CN105589083A - 导航卫星定位解算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导航卫星定位解算方法及装置，该方法包括：对对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果；确定所述卫星导航定位结果中的异常数据；若存在所述异常数据，则确定应急解算策略；根据所述应急解算策略纠正解算结果。通过本发明提供的方法可以实现信号异常频繁情况下的ACE-BOC接收处理，利用ACE-BOC双边带四通道的特点，提升了ACE-BOC接收机在信号异常频繁发生时的可用性以及可靠性，提升了ACE-BOC的利用率。

Description

导航卫星定位解算方法及装置

技术领域

本申请涉及卫星定位技术领域，尤其涉及一种信息处理方法及装置。

背景技术

ACE-BOC是我国北斗二代二期系统B2频点的一个备选方案。与现有卫星导航信号BPSK调制方式相比，ACE-BOC信号具有双边带的特点，同时在每个边带上同时播发数据通道和导频通道。ACE-BOC信号为保证恒包络调制采用了数据通道和导频通道功率非均匀分配的方式，提高了ACE-BOC信号导频通道的能量，与传统信号相比，通过接收机算法改进，可以提高捕获灵敏度，缩短捕获时间，从而提升了伪距观测量的测距精度。

ACE-BOC调制方式是用一个复矩形载波信号与基带信号相乘，把信号的频谱搬移到频率高的一边，或者搬移到频率低的一边。ACE-BOC中的频谱可以分为两部分，高频部分ACE-BOC_h和ACE-BOC_l，ACE-BOC_h和ACE-BOC_l各自又分为导频支路和数据支路，且功率分配为3：1，为保证星上发生的恒包络信号调制，通过调整复用的幅度参数实现。

针对于ACE-BOC信号体制的卫星导航接收机，与传统BPSK信号接收机相比，其双频点同时播发的特性能够满足伪距测量值质量监测和多径预警及延迟补偿的需要。另外，数据不均匀分配的导频与数据支路特性能够提升接收机捕获性能并提高测距精度。目前针对ACE-BOC信号的接收处理方法可参考专利双频四分量扩频信号的恒包络复用方法、装置及接收方法(CN103023598A)和导航信号的恒包络复用方法、生成装置以及接收方法(CN102694569A)。上述文献中给出了ACE-BOC接收处理的传统方法和架构，采用四个通道并行跟踪的方法，但是ACE-BOC的利用效率较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种信息处理方法及装置，用以解决现有技术中ACE-BOC的利用效率较低，定位解算精度低的问题。

其具体的技术方案如下：

一种导航卫星定位解算方法，所述方法包括：

对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；

根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；

根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；

基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果；

确定所述卫星导航定位结果中的异常数据；

若存在所述异常数据，则确定应急解算策略；

根据所述应急解算策略纠正解算结果。

可选的，根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据，包括：

将所述上边带的多普勒频移以及码相位值发送至上边带数据路信号；

对上边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取上边带信号电文数据。

可选的，根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据，包括：

将所述下边带的多普勒频移以及码相位值发送至下边带数据路信号；

对下边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取下边带信号电文数据。

可选的，基于所上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果，包括：

根据上边带信号电文数据，获取上边带伪距观测量；

根据下边带信号电文数据，获取下边带伪距观测量；

根据上边带伪距观测量以及下边带伪距观测量，获取观测量质量监测结果以及补偿参数；

根据所述观测量质量监测结果以及补偿参数，获取卫星导航定位结果。

一种信息处理装置，包括：

捕获模块，用于对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；

第一获取模块，用于根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；

第二获取模块，用于根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；

处理模块，用于基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果；

异常数据确定模块，用于确定定位解算过程中的异常数据；

策略确定模块，用于存在所述异常数据时，确定应急解算策略；

解算纠正模块，用于根据所述应急解算策略纠正解算结果。

可选的，所述第一获取模块，具体用于将所述上边带的多普勒频移以及码相位值发送至上边带数据路信号；对上边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取上边带信号电文数据。

