CN104808229A - 基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法，涉及卫星定位领域。本发明方法包括：一、固定在不同区域的多个伪卫星发射机发射同频点时间连续的伪卫星信号；二、接收机完成对接收到的伪卫星信号接收功率的估计；三、接收机计算接收到的伪卫星信号间的接收功率最大比值，将比值与接收机预设门限比较来判别采用区域串行干扰抵消算法或直接测距算法进行定位解算；四、接收机定位解算出接收机天线坐标，作为北斗/GPS导航接收机的位置。本发明能够在连续地基伪卫星信号体制下，实现高精度定位；本发明针对地基伪卫星远近效应选择性采用串行干扰抵消的方法，将伪卫星服务区域进行区域划分，降低了接收机运算负荷。

Description

基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法
技术领域
本发明涉及伪卫星定位领域，特别是一种地基伪卫星网络在连续信号体制下的高精度定位方法。
背景技术
目前，导航定位的需求越来越迫切，人们希望能够在野外、山地、城市等室外条件知道自身所在的位置，并且能够快速的到达目的地。
以北斗和GPS为代表的卫星导航系统应用越来越广泛，并且已经成为智能手机、车载导航仪等必不可少的功能。然而，卫星导航信号因建筑物的遮挡效应，无法穿透建筑物墙壁，或在山地等区域受地形遮挡，从而使卫星导航接收机失去定位功能。伪卫星系统是一种通过发射类似卫星导航信号的设备，可实现遮蔽环境下的独立定位，然而伪卫星具有较强的远近效应，对测距带来较大影响，在部分区域无法实现高精度定位。
基于上述原因，需要一种改善地基伪卫星网络定位性能的接收机算法，可在连续地基伪卫星信号体制下，实现高精度定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法，改善地基伪卫星网络定位性能，可在连续地基伪卫星信号体制下，实现高精度定位。
为了达到上述目的，基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法，包括以下步骤：
(1)由分散在不同地点的位置固定的地基伪卫星发射机发送同频点连续的伪卫星信号；
(2)地基伪卫星接收机接收全部伪卫星信号并对接收到的伪卫星信号进行接收功率的估计；
(3)地基伪卫星接收机计算接收到的伪卫星信号间的接收功率最大比值，判断接收功率最大比值是否大于接收机预设门限，若大于则选择采用反馈串行干扰抵消算法得到地基伪卫星发射机和接收机之间的测距值，否则基于直接测距算法得到地基伪卫星发射机和接收机之间的测距值；
(4)基于测距值定位解算出地基伪卫星接收机天线坐标，该坐标作为地基伪卫星接收机的位置坐标。
其中，步骤(3)中反馈串行干扰抵消算法具体为：
(301)接收机根据接收到的伪卫星信号的接收功率从大到小对伪卫星信号进行排序分级；
(302)接收机对接收功率最大的伪卫星信号进行参数估计，参数包括接收功率、码相位和载波相位；
(303)接收机基于参数估计得到的当前伪卫星信号的参数估计值在基带重构当前伪卫星信号得到当前伪卫星信号的重构伪卫星信号，将用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号与当前伪卫星信号的重构伪卫星信号求差得到当前伪卫星信号的差值信号；
(304)基于当前伪卫星信号的差值信号对后一级伪卫星信号进行参数估计，接收机基于参数估计得到的后一级伪卫星信号的参数估计值在基带重构后一级伪卫星信号得到后一级伪卫星信号的重构伪卫星信号；
(305)接收机将后一级伪卫星信号的参数估计值与当前伪卫星信号的参数估计值进行计算并判决是否高于接收机预定门限，若高于门限则将后一级伪卫星信号的重构伪卫星信号反馈至用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号并与其求差得到当前伪卫星信号的校正信号,基于校正信号对当前伪卫星信号的参数重新进行参数估计得到新的参数估计值,将后一级伪卫星信号更新为当前伪卫星信号，重复步骤(303)至步骤(305)直至接收功率最小的前一级伪卫星信号；否则不进行反馈，将后一级伪卫星信号更新为当前伪卫星信号，将用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号与当前伪卫星信号的重构伪卫星信号求差得到当前伪卫星信号的差值信号，重复步骤(304)和步骤(305)直至接收功率最小的前一级伪卫星信号；
