用于利用蜂窝CDMA信号导航的SDR制造技术

技术编号:19560954 阅读:54 留言:0更新日期:2018-11-25 00:13
一种使用机会信号(SOP)增强的GNSS为GNSS实施方案面临的技术问题提供各种技术解决方案。SOP可增强或以其它方式启用不可用导航,例如每当GNSS信号变得不可访问或不可信时。地面SOP丰富多样且在不同几何配置下可用,且可用于通过减小VDOP来改进GNSS。VDOP可通过采用具有固有地低仰角且可自由使用的现有地面SOP,尤其是蜂窝码分多址(CDMA)信号来减小。

SDR for navigation using cellular CDMA signals

A GNSS enhanced by Opportunity Signal (SOP) provides a variety of technical solutions to the technical problems faced by the implementation of GNSS. SOP can enhance or otherwise enable unavailable navigation, such as whenever GNSS signals become inaccessible or untrustworthy. Ground SOP is abundant and available in different geometric configurations, and can be used to improve GNSS by reducing VDOP. VDOP can be reduced by using existing ground SOP signals with inherent low elevation and free use, especially cellular code division multiple access (CDMA) signals.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于利用蜂窝CDMA信号导航的SDR相关申请和优先权要求本申请是2016年2月12日申请且标题为《导航蜂窝CDMA软件定义无线电(NAVIGATIONCELLULARCDMASOFTWARE-DEFINEDRADIO)》的美国临时申请案第62/294,758号的相关和权利要求优先权,所述申请的全部内容以引用的方式并入本文中。政府资助声明本文中的主题在政府支持下根据授权(或合同)第N00014-16-1-2305号进行研发,所述授权标题为《在GPS挑战环境中用于弹性和精确导航的合作机会框架(ACollaborativeOpportunisticFrameworkforResilientandAccurateNavigationinGPS-ChallengedEnvironments)》,由海军研究办公室资助。政府对本文中的主题享有某些权利。
技术介绍
全球导航卫星系统(Globalnavigationsatellitesystem;GNSS)位置解决方案由于缺乏人造卫星(satellitevehicle;SV)角度分集而遭受高垂直精度衰减(verticaldilutionofprecision;VDOP)。用于分析GNSSSV的空间几何结构的质量的普遍量度是几何精度衰减(geometricdilutionofprecision;GDOP)的参数,即水平精度衰减(horizontaldilutionofprecision;HDOP)、时间精度衰减(timedilutionofprecision;TDOP)以及VDOP。GNSS导航解决方案可通过选择GNSSSV配置得到改进以减小或最小化所述GDOP。虽然GNSSSV的额外可观测量通常改进GNSS导航解决方案,但解决方案的VDOP通常比HDOP质量更差。GNSS解决方案可通过地面发射器来扩增,所述地面发射器例如通过使用LocataLites来发射减小VDOP的GPS类信号。然而,这些地面发射器通常需要安装额外的专有基础设施。期望提供改进GNSS解决方案而不需要安装专有基础设施。附图说明图1是根据至少一个实施例的机会信号(signalofopportunity;SOP)GNSS系统的图式。图2包含根据至少一个实施例的VDOP减小曲线图。图3包含根据至少一个实施例的DOP曲线图。图4包含根据至少一个实施例的无人机(unmannedaerialvehicle;UAV)轨迹。图5描绘根据至少一个实施例的现场实验配置。图6描绘根据至少一个实施例的实验设定GPSSV空中分布图。图7描绘根据至少一个实施例的实验设定塔位置和椭圆体。图8是根据至少一个实施例的前向链路调制器的框图。图9是根据至少一个实施例的前向链路同步信道编码器的框图。图10是根据至少一个实施例的同步消息结构的框图。图11是根据至少一个实施例的前向链路寻呼信道编码器的框图。图12是根据至少一个实施例的寻呼信道消息结构的框图。图13是根据至少一个实施例的载波消除和相关阶段的图形的框图。图14包含根据至少一个实施例的同步代码相关度峰值的曲线图。图15包含根据至少一个实施例的CDMA信号获取前面板。图16是根据至少一个实施例的自相关函数的曲线图。图17是根据至少一个实施例的导航蜂窝CDMA接收器中的跟踪回路的图形。图18包含根据至少一个实施例的蜂窝CDMA信号跟踪的曲线图。图19包含根据至少一个实施例的同步和寻呼信道定时的曲线图。图20包含根据至少一个实施例的长码掩码结构。图21描绘根据至少一个实施例的同步信道位。图22描绘根据全少一个实施例的LabVIEW阶段。图23描绘根据至少一个实施例的SOP环境。图24描绘根据至少一个实施例的多单元解决方案。图25描绘根据至少一个实施例的实验配置。图26描绘根据至少一个实施例的所得导航映射。图27是根据实施例的计算装置的框图。具体实施方式图1是根据至少一个实施例的机会信号(SOP)GNSS系统100的图式。SOPGNSS系统100为GNSS实施方案面临的技术问题提供各种技术解决方案。系统100包含车辆110,例如无人机或其它移动车辆。系统100包含至少第一GNSS卫星120和第二GNSS卫星130,但可使用额外GNSS卫星。类似地,系统100包含至少一个SOP收发器140,但可使用额外SOP收发器。SOP可增强或以其它方式启用不可用导航,例如每当GNSS信号变得不可访问或不可信。