可选的，所述第二获取模块，具体用于将所述下边带的多普勒频移以及码相位值发送至下边带数据路信号；对下边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取下边带信号电文数据。

可选的，所述处理模块，具体用于根据上边带信号电文数据，获取上边带伪距观测量；根据下边带信号电文数据，获取下边带伪距观测量；根据上边带伪距观测量以及下边带伪距观测量，获取观测量质量监测结果以及补偿参数；根据所述观测量质量监测结果以及补偿参数，获取卫星导航定位结果。

本发明提供了一种信息处理方法，该方法包括：对对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果。通过本发明实施例所提供的方法可以实现信号异常频繁情况下的ACE-BOC接收处理，利用ACE-BOC双边带四通道的特点，提升了ACE-BOC接收机在信号异常频繁发生时的可用性以及可靠性，提升了ACE-BOC的利用率。

附图说明

图1为本发明实施例中一种信息处理方法的流程图；

图2为本发明实施例中一种ACE-BOC信号的智能跟踪算法的总体原理框图；

图3为本发明实施例中定位解算模块的具体执行流程图；

图4为本发明实施例中一种信息处理装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种信息处理方法及装置，该方法包括：对对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果。通过本发明实施例所提供的方法可以实现信号异常频繁情况下的ACE-BOC接收处理，利用ACE-BOC双边带四通道的特点，提升了ACE-BOC接收机在信号异常频繁发生时的可用性以及可靠性，提升了ACE-BOC的利用率。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。

如图1所示为本发明实施例中一种信息处理方法的流程图，该方法包括：

S101，对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；

S102，根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；

S103，根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；

S104，基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果；

S105,确定所述卫星导航定位结果中的异常数据；

S106,若存在所述异常数据，则确定应急解算策略；

S106,根据所述应急解算策略纠正解算结果。

具体来讲，如图2所示，图2所示为本发明一种ACE-BOC信号的智能跟踪算法的总体原理框图，接收到的去载波的外部输入ACE-BOC信号S(t)表达式如下：

S(t)＝[S_{h_data}(t)+S_{h_pilot}(t)][SC_cos(t)-jSC_sin(t)]+[S_{l_data}(t)+S_{l_pilot}(t)][SC_cos(t)+jSC_sin(t)]

其中，SC_cos(t)和SC_sin(t)分别为余弦子载波和正弦子载波，子载波频率为f_sc，SC_cos(t)和SC_sin(t)的定义式为：

SC_cos(t)＝sign(cos(2πf_sct))

SC_sin(t)＝sign(sin(2πf_sct))

S_{h_data}(t)和S_{l_data}(t)分别为ACE-BOC上边带数据路信号和下边带数据路信号，S_{h_pilot}(t)和S_{l_pilot}(t)分别为ACE-BOC上边带导频支路信号和下边带导频支路信号。导频支路无数据调制，仅为伪随机PN码，数据支路由数据与伪随机PN码相乘得到。

S_{h_data}(t)＝data_h(t)PN_{h_data}(t)

S_{l_data}(t)＝data_l(t)PN_{l_data}(t)

S_{h_pilot}(t)＝PN_{h_pilot}(t)

S_{l_pilot}(t)＝PN_{l_pilot}(t)

其中PN_{h_data}(t)和PN_{l_data}(t)分别代表高频和低频信号的数据支路伪码，PN_{h_pilot}(t)和PN_{l_pilot}(t)分别代表上边带和下边带信号的导频支路伪码，data_h(t)和data_l(t)分别代表上边带和下边带支路的电文数据；

根据上边带信号电文数据，获取上边带伪距观测量；根据下边带信号电文数据，获取下边带伪距观测量，在根据上边带伪距观测量以及下边带伪距观测量，获取观测量质量监测结果以及补偿参数，根据观测量质量监测结果以及补充参数，获取卫星导航定位结果。

