带有时钟差建模的多GNSS信号处理制造技术

提出了三种新方法，用于改进多个全球卫星导航系统（ＧＮＳＳ）的浮点解和模糊度解算，所述多个ＧＮＳＳ中的一个可以是基于ＦＤＭＡ的ＧＮＳＳ（例如ＧＬＯＮＡＳＳ），所述三种方法包括：（１）对两个（或两个以上）不同ＧＮＳＳ之间的与硬件有关的不同时钟误差进行建模；（２）对频分多址（ＦＤＭＡ）ＧＮＳＳ中呈现的频率依赖性偏差进行建模；以及（３）被称为记分牌部分固定（ＳＰＦ）的模糊度解算方法。所提出的方法独立于对于每一卫星导航系统所跟踪的载波频率的数量。该应用产生更快更可靠的模糊度解算。与因多ＧＮＳＳ而常导致退化性能的已知算法对照，以十分高效的方式利用了多ＧＮＳＳ的结合观测的优点。已经发现，例如，对于处理来自不同制造商的ＧＮＳＳ接收机的信号，利用来自基本相异的硬件的结合的ＧＮＳＳ观测，频率依赖性偏差的方法很有效。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及全球导航卫星系统(GNSS)领域。更具体地说，本专利技术 涉及使用多GNSS和/或采用FDMA的GNSS的模糊度解算。尤其是，基 本上改进了使用GPS和GLONASS信号的结合的固定模糊度载波相位定 位。
技术介绍
2005年5月12日公布的Vollath的美国专利申请US2005/0101248 Al 公开了用于三个或三个以上载波的GNSS信号模糊度估计。在Kozlov等 人的1999年6月22日的美国专利5，914，685以及Kozlov等人的加01年5 月8日的美国专利6,229,479 Bl中，描述了既使用GPS栽波相位测量又使 用GLONASS载波相位测量的相对位置测量技术。在Rog等人2002年8 月27日的美国专利6,441,780 Bl中描迷了使用GLONASS和GPS系统的 信号的接收机。在Vorobiev等人2004年5月4日的美国专利6，"1，701 B2 中描述了用于GPS和GLONASS弱信号跟踪的导航数据预测。使用多 GNSS和/或采用FDMA的GNSS的用于模糊度解算的改进方法和装置是 所期望的，这将从以下描述变得清楚
技术实现思路
图1示意性示出使用两个GNSS (110， 120)、基准站130和流动站 l邻的情况。可以使用一个或多个附加的基准站150。 GNSS120具有两个 载波Ll和L2。基准站130和流动站140 (如果提供基准站150，则还有基准站150)从第一GNSS的任意数量的卫星(例如卫星110-1、 110-2、.......110-N)以及第二 GNSS的任意数量的卫星(例如卫星120-1、 120-2........120-M)接收GNSS信号。将根据在接收机处(例如在基准站和流动站140 处)收集的GNSS信号数据来确定距每一卫星的各个伪距PR1、 PR2等。例如，可以使用具有大约一米的误差的GPSC/A码来确定伪距。不使 用仅军用的P/Y码的民用GPS接收机以几米范围内的误差来确定流动站位 置。然而，可以以0.01-0.05周的精度(与2mm至lcm的伪距误差对应) 来测量Ll载波和L2载波的相位，从而允许通过载波模糊度的适当估计而 以几亳米至几厘米的范围内的误差来估计流动站的相对位置。对来自多个GNSS的信号的结合处理(例如结合的GPS+GLONASS RTK处理)在算法方面有一些特殊问题待解决。这些问题包括A.时钟差、 B.频率依赖性偏差、以及C.部分固定。A.时钟差。GNSS间数据(例如GPS和GLONASS数据)的时钟误 差可以相差几米到几十米，这取决于所使用的接收机硬件。图2A是GNSS 110的时钟误差偏差5^和GNSS 120的时钟误差偏差5^对时间的典型图 线。5^和5^的值在与几十米的误差对应的范围上变化，并且不可一历元 (epoch) —历元地预测。现有技术对5^和5b独立地建模。由于预先不 知道时钟误差，因此必须对它们建模。一种建4莫方法是，将GPS时钟误差和GLONASS时钟误差分别对待， 即，作为两个完全无关的时钟误差。这样的结果是，需要第二基准卫星， 即， 一个基准卫星用于GPS， 一个基准卫星用于GLONASS。这样有两个 不利结果超定更糟糕，并且必须可获得来自至少6个卫星(对于每一 GNSS，至少2个卫星)的信号以获得动态RTK解。数据分析已经示出两个GNSS的不同时钟误差之间的差随着时间而 保持得相当恒定，并且可以是依赖于温度的。这说明，在载波相位测量的情况下，对于亳米级别，稳态估计是可能的。这样的优点是，更快地转换所有估计过程。