地面SOP丰富多彩且在不同几何配置下可用,且可用于通过减小VDOP来改进GNSS。车辆110从第一GNSS卫星120接收GNSS信号且计算第一范围125,其中第一范围提供第一范围弧线125的估计半径。类似地,车辆110基于第二GNSS卫星来计算第二范围弧线135,且基于SOP收发器140来计算第三范围弧线145。VDOP可理解为第一范围弧线125与第二范围弧线135之间的重叠。虽然第一范围弧线125和第二范围弧线135展示为窄虚线,但这些估计范围内的不确定性产生较宽范围弧线,所述较宽范围弧线形成第一范围弧线125与第二范围弧线135之间的实质垂直重叠。可通过利用现有地面SOP,尤其是蜂窝码分多址(codedivisionmultipleaccess;CDMA)信号来减小这一VDOP,所述现有地面SOP具有固有低仰角且可自由使用。虽然本专利技术主题相对于CDMA而描述,但可使用其它SOP,例如其它蜂窝信号(例如,4GLTE等)铱星信号、数字电视信号、Wi-Fi信号或其它SOP信号。如图1中所展示,第三范围弧线145与车辆110的位置处的第一范围弧线125和第二范围弧线135相交,其可明显减小估计的VDOP。在基于GNSS的导航中,可容易地获得SV的状态。对于SOP,然而,即使位置状态可凭经验得知,但时钟误差状态是动态的,且因此必须持续地估计时钟误差状态。SOP的状态可通过导航接收器附近的一或多个接收器来获得。每一GNSS接收器得出关于多个GNSS人造卫星和多个地面SOP的伪距观测结果,且通过估计器来组合这些观测结果。可通过添加不同数目的蜂窝SOP来减小GNSSVDOP,其中所述SOP处于低仰角。额外GNSS可观测量的使用在减小VDOP方面比添加GNSSSV可观测量更有效。为供应额外SOP可观测量,可使用地面蜂窝信号。软件定义的接收器(software-definedreceiver;SDR)体系结构可用于处理可易于获得的地面蜂窝信号,其中SDR可提供基于可用蜂窝CDMA信号的GNSS可观测量。SDR使用针对所发射和所接收到的信号的模型,其中所述模型基于蜂窝前向链路信号结构。SDR使用可提取且随后用于导航和定时目的的蜂窝信息。典型的GPS接收器与本文中所展示并描述的所提出蜂窝CDMA接收器之间存在差异。在一实施例中,GNSS框架基于在蜂窝CDMA环境中提供改进导航的映射或导航接收器方案。接收器采用由于估计不同单元区段中的基站收发器台时钟偏差而产生的位置和定时误差的分析。SDR接收器提供VDOP改进,其中相比于仅GPS导航解决方案,改进可包含5.51m的平均距离差。虽然相对于仅GPS导航解决方案的改进来描述导航解决方案改进,但通过集成额外传感器,进一步导航改进可以是可能的,所述额外传感器例如惯性传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导航系统,其包括:全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器,其从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号;机会信号(SOP)接收器,其从至少一个SOP收发器台接收SOP信号;以及处理器,其进行以下操作:基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值;基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距测量值;以及基于所述SOP伪距测量值和所述多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 US 62/294,7581.一种导航系统,其包括:全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器,其从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号;机会信号(SOP)接收器,其从至少一个SOP收发器台接收SOP信号;以及处理器,其进行以下操作:基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值;基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距测量值;以及基于所述SOP伪距测量值和所述多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。2.根据权利要求1所述的系统,其中确定所述SOP伪距测量值进一步基于SOP基站收发器台时钟误差估计。3.根据权利要求2所述的系统,其中接收所述SOP信号包含从所述至少一个SOP收发器台接收所述时钟误差估计。4.根据权利要求2所述的系统,其进一步包含固定映射接收器,其中接收所述SOP信号包含在SOP接收器处从所述固定映射接收器接收所述时钟误差估计。5.根据权利要求2所述的系统,其中所述处理器进一步配置成基于对所述所接收到的SOP信号应用同时定位与映射算法来产生所述时钟误差估计。6.根据权利要求1所述的系统,其中所述SOP接收器包含硬件无线电。7.根据权利要求1所述的系统,其中所述SOP接收器包含软件定义无线电(SDR)。8.一种导航方法,其包括:在全球导航卫星解决方案(GNSS)接收器处从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号;在机会信号(SOP)接收器处从至少一个SOP收发器台接收SOP信号;基于所接收到的多个GNSS信号来确定多个GNSS伪距测量值;基于所接收到的SOP信号来确定SOP伪距测量值;以及基于所述SOP伪距测量值和所述多个GNSS伪距测量值来确定估计接收器位置。9.根据权利要求8所述的方法,其中确定所述SOP伪距测量值进一步基于SOP基站收发器台时钟误差估计。10.根据权利要求9所述的方法,其中接收所述SOP信号包含从所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员:察克·M·卡塞斯乔·哈里发吉米亚·沙梅
申请(专利权)人:加利福尼亚大学董事会
类型:发明
国别省市:美国,US

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1