具体来讲，利用滤波器在频域上对ACE-BOC信号两个边带分别进行滤波，得到了无副载波的上边带和下边带两路信号，即S_h(t)和S_l(t)，其表达式为：

S_h(t)＝S_{h_data}(t)+S_{h_pilot}(t)

S_l(t)＝S_{l_data}(t)+S_{l_pilot}(t)

通过串并转换，将ACE-BOC信号的上下边带信号分别分离出导频路和数据路信号，共计四路信号。

对上下边路的导频支路进行捕获，具体来讲，将上边带的多普勒频移以及码相位值发送至上边带数据路信号，将下边路的导频支路进行捕获，将下边带的多普勒频移以及码相位值发送值上边带数据路信号。

本地码生成器根据多普勒频移及伪码相位值分别产生4种本地码PN_{h_data}(t)、PN_{l_data}(t)、PN_{h_pilot}(t)、PN_{l_pilot}(t)，分别与上边带数据路、上边带导频路、下边带数据路、下边带导频路信号进行码环路相关运算，而后分别进行跟踪和同步；

完成了同步的上下边带数据支路可以进行数据解调，分别得到电文数据data_h(t)和data_l(t)；

利用产生的data_h(t)和data_l(t)，可以分别计算得到观测卫星的卫星星历及时间等信息，将信息数据发送给各自的导频支路，上下边带的导频支路利用电文数据data_h(t)和data_l(t)中的时间信息进行各可见卫星伪距测量值的计算，得到 ${{\mathrm{\ρ}}_h}^{\left(s\right)}\left(t\right)=c\left(t_{hu}^{\left(s\right)}\right(t)-t^{\left(s\right)}(t-\mathrm{\τ}\left)\right),{{\mathrm{\ρ}}_l}^{\left(s\right)}\left(t\right)=c\left(t_{lu}^{\left(s\right)}\right(t)-t^{\left(s\right)}(t-\mathrm{\τ}\left)\right).$

其中ρ_h ^(s)(t)为第s号卫星的上边带伪距测量值，为接收机收到第s号卫星上边带信号的时间，ρ_l ^(s)(t)为第s号卫星的下边带伪距测量值，为接收机收到第s号卫星下边带信号的时间，t^(s)(t-τ)为第s号卫星信号的发射时间。

利用产生的data_h(t)和data_l(t)，上下边带的导频支路可得到载波相位测量值

其中为上边带载波相位测量值，为接收机本地复制的上边带信号的载波相位，为下边带载波相位测量值，为接收机本地复制的下边带信号的载波相位，为接收到的来自第s号卫星的载波相位值。且和均已完成了整周模糊度的确定及周跳检测。

同时在定位解算模块中利用电文数据data_h(t)和data_l(t)的星历信息进行各卫星位置的计算。

针对上述确定异常数据的过程，在本发明的一种可选实施例中，该异常数据的确定过程可进一步的包括下述过程。

针对某颗卫星所产生的伪距误差在预设次数内连续达到预设伪距误差值时，从而可将其确定为异常数据；

和/或，针对某刻卫星所产生的多径监测值达达到预设多径误差值时，从而可将其确定为异常数据。

在上述确定异常数据的过程中，出现上述2种情况的至少一种，即可将该对应卫星产生的电文确定为异常数据。

更具体的，上述实施例可对应于下述实现过程：

情况1：利用上述ρ_h ^(s)(t)，ρ_l ^(s)(t)进行伪距测量值的质量检测。计算上下边带伪距粗差Δρ^(s)(t)＝|ρ_h ^(s)(t)-ρ_l ^(s)(t)|，当Δρ^(s)(t)＞10m并且连续错误达到10次时，则确定满足该条件的电文数据为异常数据，则根据该异常数据可产生用于表示伪距异常的报警信号。

情况2：ρ_h ^(s)(t)，ρ_l ^(s)(t)，确定是否存在多径及多径延迟异常数据。根据下式，计算仅残留多径和噪声的伪距及载波观测量组合结果如下：

和

其中，MP_h表示上边带多径及误差监测结果，MP_l表示下边带多径及误差监测结果，f_h为上边带载波频率，f_l为下边带载波频率，λ_h为上边带载波波长，λ_l为下边带载波波长。

