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具有改进的模糊度解算的卫星导航接收器制造技术

技术编号:20122597 阅读:22 留言:0更新日期:2019-01-16 12:54
描述了一种卫星导航接收器和相关方法,其可以提供改进的整周模糊度解算和更准确的定位信息。可以利用改型BIE过程(307)以使接收器能够更优化地执行整周模糊度解算。改型BIE过程的输出可以被时域平滑(308),以提供在模糊度空间中更平滑的解,并且因此还提供在时间上更平滑的位置解。必要时,可以在时间上平滑由模糊度确定的解与浮点解之间的转变。加权方案(310)可以动态地混合由模糊度确定的解和浮点解以利用两种解的优点,例如更快的引入、更高的准确性以及更稳定和平滑的性能。

Satellite navigation receiver with improved ambiguity resolution

A satellite navigation receiver and related methods are described, which can provide improved ambiguity resolution and more accurate positioning information. The modified BIE process (307) can be used to enable the receiver to perform integer ambiguity resolution more optimally. The output of the modified BIE process can be smoothed in time domain (308) to provide a smoother solution in ambiguity space, and therefore a more smoother location solution in time. When necessary, the transition between the solution determined by ambiguity and the floating-point solution can be smoothed in time. The weighted scheme (310) can dynamically mix ambiguity-determined solutions and floating-point solutions to take advantage of the advantages of the two solutions, such as faster introduction, higher accuracy, and more stable and smooth performance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的模糊度解算的卫星导航接收器
本申请整体上涉及具有改进的模糊度解算的卫星导航接收器。特别地,本申请涉及精密单点定位实时动态(PPP-RTK)的卫星导航接收器和执行具有快速初始化的稳定的、鲁棒性的和准确的整周模糊度解算的相关方法。
技术介绍
全球导航卫星系统(GNSS)利用卫星使接收器能够使用从卫星发射的信号以非常高的准确度和精度确定位置、速度和时间。这种GNSS包括全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星定位系统(Galileo)。从卫星发射的信号包括以各自的已知频率发射的一个或更多个载波信号,例如在GPS中的第一载波(L1)、第二载波(L2)和附加的第三载波(L5)。诸如用信息调制的伪随机(PN)噪声码的代码可以调制信号的载波,并且对于每个卫星可能是唯一的。因为卫星具有相对于时间已知的轨道位置,所以基于从四个或更多个卫星接收的一个或更多个信号的传播时间,可以使用信号估算接收器的天线与每个卫星之间的相对位置。特别地,接收器可以将载波的本地副本和在信号中传输的代码进行同步以估算相对位置。最准确的GNSS系统被称为精密单点定位实时动态(PPP-RTK)或全球RTK。PPP-RTK系统中使用的算法是本地RTK系统和PPP系统中使用的算法的组合。本地RTK系统和PPP系统两者可以通过确定与载波相位相关的模糊度来实现高准确度。在本地RTK系统中,流动接收器从附近的地方基站接收实时校正,例如通过无线电(通信)链路。因为地方基站具有已知的精确位置,所以它可以帮助确定流动接收器的精确位置。在PPP系统中,流动接收器接收全球适用的校正,这消除了对地方基站的需要。所述校正可以包括关于卫星的位置和时钟误差的信息,使得流动接收器可以接收关于卫星的精确位置的信息,以帮助确定接收器的精确位置。PPP系统具有参考站的全球网络,所述参考站用于产生全球校正,然后将其传输到流动接收器。PPP-RTK系统涉及基站的全球网络和流动接收器处的整周模糊度解算。PPP-RTK系统由于其改进的导航准确度和简化的基础结构(即,消除了对地方基站的需要)而通常用于诸如精密农业、军事导航和海上离岸定位等应用中。然而,当前的PPP-RTK系统通常不具有同时稳定的、鲁棒性的和准确的并且具有快速初始化时间的实时整周模糊度解算。因此,存在解决这些关注点的卫星导航接收器的机会。更具体地,存在可以提供改进的整周模糊度解算和更准确的定位信息的卫星导航接收器和相关方法的机会。