(306)接收机对接收功率最小的伪卫星信号进行参数估计；
(307)将接收功率最大的伪卫星信号作为当前伪卫星信号，重复步骤(303)至步骤(306)直至接收机预设时延；
(308)将各伪卫星信号的最终参数估计值输出，基于各伪卫星信号最终参数估计值得到各伪卫星信号的测距值。
其中，步骤(305)接收机将后一级伪卫星信号的参数估计值与当前伪卫星信号的参数估计值进行计算并判决具体为：接收机将后一级伪卫星信号的接收功率估计值与当前伪卫星信号的接收功率估计值的比值与这两个伪卫星信号间载波相位估计值的差对应的余弦值相乘，判断乘积是否高于接收机预定门限：
式中，为后一级伪卫星信号的接收功率估计值，为当前伪卫星信号的接收功率估计值，为后一级伪卫星信号的载波相位估计值，为当前伪卫星信号的载波相位估计值，ηSIC为接收机预定门限。
本发明方法具有如下优点：
(i)本发明提出了一种基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法，能够在地基伪卫星连续信号体制下抑制远近效应对测距性能的影响，具有高定位性能的特点。
(ii)本发明提出了一种针对地基伪卫星远近效应选择性采用串行干扰抵消的方法，将伪卫星服务区域进行区域划分，具有降低接收机运算负荷的优点。
附图说明
图1是本发明的地基伪卫星区域反馈式串行干扰抵消算法流程的示意图；
图2是本发明的地基伪卫星反馈式串行干扰抵消算法原理的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述。
在山区、室内或隧道等应用环境中，多个地基伪卫星发射机分别固定部署在不同区域，构成地基伪卫星定位区域网格，地基伪卫星发射机发射同频点时间连续的伪卫星信号。伪卫星接收机基于初始定位信息判别使用区域串行干扰抵消算法或者直接测距算法进行定位解算，解算出的伪卫星接收机天线位置即作为伪卫星接收机的位置。
图1为本发明地基伪卫星区域反馈式串行干扰抵消算法流程的示意图，
(1)接收机估计接收到的n路伪卫星信号的接收功率，并通过从接收到的伪卫星信号中解调电文或基于接收机初始化设置得到各地基伪卫星发射机的坐标；
(2)接收机计算各伪卫星信号接收功率的最大值和最小值的比值，并与预设功率比门限进行比较，若高于功率比门限时通过反馈串行干扰抵消算法解算地基伪卫星发射机和接收机之间的测距值；否则基于直接测距算法解算测距值；
根据接收机定位精度需要选择功率比门限，一般选择为3dB。
(3)基于测距值定位解算出接收机天线坐标，该坐标作为接收机的位置坐标。
图2为本发明地基伪卫星反馈式串行干扰抵消算法原理示意图；反馈串行干扰抵消算法具体为：
步骤1：接收机根据接收到的n路伪卫星信号的接收功率从大到小对伪卫星信号进行排序；
接收机通过初始捕获获得各伪卫星信号的接收功率并进行排序，对于接收功率相似的伪卫星信号排序先后无关，在接收机每次完成定位解算过程中不再进行重新排序。
步骤2：接收机对接收功率最大的伪卫星信号进行参数估计，参数包括接收功率码相位和载波相位
步骤3：接收机基于估计得到的伪卫星信号参数在基带重构当前伪卫星信号得到重构伪卫星信号，将用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号(sn)与重构伪卫星信号求差得到差值信号；
步骤4：基于当前差值信号对后一级伪卫星信号进行参数估计，接收机基于参数估计得到的后一级伪卫星信号的参数估计值在基带重构后一级伪卫星信号得到后一级伪卫星信号的重构伪卫星信号；
步骤5：接收机将后一级伪卫星信号与当前伪卫星信号的参数估计值进行计算并判决是否高于接收机预定门限，若高于门限则将后一级重构伪卫星信号反馈至输入至当前伪卫星信号的差值信号并与其求差得到当前伪卫星信号的校正信号,基于校正信号对当前伪卫星信号的参数重新进行参数估计得到新的参数估计值将后一级伪卫星信号更新为当前伪卫星信号，重复步骤3至步骤5直至接收功率最小的前一级伪卫星信号，否则不进行反馈，将后一级伪卫星信号更新为当前伪卫星信号，将用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号与当前伪卫星信号的重构伪卫星信号求差得到当前伪卫星信号的差值信号，重复步骤4和步骤5直至接收功率最小的前一级伪卫星信号；
根据接收机定位精度需求调整门限，一般取6dB；
接收机将后一级伪卫星信号与当前伪卫星信号的参数估计值进行计算并判决具体为：接收机将后一级伪卫星信号的接收功率估计值与当前伪卫星信号的接收功率估计值的比值与这两个伪卫星信号间载波相位估计值的差对应的余弦值相乘，判断乘积是否高于接收机预定门限：
