高精度区域定位系统信号处理方法及装置制造方法及图纸

本申请提出一种高精度区域定位系统信号处理方法及装置。其中方法包括：建立融合高精度区域定位系统及惯性导航系统的状态方程和测量方程；采用扩展卡尔曼滤波实现在线载波相位模糊度解算，得到模糊度浮点解估计和模糊度估计协方差矩阵；根据所述模糊度浮点解和模糊度估计协方差矩阵使用LAMBDA算法搜索载波测量模糊度固定解。本发明专利技术保留了实时在线载波相位模糊度解算类算法动态解算、实时运行的优势，而且与现有的实时在线载波相位模糊度解算算法相比，所提算法在初始解误差较大的情况下依然可以求解高精度区域定位系统载波测量模糊。本发明专利技术可以在室内等强多径环境下应用，提高高精度区域定位系统接收机模糊度解算的可靠性及可用性。靠性及可用性。靠性及可用性。

【技术实现步骤摘要】
高精度区域定位系统信号处理方法及装置


[0001]本专利技术涉及导航定位
，具体涉及高精度区域定位系统信号的处理方法及装置。

技术介绍

[0002]高精度区域定位系统是一种通过播发无线电测距信号来为系统覆盖范围内的用户提供定位服务的地基导航系统。该系统播发的无线电测距信号采用扩频信号体制，包括扩频码、导航电文和载波三部分。如果想要基于高精度区域定位系统实现分米至厘米级精度的高精度定位，必须使用其信号中精度较高且不易受到多径影响的载波相位观测量来进行定位解算。但是载波相位的测量中包含未知的整周模糊度，因此载波模糊度解算就成了高精度区域定位系统接收机实现高精度定位之前必不可少的步骤。虽然载波模糊度解算问题在卫星导航领域已经得到了长期的研究，但是由于高精度区域定位系统自身的特点，GNSS领域已有的载波模糊度解算技术并不适合照搬到高精度区域定位系统中来。
[0003]现有的高精度区域定位系统接收机载波相位测量模糊度解算方法分为三类：
[0004]第一类方法是依靠初始标定点的模糊度解算算法，这类算法需要高精度区域定位系统的接收机在初始启动时静止位于某个坐标已知的点上，然后使用该坐标信息反推出载波测量模糊度。或者要求高精度区域定位系统接收机所工作的场地内存在多个事先已知坐标的点，高精度区域定位系统接收机需要依次运动经过这些标定点并驻留一段时间，然后高精度区域定位系统接收机根据这些标定点的坐标及上述标定点处测得的载波相位测量值来联合计算，估算出载波测量模糊度。这一类方法有两点缺陷无法避免。首先，这类方法都需要利用其他技术测量出一些已知标定点的坐标；其次，它们都要求接收机移动到这些特点定后才能开始工作。这些约束限制了这类方法在实际中的推广应用。
[0005]第二类方法是主要基于在接收机跟踪环没有发生周跳的情况下载波相位测量模糊度不随观测历元变化而改变的特点，通过在高精度区域定位系统接收机运动过程中收集多个历元的载波相位测量值，联立这些测量值通过一个大型优化算法完成载波模糊度解算。但是，高精度区域定位系统接收机运动过程中会产生上百个未知的位置状态，这些位置状态也需要在优化算法中与载波相位测量模糊度一并解算。这使得上述优化算法往往包含数百个观测量和待估计参数，导致解算时计算量巨大。因此，此类算法往往很难实时运行，限制了这类方法在实际中的推广应用。
[0006]第三类算法首先会利用精度较差的码伪距观测量估计接收机位置、钟差和载波相位测量模糊度的初始解，然后在初始解附近利用泰勒级数展开式近似出一个线性的测量方程，并利用卡尔曼滤波算法估计接收机位置、钟差和模糊度。随着接收机的运动，滤波器对载波相位测量模糊度等状态的估计会逐渐收敛，最终完成载波相位模糊度解算。这类算法一方面不需要限制接收机的运动轨迹，另一方面采用卡尔曼滤波算法解算模糊度实时性较好，因此实用性较强。不过由于高精度区域定位系统的特殊性，相比于卫星定位的RTK算法中的模糊度解算，高精度区域定位系统接收机的载波相位模糊度解算面临着更多的困难。
因为高精度区域定位系统通常用于卫星定位性能下降的复杂环境中。由于受到地形或遮挡的限制，同一时刻下能与高精度区域定位系统接收机满足视通条件的高精度区域定位系统基站数目较少，也就是说高精度区域定位系统接收机在同一时间只能获得少量的观测量。而且随着高精度区域定位系统接收机的运动，有可能对一些基站的信号接收会时断时续。
[0007]惯性导航系统可以提供惯性测量观测量，从而对高精度区域定位系统接收机位姿变化进行约束，加快载波相位模糊度解算的收敛速度。但惯性导航系统辅助高精度区域定位系统接收机实时在线载波相位模糊度解算的算法也需要在初始解附近构建线性化的测量方程，并利用扩展卡尔曼滤波完成对惯性导航系统误差、载波测量模糊度等参数的估计。在现有方法中，该测量方程是通过对观测方程进行泰勒级数展开，然后项忽略高阶误差项仅保留一阶得来的。但在高精度区域定位系统中，由于高精度区域定位系统基站与高精度区域定位系统接收机距离较近，初始解误差较大时上述线性化近似过程可能产生严重的截断误差。当截断误差过大时，即使采用了惯性导航系统辅助，现有的实时在线载波相位模糊度解算算法依然很难收敛。可见，现有的惯性导航系统辅助高精度区域定位系统模糊度解算算法依然需要一个较精确的初始解。但是实时在线载波相位模糊度解算过程的初始解往往都是基于对高精度区域定位系统基站播发的信号中的扩频码伪距测量估算的，而码伪距测量结果则非常容易受到多径等误差的影响。在室内或者一些较复杂的场景下，多径可能导致码伪距测量结果产生米级的偏差。所以，使用传统的实时在线载波相位模糊度解算或者惯性导航系统辅助的实时在线载波相位模糊度解算算法依然很难获得正确的模糊度估计。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在提出一种高精度区域定位系统信号处理方法及装置，以克服现有技术中准确度不高的缺陷。
