CN101726723A - 对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，该方法包括：在测量子时隙信号来临时接收机锁存和存储观测量；在解算时隙信号来临时接收机对锁存和存储的观测量进行滤波；接收机获得用以解算接收机位置的最终观测值。利用本发明，在整体计算量增加不大的基础上，能够有效提高定位精度，同时能够应对城市森林等复杂环境，大大减小出现定位错误点的几率。

Description

对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法

技术领域

本发明涉及全球卫星定位与导航技术领域，例如GPS系统，特别是涉及一种对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法。

背景技术

全球卫星定位与导航系统，例如全球定位系统(GPS)，包括一组发送GPS信号的一个卫星星座(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。

每一颗GPS卫星所传送的GPS信号都是直接序列扩频信号。商业上使用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码)的直接序列二相扩频信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆码片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于1毫秒的时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从几颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语“卫星星号”和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。

GPS的调制信号是导航电文(又被称为D码)和PN码的组合码。导航电文的速率为每秒50比特。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主帧又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期，卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历(ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。利用子帧一至子帧三的信息即可以实现定位，完成定位的基本任务。子帧四和子帧五包含了1-32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及1-32颗卫星的历书(almanac)。历书是卫星星历参数的简化子集，用于预测相对于接收机的可见卫星及其多普勒频偏。历书每12.5分钟广播一次，寿命为一周，可延长至2个月。

GPS接收机的主要目标之一是确定PN码的发射时间。术语“GPS到达时间”指GPS卫星PN码到达GPS接收机的时间。这是通过将本地产生的PN参考信号与接收的信号相比并且“滑动”本地基准直至与接收信号在时间上对齐来完成的。通过称之为“相关”的相乘和积分过程，将这两个信号相互比较。当两个信号在时间上是对齐时，输出的结果为最大。

包含在导航电文中的、与绝对时间信号相关联的周时间(TOW)数据使GPS接收机能够精确地和可靠地确定本地UTC时间。TOW数据由所有的卫星按6秒钟的时间间隔传送。GPS接收机可以使用绝对时间信号以准确地确定位置。一旦知道了位置所在，可以通过利用接收机和卫星之间的，可计算的传播延迟来补偿接收机从卫星导航电文中得到的明确的时间得到。

GPS接收机的定位精度是GPS接收机最核心也是用户最关心的的性能指标之一。提高GPS接收机定位精度有很多方法，对GPS观测量进行预处理是一种计算量较小，较容易实现的一种方法，因而吸引了很多研究。

GPS接收机经常遇到GPS信号缺失的情况，特别是在GPS接收机运动和遮挡物较多的情况下。一个典型的场合是城市中行驶的车载GPS定位接收机。行驶的车辆经常遭遇各种桥梁、建筑物、隧道等遮挡物的遮挡，使接收机无法接收到足够信噪比的GPS信号。当信噪比低于一定限度时，会引起观测量精度的极度恶化，导致定位精度大大降低，甚至会出现一些导航应用不能接受的定位错误点。

因此，如何对观测量进行优选，去除定位错误点是GPS接收机中一个重要的研究方向。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，以提高定位精度，减小出现定位错误点的几率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，该方法包括：

在测量子时隙信号(SubTic)来临时接收机锁存和存储观测量；

在解算时隙信号(Tic)来临时接收机对锁存和存储的观测量进行滤波；

接收机获得用以解算接收机位置的最终观测值。

上述方案中，所述测量子时隙信号SubTic是比解算时隙信号Tic频率更高的时隙信号，解算时隙信号Tic是由测量子时隙信号SubTic分频获得的，二者是同步信号。

上述方案中，对于相邻的两个解算时隙信号Tic而言，二者之间测量子时隙信号SubTic数量可变，二者之间测量子时隙信号SubTic的数量与功耗成反比，与定位精度成正比，且二者之间测量子时隙信号SubTic的数量上限由测量到输出最终定位结果所有操作所消耗的时间决定。