对MP_h和MP_l分别进行128点滑动窗累加平均，得到MP_h-mean和MP_l-mean，当MP_h-mean或者MP_l-mean＞0.8m时，则确定存在多径及多径延迟异常数据，从而与情况1相类似的则产生用于表示多径异常的报警信号。

在上述实施例中，本领域技术人员可以知道，分别在情况1中用于确定异常数据的10m以及连续错误次数10次，为一种可采用的经验值。相应的，在情况2中，用于对MP_h和MP_l进行累加平均的点数以及0.8m也为一种可采用的经验值。在具体实现时，根据对定位解算的精度要求及定位系统的整体指标，该经验值可相应的采用其他的数值，从而会相应的影响对异常数据的确定。

在定位解算模块中，进行常规定位解算，当发现当Δρ^(s)(t)、MP_h和MP_l均异常时，则针对所确定的异常数据的情况，相应的可确定用于处理该异常数据的应急解算策略。

该应急解算策略可包括：

针对上述情况1伪距异常时，用于补偿伪距异常数据的应急解算策略；

以及，

针对上述情况2多径异常时，用于补偿多径延迟的应急解算策略。

上述针对伪距异常和多径异常的2个可选的应急解算策略为可并列的执行的应急解算策略。在实际应用中，可能只存在对应于情况1或情况2之一的异常数据，则针对两种情况之一，可仅执行一种应急策略。然后，也可能同时存在情况1和情况2两种产生异常数据的情况，则分别针对两种情况，则需要同时执行两种应急策略

针对可能产生异常数据的情况，

对于情况1，可根据发生伪距异常时的可见卫星数量，以及定位结算情况分别执行下述操作之一：

若可见卫星数大于或等于预设值，则采用第一解算策略；

若可见卫星数小于预设值，则采用第二解算策略。

在一种可实现的实施例中，该预设值可以为5，相应的产生异常数据的卫星为1颗，则可进一步将执行第一解算策略和第二解算策略的判断条件具体为：

(1)当可见卫星数量≥5颗，剔除该颗伪距异常卫星，用其余4颗卫星继续进行定位解算；

(2)当可见卫星数量＜5颗，对伪距进行后处理异常补偿。该异常处理包括：

若定位解算过程中已经成功输出过定位结果，选择伪距异常时刻前一个正常伪距测量值代替异常伪距测量值，并确定上下边带与正常伪距测量值相近的边带，之后以本次测量值正确的为主进行定位解算；

若定位解算过程中尚未成功输出过定位结果，则进行伪距故障停机警告，进行接收机热启动，重新搜索直至定位成功。

对于情况2，对异常数据可执行下述操作：

对异常数据对应的伪距测量值进行时间对齐校正；

对异常数据对应的伪距测量值的多径误差补偿校正对定位结果进行延迟补偿。

在一种可实现的实施例中，可将测得的MP_h-mean或者MP_l-mean结果对应的异常伪距测量值时间对齐，并在异常伪距测量值中将测量得到的多径误差MP_h和MP_l值分别补偿，校正后得到的伪距测量值重新参与定位解算。

