[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810044619.7
• 申請日: 2008-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN101334458A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳小平;藤云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S1/02
• 分類號(hào): G01S1/02;G01S1/04;G01S5/02;G01S5/14
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及定位接收機(jī)基于載波相位定位過程中的周跳修復(fù)方法。?

背景技術(shù)

在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，主要包括載波相位定位和偽距定位兩種方式。偽距定位方式計(jì)算簡單方便，但定位精度較低；而載波相位定位，其載波相位觀測精度比偽距測量值高得多，其絕對定位精度可以達(dá)到厘米級，相對定位精度可以達(dá)到毫米級。在高精定位接收機(jī)中，普遍基于載波相位測量值來進(jìn)行定位。?

載波相位測量原理：根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的載波信號(hào)在傳播路徑上的相位變化值確定信號(hào)的傳播距離。衛(wèi)星發(fā)出相位為?的載波信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過距離ρ傳輸?shù)浇邮諜C(jī)時(shí)，其相位變?yōu)?則由衛(wèi)星到接收機(jī)處的相位變化量為?此變化量包括整周數(shù)和不足一周的小數(shù)部分，具體可表示為：?

為方便計(jì)算，載波相位均以周為單位，衛(wèi)星到接收機(jī)的距離ρ表示為：?

其中，N₀表示初始的相位整周數(shù)，ΔN為整周數(shù)變化值，Δ?表示不足一周的小數(shù)部分；λ代表載波波長。實(shí)際的相位測量只能測定不足一周的小數(shù)部分Δ?無法測量初始的整周數(shù)N₀，整周數(shù)變化值ΔN則是通過多普勒積分由電子計(jì)數(shù)器累計(jì)得到。?

但由于接收機(jī)自身故障或衛(wèi)星信號(hào)意外中斷，會(huì)引起載波鎖相環(huán)路的短暫失鎖，從而導(dǎo)致多普勒計(jì)數(shù)暫時(shí)中斷；當(dāng)環(huán)路重新鎖定后，多普勒計(jì)數(shù)重新開始，以至于造成載波相位整周數(shù)變化值ΔN的不連續(xù)計(jì)數(shù)，這種現(xiàn)象稱為周跳。所以，載波相位測量中，必須快速探測出發(fā)生周跳的位置并進(jìn)行準(zhǔn)確修復(fù)，才能保證的定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。否則，即使小數(shù)部分?的精度再高，也是沒有意義的。因此，快速準(zhǔn)確修復(fù)周跳是載波相位測量的關(guān)鍵。?

常見的周跳修復(fù)算法有：(1)高次差法；(2)電離層殘差法；(3)最優(yōu)奇偶向量法；(4)卡爾曼濾波法；(5)小波方法。上述各種周跳探測與修復(fù)算法的詳細(xì)內(nèi)容參見：《GPS技術(shù)與應(yīng)用》，?張守信著，國防工業(yè)出版社，1999年出版。這些方法各有局限性：方法1難以檢測出小周跳；方法2只適用于雙頻接收機(jī)；方法3需要足夠多的冗余信息；方法4需要給定精確的濾波初值，否則容易導(dǎo)致濾波發(fā)散；方法5是目前廣泛使用的周跳探測與修復(fù)算法，通過對載波相位觀測值序列進(jìn)行小波變換，根據(jù)小波系數(shù)的模極大值點(diǎn)的位置準(zhǔn)確探測出周跳發(fā)生的歷元，但修復(fù)的準(zhǔn)確性較差。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法，以解決接收機(jī)進(jìn)行單點(diǎn)精確定位中周跳的準(zhǔn)確修復(fù)問題，以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)快速精確定位。通過對周跳發(fā)生前正常的載波相位觀測序列進(jìn)行建模處理，不需要增加額外的輔助信息，就能實(shí)現(xiàn)周跳的準(zhǔn)確修復(fù)。?

本發(fā)明的工作原理：選取周跳發(fā)生前n個(gè)歷元的載波相位觀測值構(gòu)成序列{X_t}，n表示序列長度，且n為自然數(shù)，其取值范圍為[7，15]。首先對{X_t}建模，得到趨勢性成分的預(yù)測值?和一次殘差序列{Y_t}；其次對一次殘差序列{Y_t}建模得到周期成分的預(yù)測值?和二次殘差序列{Z_t}；然后對二次殘差序列{Z_t}建模，得到含有隨機(jī)成份的預(yù)測值?最后根據(jù)各個(gè)模型得到的預(yù)測值進(jìn)行相應(yīng)的反變換得到周跳發(fā)生時(shí)刻第n+1歷元的載波相位的預(yù)測值?從而完成周跳的修復(fù)。其流程見附圖1所示。?

本發(fā)明的創(chuàng)新之處：與傳統(tǒng)的周跳修復(fù)算法相比，本算法通過對周跳發(fā)生前正常的載波觀測序列進(jìn)行分解，可以快速精確完成周跳的修復(fù)。算法具有廣泛的實(shí)用性，不僅適用于雙頻接收機(jī)，而且適用于單頻接收機(jī)；計(jì)算過程簡單方便，不需要增加額外的輔助信息；同時(shí)可以對小周跳進(jìn)行精確的修復(fù)。?

綜上所述，本發(fā)明的周跳修復(fù)算法，不需要額外的輔助信息，可以快速準(zhǔn)確地完成周跳的修復(fù)，這是其他周跳修復(fù)算法所不能比擬的。利用本發(fā)明能快速、方便、可靠地實(shí)現(xiàn)載波相位測量高精度定位，可廣泛應(yīng)用于高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，具有良好的市場應(yīng)用前景。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明技術(shù)方案的基本流程示意圖。?

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位中載波相位的周跳修復(fù)方法，如圖1所示，設(shè)第n+1?歷元時(shí)刻發(fā)生周跳，第n+1歷元前的n個(gè)歷元無周跳，其中：n為自然數(shù)，其取值范圍為[7，15]，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：?

第一步：對載波相位觀測序列{X_t}建模，得到一次殘差序列{Y_t}和含有趨勢成分的預(yù)測值?具體的實(shí)現(xiàn)過程如下：?