一种导航信号接收机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种导航信号接收机，包括：GNSS接收天线；本地时钟；存储器，用于存储卫星星历信息和上次导航定位信息；第一运算器，用于根据存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；以及根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；控制器，接收用户选择指令，从当前可视卫星中确定目标卫星；信号捕获电路，用于捕获目标卫星信号；信号跟踪电路，用于对捕获的目标卫星信号进行跟踪；第二运算器，根据跟踪的目标卫星信号解算接收机的位置和速度，并更新至存储器中。本实用新型专利技术接收机能够大大提高GNSS信号的捕获性能，不但能缩短捕获时间，其能稳定跟踪GNSS信号。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于导航
，尤其涉及一种导航信号接收机。
技术介绍
随着技术及其应用的推广，全球卫星导航系统(GNSS)接收机已经成为机载电子装备中核心部件之一。GNSS接收机的性能一般通过精度、完好性、连续性和可用性等四个方面来进行评估。其中完好性主要是对接收机在应用的安全性方面的要求，因此在对安全要求较高的应用中，完好性是必须要解决的关键问题。完好性一般定义为：完好性是一种概率，在特定时期、系统覆盖区域内的任一点，位置误差不超出告警门限(Alarm Limit)，不给用户在告警时限(Time To Alarm)内发出告警信息的概率。完好性问题对于航空来说是关系重大的，因为用户正以高速航行，如果不能及时的检测并排除故障卫星的话，飞机就很可能会偏离航路。随着机载系统对安全性能要求的日益提高，飞机上的导航系统也呈现多信息化、智能化、集成化的发展趋势。精确性与安全可靠性成为机载导航系统的重要特点。而精确定位定姿、故障检测隔离，已成为机载导航领域的重要学科技术之一，越来越受到人们的重视，近几年来得到了迅猛的发展。GNSS虽然有传统陆基无线电导航系统无法比拟的全球覆盖、高精度等性能，但目前在飞行器导航领域并没有得到普遍应用。不考虑政治方面的影响，从技术而言，精度、完好性、连续性及可用性四个方面都没有可满足所有飞行阶段的需求。从完好性方面看，GNSS系统本身能进行一定程度的完好性监测，但告警时间太长，通常需几个小时。从连续性和可用性方面看，GPS虽然能保证所有地区能有4颗以上可视卫星，但卫星几何结构仍然存在较差情况，如果加上完好性要求，其可用性会更差。GNSS接收机进行完好性监测采用RAIM算法，其基本原理是利用卫星测量的冗余观测信息对接收机导航定位结果进行超差判定，因此单纯卫星导航接收机完好性能受接收机跟踪锁定卫星数量、卫星几何分布及告警门限制约，具体如下：(1)GNSS接收机完好性受限于可见卫星数GNSS接收机通过基带处理单元可以输出接收机相对卫星的伪距，忽略噪声后，伪距是接收机三维位置和接收机钟差的函数，因此在进行三维导航时至少需要接收机跟踪4颗卫星才能解算出正确的接收机位置和钟差信息。假设只有一颗卫星出现故障，当观测到5颗卫星时，可以利用伪距间的冗余信息检测出对于当前飞行阶段，GNSS接收机存在不可接受的定位误差，但是由于没有其它信息，此时虽然可以给出超差告警，但不能锁定是哪颗卫星出现了故障；只有在同时观测到6颗以上卫星时才能确定出是哪颗卫星出现了故障。(2)GNSS接收机完好性受限于卫星几何分布GNSS接收机完好性能除和可见卫星数有关外，还和可见卫星的几何分布密切相关。通常在跟踪4颗以上卫星的条件下，当卫星与接收机之间构成的多面体体积最大时定位性能最佳，这时卫星星座的精度因子(DOP)最小。卫星几何分布越理想，接收机定位结果估计越准确，就越不容易超差，同时对故障卫星的监测能力也越高。因此GNSS卫星几何分布对接收机完好性有重要影响。(3)GNSS接收机完好性受限于应用精度要求GNSS接收机完好性是衡量接收机定位结果超差时的告警能力，因此完好性与告警门限密切相关，而告警门限的设定取决于实际的应用精度需求。飞行器不同飞行阶段对GNSS导航的完好性能要求不同，随着GNSS导航在飞机精密进近阶段的应用研究，GNSS导航系统的精度和完好性能要求越来越高。在精密进近阶段，尤其在3类精密进近阶段，对机载GNSS系统的完好性要求较高。考虑到卫星导航的体制局限性，单凭GNSS接收机算法优化很难满足要求。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的一个目的是提供一种导航信号接收方法和接收机，由外部增强信息和辅助信息为GNSS导航系统提供更精确的测量信息和冗余测量信息，通过对捕获过程和跟踪过程进行改进，大大缩短了接