进一步，如图3所示为定位解算模块的具体执行流程图，具体流程图如下：

S301，定位计算模块根据观测量质量监测结果以及补偿参数，判定伪距测量值是否异常，若是，则执行S302；若否，则执行S303；

S302，确定可见卫星数是否大于等于5，若是，则执行S304，若否，则执行S305；

S303，是否存在多路径警告，若是，则执行S306，若否，则执行S307；

S304，踢出异常卫星，并执行S307；

S305，确定是否已经定位过，若是，则执行S308，若否，指示接收机异常告警，并热启动；

S306，MP_h-mean或者MP_l-mean补偿计算，在计算完成之后执行S309；

S307，进行定位解算，并执行S311；

S308，异常时刻前一个正常伪距测量值代替异常伪距测量值，并执行S310；

S309，延迟定位解算，在得到解算结果后执行S311；

S310，延迟定位解算，在得到解算结果后执行S311；

S311，定位结果校验，并输出定位结果。

综上来讲，本发明实施例中提供了一种信息处理方法，该方法包括：对对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果。通过本发明实施例所提供的方法可以实现信号异常频繁情况下的ACE-BOC接收处理，利用ACE-BOC双边带四通道的特点，提升了ACE-BOC接收机在信号异常频繁发生时的可用性以及可靠性，提升了ACE-BOC的利用率。

对应本发明实施例中一种信息处理方法，本发明实施例中还提供了一种信息处理装置，如图4所示为本发明实施例中一种信息处理装置的结构示意图，该装置包括：

捕获模块401，用于对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；

第一获取模块402，用于根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；

第二获取模块403，用于根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；

处理模块404，用于基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果。

进一步，在本发明实施例中，第一获取模块402，具体用于将所述上边带的多普勒频移以及码相位值发送至上边带数据路信号；对上边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取上边带信号电文数据。

进一步，在本发明实施例中，第二获取模块403，具体用于将所述下边带的多普勒频移以及码相位值发送至下边带数据路信号；对下边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取下边带信号电文数据。

进一步，在本发明实施例中，处理模块404，具体用于根据上边带信号电文数据，获取上边带伪距观测量；根据下边带信号电文数据，获取下边带伪距观测量；根据上边带伪距观测量以及下边带伪距观测量，获取观测量质量监测结果以及补偿参数；根据所述观测量质量监测结果以及补偿参数，获取卫星导航定位结果。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种导航卫星定位解算方法，其特征在于，所述方法包括：

对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；

根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；

根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；

基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果；

确定所述卫星导航定位结果中的异常数据；

若存在所述异常数据，则确定应急解算策略；

根据所述应急解算策略纠正解算结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据，包括：

将所述上边带的多普勒频移以及码相位值发送至上边带数据路信号；

对上边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取上边带信号电文数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据，包括：

将所述下边带的多普勒频移以及码相位值发送至下边带数据路信号；

对下边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取下边带信号电文数据。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果，包括：

根据上边带信号电文数据，获取上边带伪距观测量；

根据下边带信号电文数据，获取下边带伪距观测量；

根据上边带伪距观测量以及下边带伪距观测量，获取观测量质量监测结果以及补偿参数；

根据所述观测量质量监测结果以及补偿参数，获取卫星导航定位结果。

5.一种导航卫星定位解算装置，其特征在于，包括：

捕获模块，用于对上、下边带导频路信号进行捕获，获取上、下边带的多普勒频移以及码相位值；

第一获取模块，用于根据上边带的多普勒频移以及码相位值，获取上边带信号电文数据；

第二获取模块，用于根据下边带的多普勒频移以及码相位值，获取下边带信号电文数据；

处理模块，用于基于上边带信号电文数据以及下边带信号电文数据，获取卫星导航定位结果；

异常数据确定模块，用于确定定位解算过程中的异常数据；

策略确定模块，用于存在所述异常数据时，确定应急解算策略；

解算纠正模块，用于根据所述应急解算策略纠正解算结果。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，具体用于将所述上边带的多普勒频移以及码相位值发送至上边带数据路信号；对上边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取上边带信号电文数据。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块，具体用于将所述下边带的多普勒频移以及码相位值发送至下边带数据路信号；对下边带的数据支路过以及导频支路进行同步跟踪，获取下边带信号电文数据。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体用于根据上边带信号电文数据，获取上边带伪距观测量；根据下边带信号电文数据，获取下边带伪距观测量；根据上边带伪距观测量以及下边带伪距观测量，获取观测量质量监测结果以及补偿参数；根据所述观测量质量监测结果以及补偿参数，获取卫星导航定位结果。