使用多个天线为全球导航卫星系统进行信号故障检测技术方案

本发明专利技术题为“使用多个天线为全球导航卫星系统进行信号故障检测”。本发明专利技术提供了一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统。至少一个控制器被配置为：确定与在多个间隔开的天线中的每个天线处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果；解算真实载波相位测量结果差值的整数模糊度；以及基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，计算第一导航解决方案的至少一个变量。所述至少一个控制器被进一步配置为应用解决方案分离过程以重复地：计算第二导航解决方案的所述至少一个变量；确定所述第二导航解决方案中的所述至少一个变量与所述第一导航解决方案中的所述至少一个变量之间的差值；以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测卫星信号中的故障。

Signal fault detection for GNSS using multiple antennas

【技术实现步骤摘要】
使用多个天线为全球导航卫星系统进行信号故障检测
技术介绍
安全的飞行器行进需要确定高度和航向信息。全球定位系统姿态和航向参考系统(GPAHRS)可用于确定动态条件(诸如转弯和速度改变)下的航向。然而，在直线行进路径中，来自低成本(低级)GPAHRS的航向解决方案的准确度是不可靠的。因此，通常以直行和水平行进为主的商业飞行需要独立的航向传感器。传统上，磁力仪已被用作航向传感器以提供航向解决方案。然而，磁力仪的使用具有局限性。一种局限性发生在经常穿越极地区域的长途商业飞行中，在这些极地区域处，磁场不适合用于航向确定。另一种局限性是磁力仪价格昂贵且对安装环境敏感。因此，优选了替代方法。一个解决方案是使用两个或更多个天线来使用全球导航卫星系统(GNSS)以基于天线之间的真实载波相位差值来确定姿态和航向。然而，需要一种用于基于这种类型的系统来最好地确保姿态和航向解决方案的完整性的方法。
技术实现思路
以下
技术实现思路
是以举例的方式而不是限制的方式作出的。提供
技术实现思路
的目的仅仅是有助于读者理解所述主题的一些方面。实施方案包括用多个天线使全球导航卫星系统(GNSS)实现故障检测的方法和系统。实施例1是一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统。该系统包括多个间隔开的天线、至少一个估算器、至少一个存储器以及至少一个控制器，所述至少一个存储器用于至少存储操作指令。所述至少一个控制器被配置为实现存储在所述至少一个存储器中的操作指令以：确定与在所述多个间隔开的天线中的每个天线处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果；对于由所述多个间隔开的天线所接收的来自多个卫星中的一个卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果；以及基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第一导航解决方案中的至少一个变量。所述至少一个控制器被进一步配置为实现所述至少一个存储器中的操作指令以应用解决方案分离过程以重复地：移除与所述多个卫星中的选定卫星相关联的所有卫星信号；对于来自剩余卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果；基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第二导航解决方案中的所述至少一个变量；确定第二导航解决方案中所计算的至少一个变量和第一导航解决方案中所计算的至少一个变量之间的差值；以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测来自选定卫星的卫星信号中的故障。在另一个实施方案中，提供了一种用于为基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航解决方案(包括姿态和航向的至少一者)提供信号故障检测的系统。该系统包括被配置为接收多个卫星信号的多个天线和系统控制器。该系统控制器被配置为确定每个所接收的卫星信号和天线的至少真实载波相位测量结果，实现第一估算器以至少部分地基于获得自跨所述多个天线的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第一导航解决方案估算，实现解决方案分离功能，该解决方案分离功能重复地包括：移除与选定卫星相关联的所有卫星信号；确定来自剩余卫星信号的真实载波相位测量结果；实现第二估算器以至少部分地基于来自剩余卫星信号的获得自跨所述多个天线的测量卫星信号的所确定的真实载波相位测量结果差值来形成第二导航解决方案估算；当在计算第一导航解决方案估算和第二导航解决方案估算中使用不同的GNSS接收器来跟踪每个天线的卫星信号时，使用接收器钟差值的估算状态；以及在第一导航解决方案变量中的至少一者与第二导航解决方案变量中的至少一者之间的差值的量值超过阈值的情况下，检测卫星信号中的故障。在又一个解决方案中，提供了一种为基于全球导航卫星系统(GNSS)的姿态和航向提供信号故障检测的方法。该方法包括：用多个天线接收多个卫星处的多个卫星信号；确定每个所接收的卫星信号的真实载波相位测量结果；对于来自卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果；基于该第一组解算的整数模糊度测量结果，计算第一姿态和第一航向中的至少一者；以及应用解决方案分离，该解决方案分离重复地包括：移除与所述多个卫星中的选定卫星相关联的所有卫星信号，对于来自剩余卫星的至少一个卫星信号，解算跨多对天线的一对天线的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，计算第二姿态和第二航向中的至少一者，确定所计算的第二姿态和第二航向中的至少一者与所计算的第一姿态和第一航向中的至少一者之间的差值，以及当所确定的差值超过限定阈值时，检测卫星信号中的故障。附图说明当根据详细描述和如下附图考虑时，实施方案可以更容易地理解并且实施方案的进一步的优点和用途将更为显而易见，在附图中：图1是根据一个示例性实施方案的实现具有故障检测系统的GNSS导航解决方案的车辆的框图；图2是根据一个示例性实施方案的信号故障检测流程图；并且图3示出了示例性实施方案的导航解决方案流程图。根据惯例，各种所述的特征未按比例绘制，而是为了强调与所述主题相关的特定特征而绘制的。参考符号在所有附图和正文中表示类似的元件。具体实施方式在下面的详细描述中，参照了附图，这些附图构成详细描述的一部分，并且在这些附图中，以说明的方式示出了可实施本专利技术的具体实施方案。对这些实施方案进行了充分详细地描述，以使本领域技术人员能够实施这些各种实施方案，并且应当理解，可以利用其他实施方案并且可以在不脱离本专利技术的实质和范围的情况下进行变化。因此，以下详细描述不是限制性的，并且本专利技术的范围仅由权利要求书以及其等同物限定。实施方案包括用于提供具有故障检测的全球导航卫星系统(GNSS)的方法和系统。在实施方案中，应用解决方案分离以提供用于基于多个天线的姿态和航向的完整性(即保护等级)和故障检测。参见图1，示出了实现具有故障检测系统101的GNSS导航解决方案的车辆100。车辆100包括控制器102(或系统控制器)以控制系统的操作。控制器100与多个接收器108-1至108-n通信。每个接收器108-1至108-n继而与相关联的天线110-1至110-n通信。天线110-1至110-n接收来自卫星120-1至120-n的信号。控制器102还与存储器105通信。存储器105至少部分地用于存储来自卫星120-1至120-n的接收信号信息、操作指令、阈值和结果。另外，系统101包括估算器106-1至106-n。这些估算器通常指示为估算器106。在一个示例性实施方案中，估算器106包括如下文详述的卡尔曼滤波器。另外在图1的示例性实施方案中，系统101包括导航系统104。在一个实施方案中，导航系统104显示导航解决方案，另外在一个实施方案中，导航系统104是控制系统的一部分，该控制系统基于所确定的导航解决方案至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统，所述系统包括：/n多个间隔开的天线(110)；/n至少一个估算器(106)；/n至少一个存储器(105)，所述至少一个存储器用于至少存储操作指令；和/n至少一个控制器(102)，所述至少一个控制器(102)被配置为实现存储在所述至少一个存储器(105)中的所述操作指令以：/n确定与在所述多个间隔开的天线(110)中的每个天线(110)处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果，/n对于由所述多个间隔开的天线(110)所接收的来自多个卫星(120)中的一个卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果，以及/n基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器(106)计算第一导航解决方案的至少一个变量；并且/n所述至少一个控制器(102)被进一步配置为实现所述至少一个存储器(105)中的操作指令以应用解决方案分离过程以重复地：/n移除与所述多个卫星(120)中的选定卫星(120)相关联的所有卫星信号，/n对于来自所述剩余卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，/n基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第二导航解决方案的所述至少一个变量，/n确定所述第二导航解决方案中所计算的至少一个变量和所述第一导航解决方案中所计算的至少一个变量之间的差值，以及/n当所确定的差值超过限定阈值时，检测所述卫星信号中的故障。/n...

