具有使用未组合公式来解算模糊度的能力的GNSS接收机制造技术

本发明专利技术公开了用于处理来自一个或多个GNSS星座的导航信号的接收机和方法，其中观测模型和测量模型允许对载波相位模糊度进行直接计算。更具体地，在三频实现中，接收机依次计算超宽巷、宽巷和窄巷模糊度。编码和载波相位偏差也能够被直接计算。由于本发明专利技术，对准确位置更迅速地获取和跟踪，其也比现有技术解决方案具有更少的噪声，尤其是在使用RAIM和/或间隙搭桥功能的本发明专利技术的一些实施例中。此外，使用多普勒和低延迟时钟同步的编码平滑允许降低精确点导航解决方案的噪声级别。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有使用未组合公式来解算模糊度的能力的GNSS接收机
本专利技术应用于卫星导航领域。更具体而言，本专利技术允许具有用于以改进的方式执行精确定位的三频能力的卫星导航接收机。
技术介绍
存在两种已经被完全部署多年的全球导航卫星系统(GNSS)(美国全球定位系统、俄罗斯GLONASS)以及正在部署中的另外两个GNSS(中国北斗导航卫星系统和欧洲伽利略系统)。这些系统依赖相同的原理：从围绕非静止轨道运行的多个卫星广播微波无线信号；上述信号携带与在被配置为接收被广播的信号的接收机中的本地副本相关的编码；当接收机能够从最小数目的卫星(一般而言四个)获取并跟踪信号时，其能够根据在视野范围内的卫星的伪距计算其自身的位置、速度、时间(PVT)。伪距的精度受到无线信号的路线通过大气层(电离层和对流层)的冲击力的显著影响，其可能产生超过10米的误差。所有的GNSS在两个不同的频率上提供两个信号，用于消除大气层误差并执行精确点定位。不仅通过使用标准编码测量，而且通过使用载波相位测量，也极大地增强了伪距的精度。编码测量具有大约10米的标准精度(没有误差校正)。载波相位测量能够产生厘米级别精度。但是载波相位测量本质上是模糊不清的，即，根据单个载波的原始信号不容易确定在测量时载波信号的周期数。这主要是因为载波相位模糊度受到接收机和卫星偏差的影响。随着时间的过去，已经开发了用于消除这些模糊度的技术。第一类型的模糊度解算的方法依赖于由参考接收机从两个不同的卫星接收的信号观测的单差，这消除了卫星偏差，或在两个不同的参考接收机上来自单个卫星的信号观测的单差，这消除了参考接收机偏差。第二类型的模糊度解算方法依赖于两个参考接收机从两个不同的卫星接收的信号观测的双差，这消除了卫星和参考接收机偏差二者。第一类型和第二类型的方法都独立地处理每一频率的信号。第三类型的模糊度解算方法依赖于所有参考接收机从看得到的所有卫星接收的信号观测的零差。该第三类型的模糊度解算依赖于计算载波相位信号偏差的直接过程，而不计算差。该第三类型的方法由转让给本申请的申请人的欧洲专利EP2140285公开。但是这些方法仍然依赖于时间组延迟中的相位偏差的组合。第三类型的方法效果好，但是依赖于实现。此外，由于信号组合的可能数目(在理论上从4到9)，所以对于三频信号而言其复杂度显著增加。从而，存在对于在不组合信号的相位偏差的情况下解算载波相位模糊度的方法的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供对现有技术的这些改进。通过在观测模型中直接使用信号的编码和相位偏差以及针对GNSS星座中的每一卫星的载波相位模糊度提供三频GNSS接收机来实现该目标。为此目的，本专利技术公开一种GNSS定位信号的接收机，包括：信号处理信道的N联体，N联体中的每一信号处理信道被配置为获取和跟踪由卫星在N个不同载波上发射的定位信号，并且所述N联体中的每一信号处理信道包括被配置用于在N个载波中的一个的给定频率处跟踪编码和载波信号的跟踪电路，所述跟踪产生包括在给定频率处在所述接收机和所述卫星之间的传播距离值的输出；一个或多个滤波电路，被配置用于在观测模型的输出处计算针对所述卫星的预测伪距值和预测相位值；其中N是等于或大于2的整数，并且所述观测模型接收包括信号处理信道的N联体的跟踪电路的值输出的测量向量作为输入，并且使用包括接收机位置值、接收机时钟值、针对该接收机的编码和相位偏差以及载波相位模糊度的状态向量来产生其输出，每一载波相位模糊度以从N个不同载波中选择的载波和载波的组合中的一个为特征，并且不接收从另一接收机发送的测量作为输入。