CN105699991A - 一种基于跳变点阈值判决的自适应载波精度算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通信定位技术领域，具体是指一种基于跳变点阈值判决的自适应载波精度算法，包括使用导航信号源仿真模拟GNSS卫星导航信号，提取信号源仿真生成的参数文件中的载波伪距值，与接收机串口输出的数据文件中的载波相位观测量，分别对两组载波值作双差运算，然后将两组双差载波值相减，设定阈值，根据大于阈值的差值找到载波相位跳变点并筛掉，得到载波相位误差值；计算其误差均值与均方差，最后得到导航接收机的载波精度。本发明的优点在于，自动去除在连续时间内的载波相位观测值跳变点。改良了载波相位精度的评估方法，提升了其适用范围。

Description

一种基于跳变点阈值判决的自适应载波精度算法

技术领域

本发明涉及卫星通信定位技术领域，具体是指一种基于跳变点阈值判决的自适应载波精度算法。

背景技术

现有技术中，卫星所发射的信号从结构上分为载波、伪码和数据码三个层次，其中伪码和数据码一起通过调制而依附在载波上，然后卫星将调制后的载波信号播发出去。导航接收机从卫星信号中获得的一个基本测量值就是载波相位，它在精密定位中起着关键性作用，它的质量将直接影响导航接收机的定位结果。因此，必须对载波相位观测量进行分析，以排查载波相位观测量存在的问题，保证导航接收机的定位性能。

差分观测量的优点在于减弱一些空间相关误差的影响，同时消去一些未知参数。包括一、单差观测量，单差观测量是两个观测量的组合，以下是三种不同的单差模式：a)、站间差分：不同测站对同一卫星的同步观测值求差，可以消除卫星相关误差，如卫星钟误差；b)、星间差分：同一测站对不同卫星的同步观测量求差，可以消去接收机钟差；c)、历元差分：同一测站对同一卫星相邻历元观测值求差，可以消除相位模糊度参数。二、双差观测量，双差观测量是同步观测的四个观测量的线性组合或两个单差观测量的线性组合。最典型的双差观测量是同一历元中两颗卫星的站间单差观测量之差。这种双差观测量消除了接收机和卫星钟差。在两个测站距离较近的情况下，双差观测量还可以减弱如对流层延迟、电离层延迟和卫星轨道误差等一些空间相关的误差源。本发明人利用上述双差观测量来计算载波相位观测量精度，使用实际信号测试或GNSS卫星信号模拟器仿真一个静态场景，连接导航接收机进行静态数据采集，对同一信号分量的不同接收通道上报的载波测量值进行双差处理，消除各类系统误差、本地钟差。统计不同信号分量的载波测量精度，计算载波相位观测值精度：

式中：

σ(k)为第k个信号分量的载波测量精度；

k为信号分量编号；

i为卫星观测数据历元序号；

为第i个观测历元的第j颗卫星的载波相位双差值与任意基准星的载波相位观测值双差之差；

j为可见卫星序号；

n为双差观测值总数。

在上述的载波相位观测量分析处理中，没有考虑到由校时引起的载波相位跳变的存在，并且不能自动去除在连续时间内的跳变点，这样会使得无效的载波观测量参与定位，导致导航接收机的定位不精确。为了避免跳变点时刻的载波相位观测值对导航接收机定位造成影响，本发明设定阈值对双差值进行判决，去除由跳变点引起的误差并进行自适应载波精度计算。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，而提供一种基于跳变点阈值判决的自适应载波精度算法，利用载波相位的差分观测量求载波精度。

本发明通过以下技术方案实现，包括使用导航信号源仿真模拟GNSS卫星导航信号，提取信号源仿真生成的参数文件中的载波伪距值，与接收机串口输出的数据文件中的载波相位观测量，分别对两组载波值作双差运算，然后将两组双差载波值相减，设定阈值，根据大于阈值的差值找到载波相位跳变点并筛掉，得到载波相位误差值；计算其误差均值与均方差，最后得到导航接收机的载波精度。

本发明的优点在于，自动去除在连续时间内的载波相位观测值跳变点。改良了载波相位精度的评估方法，提升了其适用范围。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

载波观测值有两种输出形式，一种以距离为单位，一种以周为单位，一周在距离上对应一个载波波长，即以周为单位的载波值乘以波长就转化为以距离为单位的载波值。下面结合附图1对本发明的具体实施方式作进一步说明，本发明包括使用导航信号源仿真模拟GNSS卫星导航信号，提取信号源仿真生成的参数文件中的载波伪距值，与接收机串口输出的数据文件中的载波相位观测量，分别对两组载波值作双差运算，然后将两组双差载波值相减，设定阈值，根据大于阈值的差值找到载波相位跳变点并筛掉，得到载波相位误差值；

