外的卫星是特别有利的多种情形，尤其是在具有高多径反射或者弱信号或者二者的环境下)。接收机中的跟踪信道的数量由于其对该接收机的尺寸和功耗的直接影响而受到限制，对如从现有技术已知的IAR技术的使用可能不能允许考虑所有视野内的卫星，因此其使卫星的可用几何形状并且因此导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GNSS接收机，包括：‑多个电路，其被配置为从GNSS星座中的多个卫星接收定位信号，所述定位信号包括通过子载波和PRN码调制的载波，‑多个第一信号处理通道，其被配置用于处理对所述定位信号的第一选择以及确定相关联的第一伪距(410)，‑至少一个第二信号处理通道，其被配置用于处理对所述定位信号的第二选择以及确定相关联的第二伪距(510)，以及‑计算机逻辑单元(401)，其被配置用于计算无偏差的位置和时间测量结果(402)，其中：‑所述第一伪距是根据定位信号的所述子载波和码来确定的非模糊伪距，‑所述第二伪距是根据定位信号的所述子载波和码来确定的模糊伪距，‑所述计算机逻辑单元(401)被配置为根据所述第一伪距和所述第二伪距来计算所述无偏差的位置和时间测量结果(402)，所有所述伪距都是根据源自于不同卫星的定位信号来确定的。

【技术特征摘要】
2015.06.24 EP 15305983.71.一种GNSS接收机，包括：-多个电路，其被配置为从GNSS星座中的多个卫星接收定位信号，所述定位信号包括通过子载波和PRN码调制的载波，-多个第一信号处理通道，其被配置用于处理对所述定位信号的第一选择以及确定相关联的第一伪距(410)，-至少一个第二信号处理通道，其被配置用于处理对所述定位信号的第二选择以及确定相关联的第二伪距(510)，以及-计算机逻辑单元(401)，其被配置用于计算无偏差的位置和时间测量结果(402)，其中：-所述第一伪距是根据定位信号的所述子载波和码来确定的非模糊伪距，-所述第二伪距是根据定位信号的所述子载波和码来确定的模糊伪距，-所述计算机逻辑单元(401)被配置为根据所述第一伪距和所述第二伪距来计算所述无偏差的位置和时间测量结果(402)，所有所述伪距都是根据源自于不同卫星的定位信号来确定的。2.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述计算机逻辑单元(401)被配置为：使用对伪距模糊度进行解算的PVT算法计算，来计算所述无偏差的位置和时间测量结果(402)。3.根据前述权利要求中的一项所述的接收机，包括至少四个第一信号处理通道。4.根据前述权利要求中的一项所述的接收机，其中，对定位信号的所述第一选择和所述第二选择是基于根据以下各项中的至少一项计算的信号质量的指标的值来完成的：功率信号、载波与噪声比、卫星仰角、多径反射、几何精度因子和置信水平。5.根据前述权利要求中的一项所述的接收机，其中，由所述第一处理通道和所述第二处理通道处理的所述定位信号中的至少两个定位信号源自于不同GNSS星座的卫星。6.一种GNSS接收机，包括：-多个电路，其被配置为从GNSS星座中的多个卫星接收定位信号，所述定位信号包括通过子载波和PRN码调制的载波，-多个第二信号处理通道，其被配置用于处理对所述定位信号的第二选择以及确定相关联的第二伪距(520)，以及-第一计算机逻辑单元(501)，其被配置用于计算第一无偏差的位置和时间测量结果(502)，-第二计算机逻辑单元(503)，其被配置用于根据所述第一位置和时间测量结果和所述第二伪距，计算第二无偏差的位置和时间测量结果(504)，其中：-所述第二伪距是根据定位信号的所述子载波和码来确定的，-所述第一计算机逻辑单元被配置为根据以下各项中的一项，来计算所述第一无偏差的位置和时间测量结果：*多个第一信号处理通道，其被配置用于处理对源自于不同卫星的所述定位信号的第一选择以及确定相关联的非模糊第一伪距(510)，或者*非GNSS位置和时间信息(530)。7.根据权利要求6所述的接收机，其中：-所述第二伪距中的至少一个第二伪距是模糊伪距(620)，以及-所述第二计算机逻辑单元被配置用于：根据所述第二伪距以及所述第一位置和时间测量结果来计算校正的非模糊伪距(610)，以及使用所述校正的非模糊伪距来计算所述第二位置和时间测量结果(504)。8.根据权利要求6至7中的一项所述的接收机，其中：-所述第二信号处理通道中的至少一个第二信号处理通道被配置为：通过在模糊鉴别器计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·亚达科，W·维尼奥，FX·马尔梅，L·里斯，
申请(专利权)人：法国国家太空研究中心，M三系统，
类型：发明
国别省市：法国;FR