專利名稱：使用寬巷組合的無線電導(dǎo)航信號(hào)處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電導(dǎo)航系統(tǒng)或衛(wèi)星定位領(lǐng)域，尤其涉及一種處理由這樣一種系統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射的無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法。
背景技術(shù)：
諸如GPS (全球定位系統(tǒng))、Galileo、GLONASS、QZSS, Compass、IRNSS 以及其他的衛(wèi)星定位系統(tǒng)使用稱為“擴(kuò)頻調(diào)制(spread spectrummodulation)，，的調(diào)制無線電導(dǎo)航信號(hào)。這些信號(hào)主要承載由周期性重復(fù)數(shù)字序列形成的偽隨機(jī)碼，其主要功能是允許碼分多址(CDMA)以及提供衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)傳播時(shí)間測(cè)量。有時(shí)，該無線電導(dǎo)航信號(hào)也能承載有效載荷。無線電導(dǎo)航信號(hào)通過調(diào)制中心(載波)頻率而形成。就GPS來說，無線電導(dǎo)航信號(hào)在頻帶Ll (中心為1575. 42MHz)及L2 (中心為1227. 6MHz)中傳輸。在更新GPS時(shí)增加頻帶L5 (中心為1176. 45MHZ)。伽利略星群的衛(wèi)星將在頻帶E2-L1-E1 (中間頻帶Ll中的與 GPS的頻帶相同的部分)、E5a(依照伽利略術(shù)語，其代表指定用于GPS的頻帶)、E5b (中心為 1207. 14MHZ)及 E6 (中心為 1278. 75MHZ)中傳輸。能夠由接收器實(shí)現(xiàn)的基本測(cè)量包括碼測(cè)量和載波相位測(cè)量。當(dāng)然，這些基本測(cè)量能夠相互結(jié)合。碼測(cè)量精確到1米，而相位測(cè)量精確到幾毫米。然而，相位測(cè)量具有這樣的缺點(diǎn)它們僅提供在由衛(wèi)星發(fā)射與接收器之間的載波差分的小數(shù)部。因此，由于衛(wèi)星和接收器之間的完整周期的數(shù)目最初是未知的，該相位測(cè)量是模糊的。為了能夠從相位測(cè)量的精確性中得益，接收器必須解決相位測(cè)量固有的模糊度。相位模糊度通常由衛(wèi)星和/或接收器之間的相位測(cè)量的微分(單微分或雙微分) 來解決。這種微分技術(shù)能夠消除產(chǎn)生誤差(這些誤差對(duì)于多數(shù)測(cè)量是普遍的)的那些(非模型(non modelled))原因，從而揭示了在被考慮時(shí)可以進(jìn)一步改善性能的完整信息。然而，這個(gè)完整信息由來自于一個(gè)或多個(gè)基本相位模糊度的差分組成，一般而言不能找出相位的基本模糊度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種處理無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法，該方法借助GNNS接收器 (“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的縮寫，用在此處以描述為地理定位提供全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)) 以增加定位方案的精度。發(fā)明的概述在下文中，假設(shè)一組衛(wèi)星(例如，無線電導(dǎo)航衛(wèi)星群中的衛(wèi)星，它們或其中一部分從接收器的地理位置是“可見的”)，該組衛(wèi)星中的每個(gè)衛(wèi)星均在兩個(gè)不同的頻帶中發(fā)射至少兩個(gè)無線電導(dǎo)航信號(hào)。因此，每個(gè)衛(wèi)星均至少?gòu)V播第一頻率的一個(gè)第一無線電導(dǎo)航信號(hào)以及與第一頻率不同的第二頻率的一個(gè)第二無線電導(dǎo)航信號(hào)。