有利地，N等于或大于3，并且所述状态向量中的载波相位模糊度以N个载波的宽巷和超宽巷组合中的一个为特征。有利地，所述状态向量包括表示第一频率载波、宽巷和超宽巷的载波相位模糊度的变量，并且所述观测模型包括从超宽巷载波开始在每一时间间隔处解算模糊度的引导程序计算。有利地，所述观测模型进一步接收萨格纳克效应、固体地球潮汐效应、相位缠绕效应、电离层误差、对流层误差、轨道误差以及相对误差中的一个的校正作为输入。有利地，所述观测模型接收由当地气象先验调制的电离层误差和对流层误差的校正作为输入。有利地，所述观测模型使用在所述接收机和在视野范围内的多个卫星之间的伪距的平均值作为所述接收机的初始位置。有利地，所述观测模型使用协方差矩阵，所述协方差矩阵是使用比尔曼算法进行更新的并且是使用桑顿算法进行传播的。有利地，所述测量向量和所述状态向量包括来自多个卫星的数据，所述多个卫星中的至少两个属于不同的星座。有利地，如果在所述跟踪电路的输出处的测量值与预测值的残差高于第一预定阈值，则将所述测量值从所述测量向量过滤掉。有利地，在将在跟踪电路的输出处的测量值的组合从所述测量向量中迭代过滤掉之后，如果所述测量值与预测值的残差低于第二预定阈值且其数目最大，则将所述测量值保持在所述测量向量中。有利地，所述状态向量进一步包括整数相位载波跳跃，每一整数相位载波跳跃用于测试在信号损失之后载波相位模糊度的初始值。有利地，使用由编码测量调制的载波的多普勒测量在一阶滤波器中对在跟踪电路和滤波电路中使用的编码测量进行平滑。有利地，所述观测模型每次将与所述卫星的时钟的时间差小于预设值的测量考虑在内。本专利技术还公开了一种定位GNSS信号的接收机的方法，包括：获取在信号处理信道处的GNSS信号的N联体，N联体中的每一信号处理信道被配置为获取并跟踪由卫星在N个不同载波上发射的定位信号，并且所述N联体中的每一信号处理信道包括被配置用于在N个载波中的一个的给定频率处跟踪编码和载波信号的跟踪电路，所述跟踪产生在给定频率处包括在所述接收机和所述卫星之间的传播距离值的输出；在一个或多个滤波电路处在观测模型的输出处计算针对所述卫星的预测伪距值和预测相位值；其中，N是等于或大于2的整数，并且所述观测模型接收包括N个信号处理信道的跟踪电路的值输出的测量向量作为输入并且使用包括接收机位置值、接收机时钟值、针对该接收机的编码和相位偏差以及载波相位模糊度的状态向量来产生其输出，每一载波相位模糊度以从N个不同载波中选择载波和载波的组合中的一个为特征，并且其不接收从另一接收机发送的测量作为输入。本专利技术还公开一种用于定位GNSS信号的接收机的计算机程序，包括：被配置为获取在信号处理信道的N联体处的GNSS信号的N联体的计算机代码指令，N联体中的每一信号处理信道被配置为获取并跟踪由卫星在N个不同载波上发射的定位信号，并且所述N联体中的每一信号处理信道包括被配置用于在N个载波中的一个的给定频率上跟踪编码和载波信号的跟踪电路，所述跟踪产生包括在给定频率处在所述接收机和所述卫星之间的传播距离值的输出；被配置为在一个或多个滤波电路处在观测模型的输出处计算针对所述卫星的预测伪距值和预测相位值的计算机代码指令；其中N是等于或大于2的整数，并且所述观测模型接收包括信号处理信道的N联体的跟踪电路的值输出的测量向量作为输入并且使用包括接收机位置值、接收机时钟值、针对该接收机的编码和相位偏差以及载波相位模糊度的状态向量来产生其输出，每一载波相位模糊度以从N个不同载波选择的载波和载波的组合中的一个为特征，并且不接收从另一接收机发送的测量作为输入。