上述方案中，所述观测量是指测量GPS PN码获得的伪码观测量和测量GPS载波获得的载波相位观测量，该GPS载波包括L1波段、L2波段以及未来的L5波段。

上述方案中，所述观测量由若干个观测量组成，至少包括：由码相位观测量、半码片观测量、毫秒观测量、比特观测量和秒观测量进行组合而获得的伪码观测量；以及使用载波周数和载波相位组合而获得的载波相位观测量。

上述方案中，所述锁存观测量是保证所有观测量寄存器的值都具有相同的时间基准，且该相同时间基准为解算时隙信号Tic的时刻。

上述方案中，所述存储观测量是将各个测量寄存器中的观测量存储到接收机的内存中，以在解算时隙信号Tic来临时对每个测量子时隙信号SubTic测量的观测量进行滤波。

上述方案中，所述对锁存和存储的观测量进行滤波包括对锁存和存储的观测量进行校验及滤波降噪两个部分。

上述方案中，所述对观测量进行校验，包括以下步骤：

估计在每个测量子时隙信号SubTic的时刻每颗卫星信号的信噪比，如果在某个测量子时隙信号SubTic的时刻，某颗卫星信号的信噪比低于预设的信噪比阈值，则抛弃该卫星的所有观测量；以及

计算在每个测量子时隙信号SubTic的时刻所有卫星测量值最大值与最小值之间的差值，判断该差值是否超过预设的观测量差值的阈值，如果该差值超过预设的观测量差值的阈值，则抛弃该测量子时隙信号SubTic时刻所有卫星的测量值。

上述方案中，所述对观测量进行滤波降噪采用平均滤波方法，或采用加权梳状滤波方法，或采用对原始观测量进行一阶拟合外推方法。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，由于在每个测量SubTic来临时都锁存观测量，所以解算时隙来临时获得参考量数目比传统方法多，对这些观测量进行进一步滤波后能提高观测量的精度，进而提高定位精度。

2、利用本发明，由于可以利用多个SubTic锁存的观测量进行互相校验，所以提高观测量的正确性，从而减少定位错误点的几率，对城市复杂环境等遮挡频繁的情况尤为有效。

3、利用本发明，由于每个SubTic只需要锁存各个观测量而不需要进行解算，所以比较传统算法增加的计算量和功耗都很小。

附图说明

图1是典型的全球定位系统接收机实现解算定位的示意图；

图2是典型的GPS接收机定位的方法流程图；

图3是一个经典的GPS接收机对观测量的处理过程示意图；

图4是本发明提供的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法流程图；

图5是本发明一个较优实施例测量至解算的方法流程图；

图6是本发明一个较优实施例的观测、滤波和解算的时序关系图；

图7是本发明一个较优实施例对观测量滤波的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

GPS基带芯片是GPS接收机中处理基带信号的芯片，是整个GPS接收机的核心。本发明的各种方法均在GPS基带芯片中实现。为方便起见，本发明中“接收机”均指“GPS基带芯片”。

图1描述了一个典型的全球定位系统接收机实现解算定位的示意图。已知四颗卫星的位置101以及这四颗卫星和接收机之间的伪距102，即可以通过所谓“伪距观测方程”计算出接收机的位置103和接收机时间相对卫星时间的误差值，完成定位解算的工作。具体如下式：

${\mathrm{\ρ}}_1=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}1}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}1}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}1}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

${\mathrm{\ρ}}_2=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}2}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}2}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}2}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

${\mathrm{\ρ}}_3=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}3}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}3}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}3}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

${\mathrm{\ρ}}_4=\sqrt{{(x_{\mathrm{sat}4}-x_{\mathrm{user}})}^2+{(y_{\mathrm{sat}4}-y_{\mathrm{user}})}^2+{(z_{\mathrm{sat}4}-z_{\mathrm{user}})}^2}+\mathrm{bu}$