[0009]本专利技术第一方面提出的高精度区域定位系统信号处理方法，包括：步骤A：建立融合高精度区域定位系统及惯性导航系统的状态方程和测量方程；步骤B：采用扩展卡尔曼滤波实现在线载波相位模糊度解算，得到模糊度浮点解估计和模糊度估计协方差矩阵；步骤C：根据所述模糊度浮点解和模糊度估计协方差矩阵使用LAMBDA算法搜索载波测量模糊度固定解。
[0010]本专利技术第二方面提出的高精度区域定位系统信号处理装置，包括：方程构建单元，用于建立融合高精度区域定位系统及惯性导航系统的状态方程和测量方程；浮点解计算单元，用于采用扩展卡尔曼滤波实现在线载波相位模糊度解算，得到模糊度浮点解估计和模糊度估计协方差矩阵；固定解计算单元，用于根据所述模糊度浮点解和模糊度估计协方差矩阵使用LAMBDA算法搜索载波测量模糊度固定解。
[0011]综上可知，本专利技术提出了一种改进的惯性导航系统辅助高精度区域定位系统接收机实时在线载波相位模糊度解算算法。本专利技术的技术方案保留了实时在线载波相位模糊度解算类算法动态解算、实时运行的优势，而且与现有的实时在线载波相位模糊度解算算法相比，所提算法在初始解误差较大的情况下依然可以求解高精度区域定位系统载波测量模糊。本专利技术的技术方案可以在室内等强多径环境下应用，提高高精度区域定位系统接收机模糊度解算的可靠性及可用性。
附图说明
[0012]附图示出了本申请的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本申请的原理，其中包括了这些附图以提出对本申请的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0013]图1为本专利技术的高精度区域定位系统信号处理方法的流程图；
[0014]图2为本专利技术的高精度区域定位系统信号处理装置的结构框图；
[0015]图3为现有技术方法获得的基站间单差载波模糊度平均绝对误差的统计情况；
[0016]图4为本专利技术所提方法获得的基站间单差载波模糊度平均绝对误差的统计情况。
具体实施方式
[0017]本专利技术旨在针对高精度区域定位系统的特点，提出一种高精度区域定位系统信号处理方法，该方法从专利技术原理上理解是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度区域定位系统信号处理方法，其特征在于，包括：步骤A：建立融合高精度区域定位系统及惯性导航系统的状态方程和测量方程；步骤B：采用扩展卡尔曼滤波实现在线载波相位模糊度解算，得到模糊度浮点解估计和模糊度估计协方差矩阵；步骤C：根据所述模糊度浮点解和模糊度估计协方差矩阵使用LAMBDA算法搜索载波测量模糊度固定解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C之后还包括：步骤D：利用载波伪距测量值和所述载波测量模糊度固定解实现精密单点定位，或高精度区域定位系统/惯性导航系统紧组合定位。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：将第k个历元内需要估计的状态量表示为其中，表示惯性导航系统的姿态角误差，δv
n
表示惯性导航系统的速度误差，δp表示惯性导航系统的位置误差，ε
b
表示惯性导航系统的陀螺仪零偏，表示惯性导航系统的加速度计零偏，表示接收机时钟偏差，表示接收机时钟偏差变化率，L
k
；δλ
k
；δh
k
表示接收机在参考历元的位置误差，表示模糊度估计误差，将状态方程表示为：X
k
＝F
k
X
k
‑1+w
k
，其中，w
k
～N(0,Q
k
)表示系统噪声向量，F
k
表示状态转移矩阵，且其中，T表示惯性测量的更新间隔，N表示离散化阶数，其中，F
ie
表示姿态角误差、速度误差、位置误差在惯性导航系统位姿更新过程中的累积，F
sg
表示陀螺仪零偏误差、加速度计零偏误差对惯性导航系统位姿更新的影响，
其中，表示从载体坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵，将测量向量表示为记为两部分，第一部分是惯性导航系统预测的伪距观测量与载波伪距观测量之间的差异，第二部分则是惯性导航系统预测的差幂非线性组合观测量与测量获得的观测量间的误差，其中，ρ
i,k
＝r
i,k
+τ
u
‑
λN
i
+ε
i,k
，ρ
i,k
表示接收机在观测历元k对基站i测量所得载波伪距观测量，τ
u
表示第k个观测历元时接收机钟差，N
i
表示对基站i载波测量的模糊度，ε
i,k
表示测量误差，测量误差服从高斯分布N(0,σ2)，ri,k表示观测历元k中接收机与基站i的几何距离，差幂非线性组合观测量表示为：系统的测量方程及其对应的雅可比矩阵表示为，z
k
＝h(x
k
)+ε
k
其中，其中，其中，其中，R
N
表示该位置所在卯酉圈的主曲率半径，其中，R
e
表示地球模型的半长轴，e表示地球偏心率，L表示当地纬度，其中，
将测量噪声向量的协方差矩阵表示为：其中，α表示用于调节差幂非线性组合观测值置信度的比例因子，其中，α表示用于调节差幂非线性组合观测值置信度的比例因子，其中，其中，表示当前时刻接收机到基站i的几何距离的估计值，σ2表示载波相位测量值的方差。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述初始观测历元内的时钟偏差设为零。5.一种高精度区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景利，
申请(专利权)人：北京清杉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：