需要確定其地理位置的接收器接收所考慮的該組的每個(gè)衛(wèi)星的第一信號(hào)和第二信號(hào)，并且還對(duì)于該組中的每個(gè)衛(wèi)星執(zhí)行針對(duì)這些信號(hào)的非微分碼測(cè)量和非微分相位測(cè)量。應(yīng)當(dāng)注意，用在此上下文中的術(shù)語“非微分測(cè)量”描述了一種既非衛(wèi)星之間微分也非接收器之間微分的基本測(cè)量。眾所周知，每個(gè)相位測(cè)量值均具有先驗(yàn)(priori)未知的整周模糊度。因此，對(duì)于每個(gè)衛(wèi)星來說，第一信號(hào)及第二信號(hào)的相位測(cè)量值的“寬巷”組合也具有先驗(yàn)未知的整周模糊度。這個(gè)模糊度可在第一頻率與第二頻率的差的頻率周期中表達(dá)，并且下文中被稱為第一寬巷模糊度(以便將其與在有多于兩個(gè)的頻帶時(shí)出現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)其他可能寬巷模糊度進(jìn)行區(qū)分，衛(wèi)星在這些頻帶中發(fā)送無線電導(dǎo)航信號(hào))。還應(yīng)該注意，對(duì)于所考慮的組中的每個(gè)衛(wèi)星，都存在與該衛(wèi)星相關(guān)的第一寬巷模糊度。根據(jù)本發(fā)明，處理無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法還包括以連貫方式為該衛(wèi)星組確定第一寬巷模糊度的步驟。在該步驟中，需要確定其位置的接收器使用從參考系統(tǒng)接收到的寬巷偏移，該寬巷偏移與該衛(wèi)星組的衛(wèi)星相關(guān)。該方法還包括以下步驟借助對(duì)于接收到的第一信號(hào)和第二信號(hào)的碼測(cè)量值和相位測(cè)量值以及按照連貫方式確定的第一寬巷模糊度集合來確定接收器的位置。對(duì)于該組中每個(gè)衛(wèi)星，確定接收器的位置的動(dòng)作包括借助消電離層組合(其在噪聲方面優(yōu)化)以及第一信號(hào)和第二信號(hào)的相位測(cè)量值差分和碼測(cè)量值(其由寬巷模糊度進(jìn)行補(bǔ)償)確定偽距。另外，偽距的確定取決于從參考系統(tǒng)接收到的、與消電離層組合相關(guān)的衛(wèi)星時(shí)鐘值。消電離層組合某種意義上已經(jīng)被預(yù)先確定了，組合的不同項(xiàng)的系數(shù)從參考系統(tǒng)側(cè)獲知——需要在參考系統(tǒng)層面處獲知系數(shù)以便于參考系統(tǒng)能夠以需要的速率向接收器傳輸與最優(yōu)組合相關(guān)的衛(wèi)星時(shí)鐘值。優(yōu)化組合的系數(shù)可在接收器與參考系統(tǒng)間預(yù)先商定，或盡管用于該衛(wèi)星組也被一次確定。優(yōu)選地，這些系數(shù)的數(shù)值被選擇作為無線電導(dǎo)航信號(hào)噪聲特征的函數(shù)?？梢岳斫?，根據(jù)本發(fā)明的方法允許克服用于確定一部分基本模糊度的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)方案。通過獲知連貫整數(shù)寬巷模糊度集合，使得在接收器層面處除了對(duì)于每個(gè)頻率的兩個(gè)碼測(cè)量值之外還使得新的、清晰的可觀察量(即，由寬巷模糊度補(bǔ)償?shù)南辔粶y(cè)量值間的差分)可用。對(duì)于這三個(gè)可觀察量組合的分析示出了可能構(gòu)造給出偽距的組合，對(duì)于電離層效應(yīng)修正(因此，“消電離層”)該偽距，該組合具有比單獨(dú)使用碼測(cè)量值的組合更低的噪聲。而且，由于該組合基于相位測(cè)量值，因此該組合對(duì)多徑的敏感度較低。該方法可被推廣到具有更多頻率的系統(tǒng)，例如伽利略情況。對(duì)于三頻系統(tǒng)來說， 阻塞兩個(gè)寬巷組合，從而提供五個(gè)具有完全不同噪聲特征和電離層貢獻(xiàn)的獨(dú)立可觀察量 (即，兩個(gè)寬巷組合和三個(gè)碼測(cè)量)。在三頻情況下，所考慮組的每個(gè)衛(wèi)星均在與第一頻率和第二頻率不同的第三頻率上廣播第三無線電導(dǎo)航信號(hào)。