其中：ρ_i为卫星和接收机之间的伪距；

x_sati，y_sati，z_sati为各可见卫星在ECEF坐标系下的坐标；

x_user，y_user，z_user为接收机在ECEF坐标系下的坐标；

bu＝C·Δt_bias，C为光速，Δt_bias为接收机时钟和用户时钟的差值。

术语“ECEF坐标系”是指地心地球固连坐标系，其XY平面与地球赤道平面重合，X轴指向0经度方向，而Y轴指向东经90°方向，Z轴与赤道平面正交，指向地理北极。该坐标系随地球自转而旋转。

在多于四颗卫星可见时，上述方程为超定方程，可以在最小二乘的意义下获得最优解。

如上所述，获得卫星位置和卫星距离接收机的伪距是实现定位解算的充要条件。而卫星位置可以通过调制在卫星发射的PN伪码上的导航电文结合该卫星信号的发射时间计算出来。具体的计算过程本领域内熟练人员都应熟悉，不再赘述。伪距可以通过测量伪码的发射时间获得(即伪码伪距)，也可以通过测量(或利用相关观测量进行推算)载波周数和载波相位来获得(即载波相位伪距)，也可以综合利用伪码和载波相位来获得(即载波相位平滑伪码伪距)。本发明中所指的观测量是伪码的发射时间以及载波周数和载波相位或与其等价的其他观测量。

图2描述了一个典型的GPS接收机定位的方法流程图。图2所示过程是从接收机上电初始化201开始，直至解算出接收机位置206结束。通常接收机上电后进入捕获状态202，搜索视线内的卫星、该卫星的载波频率和PN码的码相位。这个状态下对载波频率的搜索是粗糙的，通常在数百赫兹的量级。之后进入频率牵引状态203，把本地频率牵引到和卫星载波频率相差几个赫兹的量级。本发明专注的比特同步过程在203过程中完成。完成频率牵引后，接收机进入跟踪状态204，完成帧同步，进而进入解调电文状态205，将载波上调制的电文解调出来用于在随后的解算状态206下计算接收机位置。

图3描述了一个经典的直方图法实现比特同步的方法流程图。该过程对应的是图2中的跟踪204和解算接收机位置206过程。接收机首先检测解算时隙信号301，即解算Tick信号(后文简称解算Tic)。如果解算Tic没有出现则继续等待，如果Tic信号出现则锁存观测量302，从而保证所有观测量寄存器的值都是相同时间基准且该相同时间基准为解算Tic时刻。所谓观测量是指测量GPS PN码获得的伪码观测量，以及测量GPS载波(包括L1波段，L2波段以及未来的L5波段)获得的载波观测量。这些观测量可以由若干个观测量组成。例如本发明的一个较优实施例使用和本地PRN相关测量获得码相位观测量、半码片观测量、毫秒观测量、比特观测量和秒观测量组合获得伪码观测量；使用载波周数和载波相位组合获得载波观测量。伪码观测量和载波观测量的具体获取方式本领域内熟练人员都应熟悉，不再赘述。本发明对观测量的具体获取方式没有要求。

进一步地，利用观测量计算接收机和相应卫星之间的伪距303。伪距是可以通过测量伪码的发射时间获得(即伪码伪距)，也可以通过测量(或利用观测量进行推算)载波周数和载波相位来获得(即载波相位伪距)，也可以综合利用伪码和载波相位来获得(即载波相位平滑伪码伪距)。进而利用伪码的发射时间和图2中205过程获得的导航电文计算相应GPS卫星位置304。进一步地，利用图1中介绍的方法解算接收机位置305。最后利用相应的后处理方法对定位结果进行后处理，进而输出最终定位结果给外部设备。

接收机定位结果的误差主要来自观测量的误差，而观测量的误差是来自码跟踪环和载波跟踪环的跟踪噪声。利用这种方法不容易减小这两种噪声。

图4描述了本发明提供的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤401：在测量子时隙信号SubTic来临时接收机锁存和存储观测量；