计算其误差均值与均方差，最后得到导航接收机的载波精度。

本发明包括以下步骤：

步骤1、设被测终端输出的载波值为x_i,j，测试系统仿真的载波值为x′_i,j，i为卫星号，j为采样时刻，将载波值作双差：

$y_{i,k}=(x_{i,j+1}-x_{i,j})/\sqrt{2};$

$y_{i,k}^{\′}=(x_{i,j+1}^{\′}-x_{i,j}^{\′})/\sqrt{2};$

其中，y为单差值，作单差之后，历元数减少1，即k＝j-1；

$z_{i,m}=(y_{i,k+1}-y_{i,k})/\sqrt{2};$

$z_{i,m}^{\′}=(y_{i,k+1}^{\′}-y_{i,k}^{\′})/\sqrt{2};$

z为双差值，即单差之后再作单差，历元数再次减少1，即m＝j-2；

步骤2、被测终端各卫星的载波双差值，减去相同采样时刻测试系统仿真的各卫星的载波双差值，得到各卫星的载波误差值Δ_i,m：

Δ_i,m＝z_i,m-z′_i,m

步骤3、设定阈值T并找到所有误差值绝对值小于阈值的误差值Δ_i,l，统计所有大于阈值的误差值及其数量N，找到对应的载波相位观测值跳变点并计算所占比例R，

T＝max(Δ_i,m)*0.99，

N为abs(Δ_i,m)＞T的历元数；

$R=\frac{round(N/2)}{n};$

其中，round表示四舍五入，round(N/2)为载波相位观测值跳变点数量。这是由于跳变时刻的载波相位观测值作单差后会引起当前历元单差值错误，而某个历元单差值错误会引起当前历元和下一个历元的双差值都发生错误，所以错误双差值都是成对出现并且连续的。只有当跳变发生在第一个或者最后一个历元时，由于错误的单差值出现在首末历元，只引起一个双差值错误。因此，错误双差值N为偶数时，跳变点数量为N/2；N为奇数时，跳变点数量为(N+1)/2，总的来说，就是对N/2四舍五入，使N为奇数或偶数时公式通用；

步骤4、计算卫星的载波相位误差均值均方差s_i、载波相位测量精度δ_i：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_i=\frac{1}{n-2-N}\underset{l=1}{\overset{n-2-N}{\Σ}}{\mathrm{\Δ}}_{i,l};$

$s_i=\sqrt{\frac{\underset{l=1}{\overset{n-2-N}{\Σ}}{({\mathrm{\Δ}}_{i,l}-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_i)}^2}{(n-2-N)-1}};$

${\mathrm{\δ}}_i=\sqrt{\frac{\underset{l=1}{\overset{n-2-N}{\Σ}}{({\mathrm{\Δ}}_{i,l}-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_i)}^2}{2\left(\right(n-2-N)-1)}};$

其中，其中δ_i为卫星i的载波测量精度；

l为卫星载波相位观测双差值小于阈值的历元序号；

Δ_i,l为接收机第i颗卫星第l个观测历元的载波观测值双差与信号源第i颗卫星第l个观测历元的载波观测值双差之差；

为卫星i的载波相位误差均值；

i为可见卫星序号；

n为采样时刻的数量。

Claims (2)

1.一种基于跳变点阈值判决的自适应载波精度算法，使用导航信号源仿真模拟GNSS卫星导航信号，提取信号源仿真生成的参数文件中的载波伪距值，与接收机串口输出的数据文件中的载波相位观测量，其特征在于：

分别对载波伪距值、载波相位观测量作双差运算，然后将两组双差载波值相减，设定阈值，根据大于阈值的差值找到载波相位跳变点并筛掉，得到载波相位误差值；

计算其误差均值与均方差，最后得到导航接收机的载波精度。

2.根据权利要求1所述的一种基于跳变点阈值判决的自适应载波精度算法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、设被测终端输出的载波值为x_i,j，测试系统仿真的载波值为x′_i,j，i为卫星号，j为采样时刻，将载波值作双差：

$y_{i,k}=(x_{i,j+1}-x_{i,j})/\sqrt{2};y_{i,k}^{\′}=(x_{i,j+1}^{\′}-x_{i,j}^{\′})/\sqrt{2}$

$z_{i,m}=(y_{i,k+1}-y_{i,k})/\sqrt{2};z_{i,m}^{\′}=(y_{i,k+1}^{\′}-y_{i,k}^{\′})/\sqrt{2}$

其中，y为单差值，作单差之后，历元数减少1，即k＝j-1；z为双差值，即单差之后再作单差，历元数再次减少1，即m＝j-2；

步骤2、被测终端各卫星的载波双差值，减去相同采样时刻测试系统仿真的各卫星的载波双差值，得到各卫星的载波误差值Δ_i,m：

Δ_i,m＝z_i,m-z′_i,m；

步骤3、设定阈值T并找到所有误差值绝对值小于阈值的误差值Δ_i,l，统计所有大于阈值的误差值及其数量N，找到对应的载波相位观测值跳变点并计算所占比例R，

T＝max(Δ_i,m)*0.99，

N为abs(Δ_i,m)＞T的历元数；

载波相位观测值跳变点数量为round(N/2)：

$R=\frac{round(N/2)}{n};$

步骤4、计算卫星的载波相位误差均值均方差s_i、载波相位测量精度δ_i：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_i=\frac{1}{n-2-N}\underset{l=1}{\overset{n-2-N}{\Σ}}{\mathrm{\Δ}}_{i,l};$

$s_i=\sqrt{\frac{\underset{l=1}{\overset{n-2-N}{\Σ}}{({\mathrm{\Δ}}_{i,l}-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_i)}^2}{(n-2-N)-1}};$

${\mathrm{\δ}}_i=\sqrt{\frac{\underset{l=1}{\overset{n-2-N}{\Σ}}{({\mathrm{\Δ}}_{i,l}-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_i)}^2}{2\left(\right(n-2-N)-1)}};$

其中δ_i为卫星i的载波测量精度；

l为卫星载波相位观测双差值小于阈值的历元序号；

Δ_i,l为接收机第i颗卫星第l个观测历元的载波观测值双差与信号源第i颗卫星第l个观测历元的载波观测值双差之差；

为卫星i的载波相位误差均值；

i为可见卫星序号；

n为采样时刻的数量。