当两个频率之一上的测量数据不可用时用于在短期内进行后备双频导航的方法技术

本发明专利技术包括一个方法，当双频导航所依赖的两个频率之一不可用时，该方法用于在短期内执行后备双频导航。该方法包括使用保持频率上的载波相位测量和电离层折射效应模型来合成不可用频率上的代码和载波相位测量，其在两个频率上的测量都可用的时候被更新。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利说明当两个频率之一上的测量数据不可用时用于在短期内 进行后备双频导航的方法 本专利技术通常涉及与卫星定位和导航相关联的技术，并且尤其涉及用全球定位系统(GPS)的双频导航。
技术介绍
全球定位系统(GPS)使用空间卫星来定位地球上的目标。来自卫星的信号通过GPS到达GPS接收机，并且被用来确定该GPS接收机的位置。当前，对应于具有一个锁定的GPS卫星信号的每个相关器信道的两类GPS测量可用于民用GPS接收机。两类GPS测量是用于两个载波信号L1和L2的伪距(pseudorange)、集成的载波相位，L1和L2的频率分别为1.5754GHz和1.2276GHz，或者波长分别为0.1903m和0.2442m。形形色色的GPS接收机可以做出的伪距测量(或代码测量)是一个基本的GPS可观测量。它利用在载波信号上调制的C/A或P码。该测量记录相关代码从卫星传播到接收机所花的视在时间(apparent time)，即信号到达接收机的接收机时钟时间减去信号离开卫星的卫星时钟时间。载波相位测量通过在一个信号到达接收机的时候对其重建载波积分而获得。从而，载波相位测量还是一个传输时间差的测量，其通过信号离开卫星的卫星时钟时间和它到达接收机的接收机时钟时间来确定。然而，因为当接收机开始跟踪信号的载波相位时，卫星和接收机之间的传输中完整周期(whole-cycle)初始数目通常是未知的，所以传输时间差可能有多个载波周期的差错，即在载波相位测量中存在一个完整周期(whole-cycle)模糊度。由于GPS测量是可用的，GPS接收机和大量卫星中的每一个卫星之间的距离都通过将信号传播时间乘以光速来计算。这些距离通常被称为伪距(假距离)，因为接收机时钟通常具有显著的时间误差，从而在测量距离中产生一个常见的偏差。另外还存在几个可能引起计算距离中的误差或噪声的误差因素，比如星表误差、卫星时钟定时误差、大气效应、接收机噪声和多径误差。作为普通导航计算的一部分，来自接收机时钟误差的普通偏差通常与接收机的位置坐标一起被求解。用独立的GPS导航，其中，一个具有GPS接收机的用户获得相对于多个所考虑卫星的代码和/或载波相位距离，而不用与任何基准站协商，该用户在减少距离中的误差或噪音方面是非常有限的。为了消除或减小一部分误差，差分技术一般在GPS应用中被使用。典型情况下，差分GPS(DGPS)的操作涉及位置固定的一个或多个基准GPS接收机，一个用户(或导航)GPS接收机、以及用户和基准接收机之间的通信链路。基准接收机被用来产生与一部分或全部的上述误差因素相关联的校正。校正被提供给用户接收机，用户接收机随后使用该校正来适当地校正它的被计算位置。大量不同的技术已经被开发来使用GPS载波相位测量来获得高精度的差分导航。最高精度技术通常被称为“实时运动学”(RTK)并且具有大约1厘米的典型精度。然而，为了获得那个精度，差分载波相位测量中的完整周期(whole-cycle)模糊度必须被确定。当基准接收机距离导航接收机有一个相当大的距离(超过数万米)时，确定完整周期(whole-cycle)模糊度变得不可能并且正常的RTK精度不能被实现。在这些逆境下，可以做到的最好情况往往是把完整周期(whole-cycle)模糊度估计为一个实值(非整数)变量。这个实践往往被称为确定一个“浮动模糊度”值。一个用于确定“浮动模糊度”值的方法是形成折射校正的代码和载波相位测量，把折射校正的载波相位测量定标为与折射校正的代码测量相同的单位，并且通过从折射校正的代码测量中减去折射校正的载波相位测量来形成一个偏移。这个偏移值可以在时间上被递归地取平均值，因此它变成一个格外精确的“浮动模糊度”估计。通过用对应的L1和L2载波相位测量的线性组合来平滑一个代码测量，相同的净结果可以被精确地获得，L1和L2载波相位测量被形成来匹配代码测量的电离层折射效应。几种类型的差分GPS系统当前是可用的，其向导航接收机提供测量或测量校正。