步骤402：在解算时隙信号Tic来临时接收机对锁存和存储的观测量进行滤波；

步骤403：接收机获得用以解算接收机位置的最终观测值。

上述测量子时隙信号SubTic是比解算时隙信号Tic频率更高的时隙信号，解算时隙信号Tic是由测量子时隙信号SubTic分频获得的，二者是同步信号。对于相邻的两个解算时隙信号Tic而言，二者之间测量子时隙信号SubTic数量可变，二者之间测量子时隙信号SubTic的数量与功耗成反比，与定位精度成正比，且二者之间测量子时隙信号SubTic的数量上限由测量到输出最终定位结果所有操作所消耗的时间决定。

所述观测量是指测量GPS PN码获得的伪码观测量和测量GPS载波获得的载波相位观测量，该GPS载波包括L1波段、L2波段以及未来的L5波段。观测量由若干个观测量组成，至少包括：由码相位观测量、半码片观测量、毫秒观测量、比特观测量和秒观测量进行组合而获得的伪码观测量；以及使用载波周数和载波相位组合而获得的载波相位观测量。

上述步骤401中所述锁存观测量是保证所有观测量寄存器的值都具有相同的时间基准，且该相同时间基准为解算时隙信号Tic的时刻。所述存储观测量是将各个测量寄存器中的观测量存储到接收机的内存中，以在解算时隙信号Tic来临时对每个测量子时隙信号SubTic测量的观测量进行滤波。

上述步骤402中所述对锁存和存储的观测量进行滤波包括对锁存和存储的观测量进行校验及滤波降噪两个部分。对观测量进行校验，包括以下步骤：估计在每个测量子时隙信号SubTic的时刻每颗卫星信号的信噪比，如果在某个测量子时隙信号SubTic的时刻，某颗卫星信号的信噪比低于预设的信噪比阈值，则抛弃该卫星的所有观测量；以及计算在每个测量子时隙信号SubTic的时刻所有卫星测量值最大值与最小值之间的差值，判断该差值是否超过预设的观测量差值的阈值，如果该差值超过预设的观测量差值的阈值，则抛弃该测量子时隙信号SubTic时刻所有卫星的测量值。对观测量进行滤波降噪采用平均滤波方法，或采用加权梳状滤波方法，或采用对原始观测量进行一阶拟合外推方法。

图5描述了本发明一个较优实施例测量至解算的方法流程图。和图3所示的传统方法最大的区别在于对观测量的获取和处理上。和图3所示的传统方法不同，本方法包含了两种时隙信号，解算Tic和图3所示的解算Tic相同，该Tic信号来临时，接收机获取观测量，计算伪距、卫星位置，进而解算用户位置。测量子时隙(下文简称测量SubTic)是比解算Tic频率更高的时隙信号，当测量SubTic到来时501，接收机仅锁存观测量502和存储观测量503，而不进行解算Tic时才需要进行的计算量相对巨大的接收机位置解算工作。锁存观测量502是和图3中所示的302过程相同的。而存储观测量503是将各个测量寄存器中的观测量存储到接收机的内存中，以便在解算Tic来临时对每个测量SubTic测量的观测量进行滤波。解算Tic是由测量SubTic分频获得的，从而保证了解算Tic和测量SubTic之间的严格同步。事实上每一个解算Tic都有一个测量SubTic与之重合，也即每次解算Tic来临时也进行一次测量。两者的具体时序关系将在图6中详细描述。这样相对于图3所示的传统方法，本发明在相同的解算Tic时隙内，额外获取了若干个观测量。对这些观测量进行滤波506，可以有效地降低载波环和码环的跟踪误差，从而达到减少测量误差进而提高定位精度的目的。相邻两个解算Tic之间的SubTic数目可以通过改变SubTic计数器的阈值来改变。SubTic的数目越多，滤波效果越好，定位精度越高，但是带来的额外计算量越大，功耗也越大。根据不同的应用要求，灵活改变SubTic的数目。事实上，本发明的一个对定位精度要求较高的较优实施例每个解算Tic使用了10个SubTic的测量数据，而本发明的另一个较优实施例是针对功耗要求高的便携应用，因而每个解算Tic使用了3个SubTic的测量数据。