本专利技术的优点在于适应了接收机中载波频率的多个不同组合来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GNSS定位信号的接收机(110)，包括：信号处理信道的N‑联体(210、21n)，N联体中的每一信号处理信道(211、212、213)被配置为获取并跟踪由卫星在N个不同载波上发射的定位信号，并且所述N联体中的每一信号处理信道包括被配置用于在N个载波中的一个的给定频率处跟踪编码和载波信号的跟踪电路(2111，2112)，所述跟踪产生包括在所述给定频率处在所述接收机和所述卫星之间的传播距离值的输出；‑一个或多个滤波电路(2330)，其被配置用于在观测模型的输出处计算针对所述卫星的预测伪距值和预测相位值；其中N是等于或大于2的整数，并且所述观测模型：‑接收包括所述信号处理信道的N联体的跟踪电路的值输出的测量向量(220)作为输入，并且使用包括接收机位置值、接收机时钟值、针对该接收机的编码和相位偏差以及载波相位模糊度的状态向量来产生其输出，每一载波相位模糊度表征了从N个不同载波中选择的载波和载波组合中的一个，以及‑不接收从另一接收机发送的测量作为输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.24 EP 15305984.51.一种GNSS定位信号的接收机(110)，包括：信号处理信道的N-联体(210、21n)，N联体中的每一信号处理信道(211、212、213)被配置为获取并跟踪由卫星在N个不同载波上发射的定位信号，并且所述N联体中的每一信号处理信道包括被配置用于在N个载波中的一个的给定频率处跟踪编码和载波信号的跟踪电路(2111，2112)，所述跟踪产生包括在所述给定频率处在所述接收机和所述卫星之间的传播距离值的输出；-一个或多个滤波电路(2330)，其被配置用于在观测模型的输出处计算针对所述卫星的预测伪距值和预测相位值；其中N是等于或大于2的整数，并且所述观测模型：-接收包括所述信号处理信道的N联体的跟踪电路的值输出的测量向量(220)作为输入，并且使用包括接收机位置值、接收机时钟值、针对该接收机的编码和相位偏差以及载波相位模糊度的状态向量来产生其输出，每一载波相位模糊度表征了从N个不同载波中选择的载波和载波组合中的一个，以及-不接收从另一接收机发送的测量作为输入。2.根据权利要求1所述的接收机，其中N等于或大于3，并且所述状态向量中的载波相位模糊度表征了N个载波中的宽巷和超宽巷组合中的一个。3.根据权利要求2所述的接收机，其中所述状态向量包括表示第一频率载波、宽巷和超宽巷的载波相位模糊度的变量，并且所述观测模型包括从超宽巷载波开始在每一时间间隔处解算模糊度的引导程序计算。4.根据权利要求1至3中的一项所述的接收机，其中所述观测模型进一步接收萨格纳克效应、固体地球潮汐效应、相位缠绕效应、电离层误差、对流层误差、轨道误差以及相对误差中的一个的校正作为输入。5.根据权利要求4所述的接收机，其中所述观测模型接收由当地气象先验调制的电离层误差和对流层误差的校正作为输入。6.根据权利要求1至5中的一项所述的接收机，其中所述观测模型使用在所述接收机和在视野范围内的多个卫星之间的伪距的平均值作为所述接收机的初始位置。7.根据权利要求1至6中的一项所述的接收机，其中所述观测模型使用协方差矩阵，所述协方差矩阵是使用比尔曼算法进行更新的并且是使用桑顿算法进行传播的。8.根据权利要求1至7中的一项所述的接收机，其中所述测量向量和所述状态向量包括来自多个卫星的数据，所述多个卫星中的至少两个属于两个不同的星座。9.根据权利要求1至8中的一项所述的接收机，其中如果在所述跟踪电路的输出处的测量值对于预测值的残差高于第一预定阈值，则将所述测量值从所述测量向量过滤掉。10.根据权利要求1至9中的一项所述的接收机，其中在将在所述跟踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·罗里谢塞，
申请(专利权)人：法国国家太空研究中心，
类型：发明
国别省市：法国,FR