因此，該方法可選地包括在接收器層面處，并且對(duì)于該組的每個(gè)衛(wèi)星，接收第三信號(hào)以及對(duì)接收的第三信號(hào)進(jìn)行非微分碼測(cè)量和非微分相位測(cè)量的方法。由于第三信號(hào)的相位測(cè)量也具有先驗(yàn)未知的整周模糊度， 第一信號(hào)和第三信號(hào)的相位測(cè)量的寬巷組合具有先驗(yàn)未知的第二寬巷整周模糊度。(注意， 第二信號(hào)和第三信號(hào)的相位測(cè)量的寬巷組合也具有先驗(yàn)未知的寬巷整周模糊度，但是在此并不進(jìn)行單獨(dú)討論，因?yàn)樗銐蜣D(zhuǎn)化第一信號(hào)和第二信號(hào)的名稱。)然后，接收器確定用于該衛(wèi)星組的第二連貫寬巷模糊度集合，從而也基于第三信號(hào)的碼測(cè)量和相位測(cè)量以及按照連貫方式對(duì)于該衛(wèi)星組所確定的第二寬巷模糊度來明確接收器的位置。如上所述，在對(duì)于衛(wèi)星組，按照連貫方式對(duì)于第一寬巷模糊度和/或第二寬巷模糊度的確定包括由參考系統(tǒng)(例如，地理上明確的參考接收器的網(wǎng)絡(luò))接收與衛(wèi)星相關(guān)的寬巷偏移。有利地，接收器根據(jù)等式計(jì)算對(duì)于該衛(wèi)星組中的每個(gè)衛(wèi)星的用于第一寬巷模糊度的估計(jì)值
權(quán)利要求
1.一種用于處理來自衛(wèi)星組的無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法，在所述衛(wèi)星組中，每個(gè)衛(wèi)星至少?gòu)V播第一頻率的第一無線電導(dǎo)航信號(hào)以及與所述第一頻率不同的第二頻率的第二無線電導(dǎo)航信號(hào)，所述方法在接收器的層面處包括以下動(dòng)作a)對(duì)所述組中的每個(gè)衛(wèi)星接收所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)；b)對(duì)所述組中的每個(gè)衛(wèi)星，執(zhí)行接收到的所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)的非微分碼測(cè)量和非微分相位測(cè)量(10)，所述第一信號(hào)的相位測(cè)量值以及所述第二信號(hào)的相位測(cè)量值均具有先驗(yàn)未知的整周模糊度，從而所述第一信號(hào)的相位測(cè)量值和所述第二信號(hào)的相位測(cè)量值的寬巷組合也具有先驗(yàn)未知的第一寬巷整周模糊度；c)對(duì)所述衛(wèi)星組，通過使用與所述衛(wèi)星組的衛(wèi)星相關(guān)的、從參考系統(tǒng)中接收的寬巷偏移按照連貫方式確定第一寬巷模糊度(12，13，14)，以及所述方法的特征在于動(dòng)作d)借助于接收到的所述第一信號(hào)的碼測(cè)量值和相位測(cè)量值以及所述第二信號(hào)的碼測(cè)量值和相位測(cè)量值、以及對(duì)所述衛(wèi)星組以連貫方式確定的所述第一寬巷模糊度，來確定所述接收器的位置(18)，確定所述接收器的位置的動(dòng)作包括對(duì)于所述衛(wèi)星組中的每個(gè)衛(wèi)星，用所述碼測(cè)量值的消電離層組合以及由所述寬巷模糊度補(bǔ)償?shù)乃龅谝恍盘?hào)的相位測(cè)量值和所述第二信號(hào)的相位測(cè)量值的差分來確定偽距(16)，所述組合在噪聲方面優(yōu)化，所述偽距的確定還取決于從參考系統(tǒng)接收到的、與所述消電離層組合相關(guān)的衛(wèi)星時(shí)鐘值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)所述衛(wèi)星組按照連貫方式確定所述第一寬巷模糊度包括從參考系統(tǒng)接收與所述衛(wèi)星組中的衛(wèi)星相關(guān)的寬巷偏移(13)；對(duì)于所述衛(wèi)星組中的每個(gè)衛(wèi)星，根據(jù)如下等式計(jì)算用于所述第一寬巷模糊度的估計(jì)值 (12)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，借助來自所述第一寬巷模糊度的所述模型的衛(wèi)星之間的簡(jiǎn)單差分來實(shí)現(xiàn)所述整數(shù)值的確定(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一頻率和所述第二頻率從頻率L1、L2、L5和E6中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述組中的每個(gè)衛(wèi)星廣播不同于所述第一頻率和所述第二頻率的第三頻率的第三無線電導(dǎo)航信號(hào)，其中，對(duì)于所述組中的每個(gè)衛(wèi)星，還接收所述第三信號(hào)；對(duì)于所述組中的每個(gè)衛(wèi)星，執(zhí)行接收到的所述第三信號(hào)的非微分碼測(cè)量和非微分相位測(cè)量，所述第三信號(hào)的相位測(cè)量值具有先驗(yàn)未知的整周模糊度，從而所述第一信號(hào)的相位測(cè)量值與所述第三信號(hào)的相位測(cè)量值的寬巷組合具有先驗(yàn)未知的第二寬巷整周模糊度；對(duì)所述衛(wèi)星組以連貫方式確定第二寬巷模糊度，以及借助于所述第三信號(hào)的碼測(cè)量值和相位測(cè)量值、以及對(duì)所述衛(wèi)星組以連貫方式確定的第二寬巷模糊度，來進(jìn)行確定所述接收器的位置的動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，按照與對(duì)所述衛(wèi)星組以連貫方式確定所述第一寬巷模糊度的方式類似的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)所述衛(wèi)星組以連貫方式確定所述第二寬巷模糊度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述第三頻率從頻率Li、L2、L5和E6中選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述非微分碼測(cè)量值中的至少一個(gè)具有小于0. 5m的噪聲，優(yōu)選地小于0. 25m。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述非微分碼測(cè)量中的每一個(gè)均具有大于0. 5m的噪聲。
10.一種GNSS接收器，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的GNSS接收器，用于實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置包括存儲(chǔ)在所述接收器的存儲(chǔ)器中的程序，按照當(dāng)在接收器中執(zhí)行所述程序時(shí)根據(jù)所述方法運(yùn)行所述接收器的方式來設(shè)置所述程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理來自衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法，這些衛(wèi)星以兩個(gè)不同頻率廣播無線電導(dǎo)航信號(hào)，該方法包括接收每個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)；對(duì)于每個(gè)衛(wèi)星，采取非微分碼測(cè)量和非微分相位測(cè)量(10)；使用與衛(wèi)星相關(guān)并接收自參考系統(tǒng)的寬巷偏移在所有衛(wèi)星上以連貫方式確定寬巷模糊度(12、13、14)；以及使用碼測(cè)量和相位測(cè)量以及連貫的寬巷模糊度對(duì)接收器進(jìn)行地理定位(16、18)。地理定位包括使用碼測(cè)量的消電離層組合和寬巷模糊度補(bǔ)償?shù)南辔粶y(cè)量中差分確定每個(gè)衛(wèi)星的偽距，該消電離層組合是噪聲優(yōu)化的。為確定偽距，從參考系統(tǒng)接收與消電離層組合相關(guān)的衛(wèi)星時(shí)鐘值。
文檔編號(hào)G01S19/07GK102165329SQ200980137312
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者丹尼斯·洛里謝斯, 弗拉維安·梅西耶 申請(qǐng)人:國(guó)家宇宙研究中心