对存储的测量值进行滤波过程506包括观测量的校验及滤波降噪两个部分，具体细节将在图7中详细描述。

获得滤波后的观测量之后的过程和图3中303至306过程类似，即利用观测量计算伪距506，计算卫星位置507，计算接收机位置509以及后处理及输出定位结果510。

图6描述的是本发明一个较优实施例的观测、滤波和解算的时序关系图。601、602和603是相邻的3个解算Tic，分别标识为Tic-1，Tic和Tic+1。接收机在解算Tic时计算接收机的位置。在相邻的解算Tic直接有若干个测量SubTic，如图中的604、605、606，607、608和609所示。接收机在测量SubTic信号来临时对卫星进行测量，获取观测量，同时将这些观测量存储起来供解算Tic时使用。解算Tic的时钟是由测量SubTic分频获得，因为可以保证两种Tic严格同步。同时每个解算Tic和相邻两个解算Tic间最后一个测量SubTic是重合的，如图中的解算Tic 602和测量SubTic608。换而言之，每个解算Tic是也会对卫星进行测量，获取相应的观测量。这样在每次解算Tic时接收机就有SubTic 0至SubTic N共N+1个测量值。在解算Tic时，首先对观测量进行锁存610并进行存储，(对应图5中的502、503过程)，这样的操作是和每次测量SubTic的操作是相同的。进而对存储的观测量进行滤波611，(对应于图5中的506过程)，使用最终观测量解算用户位置612，(对应于图5中的507-510过程)。610、611和612这3个过程必须在一个测量SubTic周期内完成，从而避免影响下一个测量SubTic的测量。这也是两个解算Tic内测量次数的上限。611的滤波过程能够有效减少测量过程中引入的测量误差，从而达到提高精度的效果。滤波的具体方式将在图7中详细介绍。每次测量SubTic时计算量和解算Tic的计算量相比非常小，因而该种方法引入额外的计算量是完全可以忍受的。相邻两个解算Tic之间的SubTic数目可以通过改变SubTic计数器的阈值来改变。SubTic的数目越多，解算Tic来临是获取的观测值越多，滤波效果越好，定位精度越高，但是带来的额外计算量越大，功耗也越大。根据不同的应用要求，灵活改变SubTic的数目。事实上本发明的一个对定位精度要求较高的较优实施例每个解算Tic使用了10个SubTic的测量数据，而本发明的另一个较优实施例是针对功耗要求高的便携应用，因而每个解算Tic使用了3个SubTic的测量数据。

图7描述了本发明一个较优实施例对观测量滤波的方法流程图。事实上这里所谓滤波包含了观测量的校验及滤波降噪两个部分。接收机处于复杂环境时，例如高楼林立的城市森林中，卫星信号因为遮挡或者多径等因素影响信噪比。当信噪比低于一个限度时，会导致测量精度极度恶化从而影响最终定位精度。因此在滤波之前首先要估计卫星的信噪比701，进而对测量值进行优选。由于扩频信号的信噪比SNR在解扩前后差别很大，因而，将信噪比SNR归一化到1Hz带宽内，从而得到一个与带宽相关联的信噪比作为衡量信号强度的标准。本发明中利用载噪比来估计信噪比。术语“载噪比”被定义为载波与噪声谱密度之比(“carrier-to-noise density”ratio，即载波功率与噪声功率谱密度的比)C/N₀

C/N₀＝(SNR)(B)[ratio-Hz]