其中，为后一级伪卫星信号的接收功率估计值，为当前伪卫星信号的接收功率估计值，为后一级伪卫星信号的载波相位估计值，为当前伪卫星信号的载波相位估计值，ηSIC为接收机预定门限。
步骤6：接收机对接收功率最小的伪卫星信号进行参数估计；
步骤7：将接收功率最大的伪卫星信号作为当前伪卫星信号，重复步骤3至步骤6直至接收机预设时延；
根据接收机定位精度和定位时延需要选取接收机预设时延，一般不高于10次反馈迭代周期。
步骤8：将各伪卫星信号的最终参数估计值输出，基于各伪卫星信号最终估计参数得到各伪卫星信号的测距值(ln)。
以上所述，仅为本发明的一具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，在本发明揭露的技术范围内，可理解想到的变换，都应涵盖在本发明的包含范围内。

Claims (3)

1.基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)由分散在不同地点的位置固定的地基伪卫星发射机发送同频点连续的伪卫星信号；
(2)地基伪卫星接收机接收全部伪卫星信号并对接收到的伪卫星信号进行接收功率的估计；
(3)地基伪卫星接收机计算接收到的伪卫星信号间的接收功率最大比值，判断接收功率最大比值是否大于接收机预设门限，若大于则选择采用反馈串行干扰抵消算法得到地基伪卫星发射机和接收机之间的测距值，否则基于直接测距算法得到地基伪卫星发射机和接收机之间的测距值；
(4)基于测距值定位解算出地基伪卫星接收机天线坐标，该坐标作为地基伪卫星接收机的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法，其特征在于：所述步骤(3)中反馈串行干扰抵消算法具体为：
(301)接收机根据接收到的伪卫星信号的接收功率从大到小对伪卫星信号进行排序分级；
(302)接收机对接收功率最大的伪卫星信号进行参数估计，参数包括接收功率、码相位和载波相位；
(303)接收机基于参数估计得到的当前伪卫星信号的参数估计值在基带重构当前伪卫星信号得到当前伪卫星信号的重构伪卫星信号，将用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号与当前伪卫星信号的重构伪卫星信号求差得到当前伪卫星信号的差值信号；
(304)基于当前伪卫星信号的差值信号对后一级伪卫星信号进行参数估计，接收机基于参数估计得到的后一级伪卫星信号的参数估计值在基带重构后一级伪卫星信号得到后一级伪卫星信号的重构伪卫星信号；
(305)接收机将后一级伪卫星信号的参数估计值与当前伪卫星信号的参数估计值进行计算并判决是否高于接收机预定门限，若高于门限则将后一级伪卫星信号的重构伪卫星信号反馈至用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号并与其求差得到当前伪卫星信号的校正信号,基于校正信号对当前伪卫星信号的参数重新进行参数估计得到新的参数估计值,将后一级伪卫星信号更新为当前伪卫星信号，重复步骤(303)至步骤(305)直至接收功率最小的前一级伪卫星信号；否则不进行反馈，将后一级伪卫星信号更新为当前伪卫星信号，将用于当前伪卫星信号参数估计的输入信号与当前伪卫星信号的重构伪卫星信号求差得到当前伪卫星信号的差值信号，重复步骤(304)和步骤(305)直至接收功率最小的前一级伪卫星信号；
(306)接收机对接收功率最小的伪卫星信号进行参数估计；
(307)将接收功率最大的伪卫星信号作为当前伪卫星信号，重复步骤(303)至步骤(306)直至接收机预设时延；
(308)将各伪卫星信号的最终参数估计值输出，基于各伪卫星信号最终参数估计值得到各伪卫星信号的测距值。
3.根据权利要求2所述的基于反馈串行干扰抵消算法的地基伪卫星接收机定位方法，其特征在于：所述步骤(305)接收机将后一级伪卫星信号的参数估计值与当前伪卫星信号的参数估计值进行计算并判决具体为：接收机将后一级伪卫星信号的接收功率估计值与当前伪卫星信号的接收功率估计值的比值与这两个伪卫星信号间载波相位估计值的差对应的余弦值相乘，判断乘积是否高于接收机预定门限：
其中，为后一级伪卫星信号的接收功率估计值，为当前伪卫星信号的接收功率估计值，为后一级伪卫星信号的载波相位估计值，为当前伪卫星信号的载波相位估计值，ηSIC为接收机预定门限。
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