技术实现思路
本文描述的系统和方法可以导致具有改进的整周模糊度解算和更准确的定位信息的移动接收器。这里描述的实时整周模糊度解算可以是同时是稳定的、鲁棒性的和准确的,并且具有快速的初始化时间。例如,最佳整数等变(BIE)过程的修改版本可以使移动接收器能够更优化地执行整周模糊度解算。下面描述的改型BIE过程可以在搜索候选窄巷整周模糊度期间计算权重的和和候选窄巷整周模糊度的加权和。这可以消除存储大量候选者的需要或者选择人工阈值来控制要探索或存储的候选者的数量。改型BIE过程还可以在搜索候选窄巷整周模糊度期间利用自适应权重比例调节。这可以减轻可归因于候选者的权重幅度的可能的大的动态范围的潜在数值问题。改型BIE过程可以进一步利用动态阈值来控制何时终止候选者的搜索。以这种方式,仅包括那些权重足够大以致具有有意义的数值影响的候选者。这里描述的其他特征还使移动接收器能够更优化地执行整周模糊度解算。例如,改型BIE过程的输出也可以被时域平滑,以提供在模糊空间中更平滑的解,并且因此还提供在时间上更平滑的位置解。作为另一个示例,可以在必要时在时间上平滑由模糊度确定的解与浮点解之间的转变。作为另一示例,加权方案可动态地混合由模糊度确定的解和浮点解以利用(1everage)两种解的优点,例如更快的引入,更高的准确性以及更稳定和平滑的性能。加权方案可以利用特定的品质因数和其他试探法来执行所述混合。附图说明图1是根据一些实施例的卫星导航接收器的框图。图2是图示根据一些实施例的在卫星导航接收器中对整周模糊度进行解算或求解的方法的系统图。图3是图示根据一些实施例的用于在卫星导航接收器中确定所估算的浮点窄巷模糊度的操作的流程图。图4是图示根据一些实施例的用于在卫星导航接收器中使用改型最佳整数等变过程来计算由模糊度确定的位置解的操作的流程图。图5是图示根据一些实施例的用于在卫星导航接收器中计算浮点解的状态向量和协方差矩阵的校正的操作的流程图。图6是图示根据一些实施例的用于在卫星导航接收器中生成平滑的由模糊度确定的位置解的操作的流程图。图7是图示根据一些实施例的用于在卫星导航接收器中更新平滑的模糊度值的操作的流程图。图8是图示根据一些实施例的用于在卫星导航接收器中对由模糊度确定的位置解进行加权的操作的流程图。具体实施方式下面的说明书描述、图示和举例说明了根据本专利技术的原理的本专利技术的一个或更多个具体实施例。提供所述说明书并不是将本专利技术局限于本文描述的实施例,而是为了解释和教导本专利技术的原理以使得本领域普通技术人员能够理解这些原理,并且在理解的基础上能够应用它们以不仅实施本文描述的实施例而且实施根据这些原理可能想到的其他实施例。本专利技术的范围旨在覆盖在文字上或者在等同原则下可能落入所附权利要求的范围之内的所有这些实施例。应该注意,在说明书和附图中,相似或基本相似的元件可以用相同的附图标记来标记。然而,有时这些元件可能用不同的附图标记来标记,例如在这样的标记有助于实现更清楚的描述的情况下。此外,这里阐述的附图不一定按比例绘制,并且在一些情况下所述比例可能已被放大以更清楚地描绘某些特征。这样的标记和绘图实践不一定暗含内在的实质性目的。如上所述,本说明书旨在作为整体考虑,并根据本文所教导的本专利技术的原理进行解释,且被本领域普通技术人员所理解。图1示出了能够接收由卫星10发射的信号的卫星导航接收器11,其包括一个或更多个载波信号(例如,全球定位系统(GPS)的第一载波(L1),第二载波(L2)和附加的第三载波(L5)),使得接收器11可以基于所接收到的信号以非常高的准确度和精度确定位置、速度和时间。所接收到的信号可以从一个或更多个卫星10发射,例如GPS卫星,兼容伽利略的卫星或全球导航卫星系统(GLONASS)卫星。卫星10具有相对于时间的近似已知的轨道位置,所述已知的轨道位置可用于基于一个或更多个所接收到的信号在四个或更多个卫星10和接收器11的天线17之间的传播时间来估算接收器11的天线17与每个卫星10之间的相对位置。连接任何方框、部件、模块、复用器、存储器、数据存储装置、累加器、数据处理器、电子部件、振荡器、信号发生器、或其它电子或软件模块的任何箭头或线可以包括以下项目中的一个或更多个:电信号的物理路径、电磁信号的物理路径、用于数据的逻辑路径、一个或更多个数据总线、电路板迹线、传输线;软件模块、程序、数据或部件之间的链路、调用、通信或数据信息;或数据信息、软件指令、模块、子程序或部件的发射或接收。在一个实施例中,这里描述的接收器11可以包括计算机实施的系统或方法,其中一个或更多个数据处理器经由数据总线和一个或更多个数据存储装置(例如累加器或存储器)处理、存储、检索和以其他方式操纵数据,如本文和附图本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于确定卫星导航接收器的位置的方法,包括:基于估算的整周宽巷模糊度和无电离层的浮点模糊度,确定与来自一个或更多个卫星的接收到的信号相关联的测量的载波相位的估算的浮点窄巷模糊度;以规则间隔,基于所述估算的浮点窄巷模糊度,使用改型最佳整数等变(BIE)过程,确定所述测量的载波相位的候选窄巷整周模糊度的加权和;在搜索所述候选窄巷整周模糊度期间,基于对所述候选窄巷整周模糊度和浮点解的实值参数的均方误差(MSE)的最小化,生成权重的和以及所述候选窄巷整周模糊度的加权和,所述浮点解包括状态向量和协方差矩阵;基于所述权重的和以及所述候选窄巷整周模糊度的加权和来计算确定的模糊度值;基于所述确定的模糊度值形成第一约束,其中所述第一约束用于应用于所述浮点解的第一副本以计算由第一模糊度确定的位置解,由第一模糊度确定的位置解包括由第一模糊度确定的位置估算;和通过混合所述浮点解和由第一模糊度确定的位置解来对由第一模糊度确定的位置解进行加权,以生成由加权的第一模糊度确定的位置解。