适用于GPS接收机的载噪比估计有很多方法，在本发明的一个较优实施例中是通过如下的公式进行估计，但并不限定必须采用下述方法：

${\mathrm{WBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(I_i^2+Q_i^2)\right)}_k$

${\mathrm{NBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

${\mathrm{NP}}_k=\frac{{\mathrm{NBP}}_k}{{\mathrm{WBP}}_k}$

其中I为某通道同向采样信号，Q为某通道正交项采样信号，K＝50，M＝20。

在本发明的另一个实施例中，采用码锁定指示器作为信号强度的判断依据。术语“码锁定指示器”是指用于判断伪码同步状态的一种物理量，是扩频通信领域专业人员所熟知的用语。适用于GPS接收机的码锁定指示器估计有很多方法，在本发明的一个较优实施例中是通过如下的公式进行估计，但并不限定必须采用下述方法。

${\mathrm{WBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(I_i^2+Q_i^2)\right)}_k$

${\mathrm{NBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

${\mathrm{NP}}_k=\frac{{\mathrm{NBP}}_k}{{\mathrm{WBP}}_k}$

其中I为某通道同向采样信号，Q为某通道正交项采样信号，K＝50，M＝20。

在本发明的另一个实施例中，采用相位锁定指示器作为信号强度的判断依据。术语“载波相位锁定指示器”是指用于判断载波相位同步状态的一种物理量，是扩频通信领域专业人员所熟知的用语。适用于GPS接收机的载波相位锁定指示器估计有很多方法，在本发明的一个较优实施例中是通过如下的公式进行估计，但并不限定必须采用下述方法。

${\mathrm{NBD}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

${\mathrm{NBP}}_k={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\right)}_k^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\right)}_k^2$

$C2{\mathrm{\φ}}_k=\frac{{\mathrm{NBD}}_k}{{\mathrm{NBP}}_k}$

其中I为某通道同向采样信号，Q为某通道正交项采样信号。

进一步地，利用计算的载噪比检测观测量的可用性702。当某个SubTic的载噪比小于一个阈值时则认为该颗卫星在相邻两个解算Tic中的所有观测量均不可用，将这些观测量抛弃703。这个载噪比阈值是和跟踪环的跟踪精度以及定位精度要求相关的。跟踪环的跟踪精度越高，载噪比阈值可以设的越低，定位精度要求越高，载噪比阈值就应该设的越高。

进一步地，计算每个SubTic获得各个卫星的观测量的最大值和最小值的差值704，如果该差值超过一个物理极限，例如0.3s，则抛弃该SubTic的所有卫星的观测量706，这样可以去除一些典型的测量丢失错误。

进一步地，利用筛选后的观测量进行滤波降噪707，滤波的方法有很多种。在每个解算Tic之间的短暂间隔内(一个典型值为1秒)，每个SubTic时可以认为卫星和接收机都是平稳运动的，以此为基础可以建立各种复杂程度不同，滤波效果不同的模型进行滤波，例如马尔可夫模型。本发明的一个较优实施例由于计算量的限制，使用简单的平均来计算最终观测量708。但该种方法有着滤波效果一般，有1/2解算Tic间隔延迟的缺点。但对于经典的1s Tic间隔和民用设备，0.5s的延迟是可以忍受的。本发明的另一个较优实施例使用加权的梳状滤波器较好地在计算量和滤波效果和延迟之间平衡。本发明的另一个较优实施例对原始观测量进行一阶拟合，进而外推获得解算Tic时的最终观测量708，较好地解决了延迟的缺点。

尽管本发明的方法和装置是参照GPS卫星来描述的，但应当理解，这些原理同样适用于采用假卫星(pseudolites)或卫星与假卫星的组合的定位系统。假卫星是一种基于地面的发射机，它传播调制在L频段在波信号上PN码(与GPS信号相似)，并且通常是与GPS时间同步的。每一发射机可以被赋予一个独特的PN码，从而允许由远端接收机进行识别。假卫星用在这样的情况下，即，来自轨道卫星的GPS信号缺失，如隧道、矿山、建筑物或者其他的封闭区及明显遮挡。这里所使用的术语“卫星”包括假卫星或假卫星的等效，而这里所使用的术语GPS信号包括来自假卫星或者假卫星等效的类似GPS的信号。