【技术特征摘要】
20180611 US 16/005,4031.一种具有信号故障检测的基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统，所述系统包括：
多个间隔开的天线(110)；
至少一个估算器(106)；
至少一个存储器(105)，所述至少一个存储器用于至少存储操作指令；和
至少一个控制器(102)，所述至少一个控制器(102)被配置为实现存储在所述至少一个存储器(105)中的所述操作指令以：
确定与在所述多个间隔开的天线(110)中的每个天线(110)处所接收的每个卫星信号相关联的真实载波相位测量结果，
对于由所述多个间隔开的天线(110)所接收的来自多个卫星(120)中的一个卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得第一组解算的整数模糊度测量结果，以及
基于所获得的第一组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器(106)计算第一导航解决方案的至少一个变量；并且
所述至少一个控制器(102)被进一步配置为实现所述至少一个存储器(105)中的操作指令以应用解决方案分离过程以重复地：
移除与所述多个卫星(120)中的选定卫星(120)相关联的所有卫星信号，
对于来自所述剩余卫星(120)的至少一个卫星信号，解算跨多对天线(110)的一对天线(110)的真实载波相位测量结果差值的整数模糊度，以获得至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，
基于所述至少一个第二组解算的整数模糊度测量结果，用所述至少一个估算器计算第二导航解决方案的所述至少一个变量，
确定所述第二导航解决方案中所计算的至少一个变量和所述第一导航解决方案中所计算的至少一个变量之间的差值，以及
当所确定的差值超过限定阈值时，检测所述卫星信号中的故障。


2.一种用于为基于全球导航卫星系统(GNSS)的导航解决方案提供信号故障检测的系统，所述导航解决方案包括姿态和航向，所述系统包括：
多个天线(110)，所述多个天线(110)被配置为接收多个所述卫星信号；和
系统控制器(102)，所述系统控制器被配置为：
确定每个所接收的卫星信号和天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：马茨·安德斯·布伦纳，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US