收机的信号捕获时间，同时实现对信号的稳定跟踪。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。本技术提供了一种接收机，用于接收全球卫星导航系统GNSS信号进行导航定位，包括：GNSS接收天线；本地时钟；存储器，用于存储卫星星历信息和上次导航定位信息；第一运算器，与本地时钟和存储器相连，用于根据存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；以及根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；控制器，与所述运算器相连，接收用户选择指令，从当前可视卫星中确定目标卫星；信号捕获电路，与所述GNSS卫星导航接收和所述控制器相连，用于捕获目标卫星信号；信号跟踪电路，与所述信号捕获电路相连，用于对捕获的目标卫星信号进行跟踪；第二运算器，与信号跟踪电路和存储器相连，根据跟踪的目标卫星信号解算接收机的位置和速度，并更新至存储器中。较佳地，所述存储器中还存储有一搜索范围的设置信息；所述信号捕获电路还与所述存储器相连，在所述搜索范围内进行信号捕获。较佳地，还包括惯性导航系统INS接收天线、判别器和第三运算器，其中：所述第三运算器，与所述INS接收天线相连，用于利用INS系统信号解算当前历元时刻接收机的位置信息；所述判别器，与所述第三运算器和所述存储器相连，用于判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则判断为热启动模式，触发储器中存储的搜索范围信息更新，然后再触发所述信号捕获电路执行信号捕获；如
果否，则判断为冷启动模式，触发所述信号捕获电路执行信号捕获。较佳地，所述第三运算器，用于利用INS信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息；根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；结合解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算出接收机至卫星视线方向的单位矢量和伪距信息；根据所述单位矢量和伪距信息计算视线方向上的多普勒频移和码相位偏移；根据所述多普勒频移和码相位偏移确定搜索范围的中心，根据INS解算的位置和速度信息的不确定度来设定搜索范围。较佳地，还包括INS接收天线，所述信号跟踪电路包括：第四运算器，与所述INS接收天线和所述存储器相连，用于利用INS系统信号解算当前历元时刻接收机的位置和速度信息；根据卫星星历数据解算卫星的位置和速度信息；根据解算出的接收机和卫星的位置和速度信息计算并预测视线方向上LOS的多普勒频移信息；反馈电路，与所述第四运算器相连，用于将所述多普勒频移信息与载波环的环路滤波器输出值相加，将结果反馈至载波数字控制振荡器NCO中，以控制载波频率的输出。较佳地，所述GNSS接收天线包括GPS接收天线、GLONASS接收天线、GALILEO接收天线和北斗导航接收天线中的一种或者多种。较佳地，所述第二运算器将一种或者多种导航接收机接收到的卫星信号进行时空归一化处理后，进行数据融合处理后输出作为GNSS导航信号，据以解算接收机的位置和速度。较佳地，所述INS接收天线采用捷联惯性导航系统SINS接收天线。较佳地，所述本地时钟由机载守时设备提供。为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导航信号接收机，用于接收全球卫星导航系统GNSS信号进行导航定位，其特征在于，包括：GNSS接收天线；本地时钟；存储器，用于存储卫星星历信息和上次导航定位信息；第一运算器，与本地时钟和存储器相连，用于根据存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；以及根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；控制器，与所述第一运算器相连，接收用户选择指令，从当前可视卫星中确定目标卫星；信号捕获电路，与所述GNSS接收天线和所述控制器相连，用于捕获目标卫星信号；信号跟踪电路，与所述信号捕获电路相连，用于对捕获的目标卫星信号进行跟踪；第二运算器，与信号跟踪电路和存储器相连，根据跟踪的目标卫星信号解算接收机的位置和速度，并更新至存储器中。

【技术特征摘要】
1.一种导航信号接收机，用于接收全球卫星导航系统GNSS信号进行导航定位，其特征在于，包括：GNSS接收天线；本地时钟；存储器，用于存储卫星星历信息和上次导航定位信息；第一运算器，与本地时钟和存储器相连，用于根据存储的卫星星历信息和本地时间计算当前历元时刻卫星星座的分布信息；以及根据当前历元时刻卫星星座的分布信息和上次导航定位信息计算当前可视卫星；控制器，与所述第一运算器相连，接收用户选择指令，从当前可视卫星中确定目标卫星；信号捕获电路，与所述GNSS接收天线和所述控制器相连，用于捕获目标卫星信号；信号跟踪电路，与所述信号捕获电路相连，用于对捕获的目标卫星信号进行跟踪；第二运算器，与信号跟踪电路和存储器相连，根据跟踪的目标卫星信号解算接收机的位置和速度，并更新至存储器中。2.如权利要求1所述的接收机，其特征在于：所述存储器中还存储有一搜索范围的设置信息；所述信号捕获电路还与所述存储器相连，在所述搜索范围内进行信号捕获。3.如权利要求1所述的接收机，其特征在于，还包括惯性导航系统INS接收天线、判别器和第三运算器，其中：所述第三运算器，与所述INS接收天线相连，用于利用INS系统信号解算当前历元时刻接收机的位置信息；所述判别器，与所述第三运算器和所述存储器相连，用于判断是否接收机当前的位置距离上次导航定位距离在一预设范围之内，且存储的卫星星历信息处于有效期之内，如果是，则判断为热启动模式，触发储器中存储的搜索范围信息更新，然后再触发所述信号捕获电路执行信号捕获；如果否，则判断为冷启动模式，触发所述信号捕获电路执行信号捕获。4.如权利要求3所述的接收机，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐靖然，唐富春，高锋，谭双福，衡国彬，
申请(专利权)人：四川中卫北斗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51