在前面的讨论中，本发明是参照美国全球定位系统(GPS)来描述的。然而，应当理解，这些方法同样适用于类似的卫星定位系统，如俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)系统，欧洲的伽利略(Galileo)系统和中国的北斗1及北斗2系统。所使用的术语“GPS”还包括这样一些卫星定位系统，如俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)系统，欧洲的伽利略(Galileo)系统和中国的北斗1及北斗2系统。术语“GPS信号”包括来自另一些卫星定位系统的信号。

上文中，已经描述了用于全球定位系统接收机的观测量预处理方法。尽管本发明是参照特定实施例来描述的，但很明显，本领域熟练人员，在不偏移权利要求书所限定的发明范围和精神的情况下，还可以对这些实施例作各种修改和变更。因此，说明书和附图是描述性的，而不是限定性的。

Claims (10)

1.一种对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，该方法包括：

在测量子时隙信号SubTic来临时接收机锁存和存储观测量；

在解算时隙信号Tic来临时接收机对锁存和存储的观测量进行滤波；

接收机获得用以解算接收机位置的最终观测值。

2.根据权利要求1所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述测量子时隙信号SubTic是比解算时隙信号Tic频率更高的时隙信号，解算时隙信号Tic是由测量子时隙信号SubTic分频获得的，二者是同步信号。

3.根据权利要求2所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，对于相邻的两个解算时隙信号Tic而言，二者之间测量子时隙信号SubTic数量可变，二者之间测量子时隙信号SubTic的数量与功耗成反比，与定位精度成正比，且二者之间测量子时隙信号SubTic的数量上限由测量到输出最终定位结果所有操作所消耗的时间决定。

4.根据权利要求1所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述观测量是指测量GPS PN码获得的伪码观测量和测量GPS载波获得的载波相位观测量，该GPS载波包括L1波段、L2波段以及未来的L5波段。

5.根据权利要求4所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述观测量由若干个观测量组成，至少包括：

由码相位观测量、半码片观测量、毫秒观测量、比特观测量和秒观测量进行组合而获得的伪码观测量；以及

使用载波周数和载波相位组合而获得的载波相位观测量。

6.根据权利要求1所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述锁存观测量是保证所有观测量寄存器的值都具有相同的时间基准，且该相同时间基准为解算时隙信号Tic的时刻。

7.根据权利要求1所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述存储观测量是将各个测量寄存器中的观测量存储到接收机的内存中，以在解算时隙信号Tic来临时对每个测量子时隙信号SubTic测量的观测量进行滤波。

8.根据权利要求1所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述对锁存和存储的观测量进行滤波包括对锁存和存储的观测量进行校验及滤波降噪两个部分。

9.根据权利要求8所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述对观测量进行校验，包括以下步骤：

估计在每个测量子时隙信号SubTic的时刻每颗卫星信号的信噪比，如果在某个测量子时隙信号SubTic的时刻，某颗卫星信号的信噪比低于预设的信噪比阈值，则抛弃该卫星的所有观测量；以及

计算在每个测量子时隙信号SubTic的时刻所有卫星测量值最大值与最小值之间的差值，判断该差值是否超过预设的观测量差值的阈值，如果该差值超过预设的观测量差值的阈值，则抛弃该测量子时隙信号SubTic时刻所有卫星的测量值。

10.根据权利要求8所述的对全球定位系统接收机观测量进行预处理的方法，其特征在于，所述对观测量进行滤波降噪采用平均滤波方法，或采用加权梳状滤波方法，或采用对原始观测量进行一阶拟合外推方法。

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