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.18 US 62/310,297;2016.09.29 US 15/281,0141.一种用于确定卫星导航接收器的位置的方法,包括:基于估算的整周宽巷模糊度和无电离层的浮点模糊度,确定与来自一个或更多个卫星的接收到的信号相关联的测量的载波相位的估算的浮点窄巷模糊度;以规则间隔,基于所述估算的浮点窄巷模糊度,使用改型最佳整数等变(BIE)过程,确定所述测量的载波相位的候选窄巷整周模糊度的加权和;在搜索所述候选窄巷整周模糊度期间,基于对所述候选窄巷整周模糊度和浮点解的实值参数的均方误差(MSE)的最小化,生成权重的和以及所述候选窄巷整周模糊度的加权和,所述浮点解包括状态向量和协方差矩阵;基于所述权重的和以及所述候选窄巷整周模糊度的加权和来计算确定的模糊度值;基于所述确定的模糊度值形成第一约束,其中所述第一约束用于应用于所述浮点解的第一副本以计算由第一模糊度确定的位置解,由第一模糊度确定的位置解包括由第一模糊度确定的位置估算;和通过混合所述浮点解和由第一模糊度确定的位置解来对由第一模糊度确定的位置解进行加权,以生成由加权的第一模糊度确定的位置解。2.根据权利要求1所述的方法,其中,根据所述候选窄巷整周模糊度的最大权重的幅值的变化自适应地按比例调节所述权重的和以及所述候选窄巷整周模糊度的加权和。3.根据权利要求1所述的方法,其中,按照二次型的指数函数计算所述权重的和中的权重。4.根据权利要求1所述的方法,其中,继续搜索候选窄巷整周模糊度,直到没有候选者保持有高于动态计算的阈值的相应权重。5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合包括最小化所述浮点解和由第一模糊度确定的位置解的组合的误差方差。6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合基于指示由第一模糊度确定的位置解是否可接受的可接受性因子。7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合基于所述浮点解的指示所述浮点解已达到稳定状态的收敛指示。8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合基于来自查找表的值,所述查找表由对应的误差方差的范围和所述浮点解与所述第一模糊度确定的位置解的对应品质因数的范围索引。9.根据权利要求1所述的方法,还包括将位置解从由第一模糊度确定的位置解转变为所述浮点解。10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述转变以规则的间隔进行,并且包括:基于转变条件确定是否需要所述转变;如果不需要所述转变,则存储由第一模糊度确定的位置解与浮点解之间的位置差偏移;和如果需要所述转变,则在从由第一模糊度确定的位置解到浮点解的多个间隔范围内以与先前的差偏移成比例的量调整位置解,直到所述位置解等于浮点解。11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述转变条件包括PPP校正的使用期限、所述估算的整周宽巷模糊度的可用性、所述估算的浮点窄巷模糊度的品质或所述确定的模糊度值的可用性中的一个或更多个。12.根据权利要求1所述的方法,还包括将位置解从由加权的第一模糊度确定的位置解转变成所述浮点解。13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述转变以规则的间隔进行,并且包括:基于转变条件确定是否需要所述转变;如果不需要所述转变,则存储由加权的第一模糊度确定的位置解与浮点解之间的位置差偏移;和如果需要所述转变,则在从由加权的第一模糊度确定的位置解到浮点解的多个间隔范围内以与先前的差偏移成比例的量调整位置解,直到位置解等于浮点解。14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述转变条件包括PPP校正的使用期限、所述估算的整周宽巷模糊度的可用性、所述估算的浮点窄巷模糊度的品质或所述确定的模糊度值的可用性中的一个或更多个。15.一种卫星导航接收器,包括:一个或更多个处理器;接收器,用于接收来自多个卫星的卫星导航信号;与所述一个或更多个处理器和接收器通信的存储器,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴礼文迈克尔·A·塞特泽维
申请(专利权)人:迪尔公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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