在它们当中，由几个美国政府组织合作开发的高精度国家差分GPS系统(HA-ND GPS)使用岸基的基准站点。这个系统使用可以到达几百千米距离的用户的海岸警卫队信标向用户发射校正。John Deere已经开发了StarFireTM系统，其经由通信卫星用区域校正数据流和全球DGPS校正数据流来发射校正。在这些系统中，在载波相位浮动模糊度已经用足够的精度被确定之后，即在自导航接收机开始跟踪卫星信号起已经过去充分的时间之后，10厘米范围内的导航结果可以被获得。这些导航系统的其中一个主要问题是诸如干扰信号、遮蔽或信号堵塞等等之类的任何东西(导致来自任何卫星的其中一个信号暂时丢失)都会引起载波相位测量中的“周期滑移”，并且浮动模糊度值将不再正确。在当前的商业环境中，L2信号比L1测量更易于被丢失。这有几种原因。第一，广播L1信号比广播L2信号更强。另外，对L2信号的商业访问要求采用一个“无代码”或“半无代码”技术来避免军队对L2信号施加的选择可用性。因此，只有少量的干扰或信号堵塞可能造成L2测量的丢失。如果没有重新初始化浮动模糊度值的某些方法，则在L2信号返回之后需要用一个长时间间隔重新确定正确的浮动模糊度值。因此，需要一个技术来在短暂的L2信号停止之后重新初始化浮动模糊度值，从而可以避免长时间的初始化进程。
技术实现思路
本专利技术包括一种用于执行后备双频导航的方法，通过该方法，L2代码和载波相位测量使用保持的L1载波相位测量和电离层折射效应的模型的结合而被合成，其在L1和L2频率上的测量可用的时候被更新。作为一个可选的进程，被保持的代码和载波相位测量之间的一个分歧可以被用来检测与电离层折射模型不相符的缓慢变化。这使得可以在其上成功产生合成测量的间隔增大。在本专利技术的一个实施例中，后备双频导航对于在用户GPS接收机处L2测量从其丢失一个时间周期的每个卫星执行，并且当对来自卫星的L1和L2频率上的测量都可用时，用于执行后备双频导航的方法包括稳态处理。在稳态处理期间，代码和载波相位测量之间的平滑代码测量和平滑偏移被计算。此外，对电离层模型的校正被产生。其后，当来自卫星的L2频率上的直接测量不可用时，后备操作在每个测量时期中都被执行，直到在用户GPS接收机处再次检测到L2信号为止。在后备操作期间，电离层模型校正被用来产生估计的L2载波相位测量，其被用来在L1和L2频率上产生估计代码测量。L1频率上的被估计和测定的代码测量在一个可选步骤中被使用，电离层模型校正在该步骤中被更新。当L2信号返回时，执行到使用来自卫星的L1和L2信号的双频导航的转换。从而，当来自一个或多个卫星的信号在其中一个频率上在一个时间周期中变得不可用的时候，本专利技术实施例中的方法允许在一个GPS接收机处在该情形下继续双频工作。附图说明 图1是一个计算机系统的框图，该系统可以被用来执行根据本专利技术一个实施例的后备双频导航方法。图2是一个流程图，说明了根据本专利技术一个实施例的后备双频导航方法。图3是说明一个步骤的流程图，该步骤在后备双频导航方法中的稳态处理期间在代码和载波相位测量之间产生平滑代码测量和平滑偏移。图4是说明一个步骤的流程图，该步骤在后备双频导航方法中的稳态处理期间产生电离层模型校正。图5是说明一个步骤的流程图，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一个基于用来自多个卫星的第一频率上的信号和第二频率上的信号而获得的代码和载波相位测量来导航目标的系统中，一种用于在第一频率上的来自相应卫星的信号丢失了一个时间周期的情况下继续双频导航的方法，该方法包括：在该时间周期之前执行双频导航 ，包括基于使用在第一和第二频率上的来自相应卫星的信号而获得的代码和载波相位测量，来计算平滑代码测量和对电离层模型的校正；通过从第二频率上的载波相位测量中以及从对在该时间周期之前被计算的对电离层模型的校正中合成第一频率上的载波相位测量 ，在该时间周期期间执行后备导航；和响应于在第一频率上从相应卫星接收信号的恢复，使用来自相应卫星的第一和第二频率上的信号转换到双频导航。

【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：RT夏普，FW纳尔森，TD皮克特，RR哈特切，Y杨，
申请(专利权)人：纳夫科姆技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]