图2B是在时钟误差偏差(5^和56之间的差A&对时间的 图线。与5o和5&的大的改变相对照，GNSS间的偏差A&是一历元一历 元地相一致的，在与几毫米误差对应的范围上变化，并且与接收;^U更件的 温度相关。对于双GNSS系统，本专利技术实施例对5^和厶df建模。对于三 GNSS系统，本专利技术实施例对5&和两个GNSS间偏差厶&2= 5^-以及 緣产^-5^建模。时钟误差差值建模要求对于GPS和GLONASS,原始接收机时钟误 差尚未独立地改变。如果例如在RTCM 2.3格式消息类型20/21中，接收 机时钟误差将被独立地确定并且其后被从观测中移除，则将出现这种情况。 过去，某些接收4几要求从GPS和GLONASS观测值中移除相同的接收机 时钟误差。RTCM 2.3标准没有包括对GPS和GLONASS之间的接收机时 钟误差处理的限制。然而，现有基准站软件应该对其进行正确处理，并且 其它格式没有这个问题。来自其它源的可用的时钟误差差值没有解决不同 时钟误差的问题。在任意事件中，它们仅在分米到米的级别上是精确的， 并且因此不可应用于载波相位定位。B.频率依赖性偏差。GLONASS的另一问题是频率依赖性偏差。这些 偏差发源于固有地频率依赖性硬件、滤波器和其它元件中。(带通)滤波 器总是引入频率依赖性偏差，该频率依赖性偏差可以在数学上推导。另一 影响是这样的事实，即模糊度的绝对级别很要紧在该绝对级别中的误差 还生成频率依赖性误差。当来自不同制造商的接收机的数据被结合时，与 硬件有关的问题,皮极大地放大，导致不可靠的定位。图3示出两个GNSS (110、 320 )、基准站130和流动站140的情况。 可以4吏用一个或多个附加基准站150。 GNSS 320是FDMA系统，例如 GLONASS。存在多个频率依赖性误差来源，包括GNSS320的卫星，每 一卫星在不同频率上进行发送；接收机滤波器硬件，其引入频率依赖性偏 差；信号处理，其引入频率依赖性偏差。根据本专利技术这个方面的实施例， 直接在滤波器处理中对依赖于频率/波长的误差进行建模。初始测试示出当来自不同制造商的接收机的数据被结合时至少量级的可靠性增加，使得能够操作为混合的系统(例如具有来自不同制造商的GNSS接收机的系 统)。因此，可以用来自一个制造商的接收机来扩大来自另一制造商的接 收机的现有网络，而不会由于频率依赖性偏差而导致结果退化。C.部分固定。部分固定方法通过固定所跟踪的卫星的子集而不是卫星 的全集来增加可用性(减少定位时间)和可靠性。图4示出两个或更多GNSS 110、320、410(例如分别是GPS、GLONASS 和GALILEO)、基准站130和流动站140的情况。可以使用一个或多个 附加的基准站150。在图4的示例中，GNSS 320是FDMA系统，但FDMA 并非必须；部分固定将对于任意一个或多个GNSS (例如对于GPS、 GLONASS和未来GALILEO的任意一个或任意结合)起作用。与使用来 自GNSS的子集或GNSS内的卫星的子集的数据相比，可能更不期望使用 来自多GNSS的所有卫星的信号的数据。与正确固定较小的子集相比，通 常更不可能同时正确固定大量模糊度。根据本专利技术这个方面的实施例逐历 元地确定GNSS/卫星的哪个/哪些结合是最佳的。根据本专利技术的实施例解决了在向用户提供一个或多个频率的当前和未 来GNSS系统(例如GPS、 GLONASS和未来GALILEO)中对载波相位 模糊度解算的需要。在现实物理模型上采用高效计算技术，以获得载波相位模糊度的良好 近似。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理从在多个站处接收的来自两个或两个以上ＧＮＳＳ的卫星的信号中导出的信号数据的方法，每一ＧＮＳＳ具有各自的时钟误差，所述方法包括：通过对从在第一站处接收的信号中导出的信号数据与从在第二站处接收的信号中导出的信号数据进行求差来准备单差数据；以及将由状态向量定义的滤波器应用于所述单差数据，以估计载波模糊度的集合，其中，所述状态向量包括：第一时钟误差状态，其表示第一ＧＮＳＳ的时钟误差；以及第二时钟误差状态，其表示在所述第一ＧＮＳＳ的时钟误差与第二ＧＮＳＳ的时钟误差之间的差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：U沃尔拉特，KD杜塞，
申请(专利权)人：天宝导航有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]