CN108226981A - 一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法 - Google Patents

一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法 Download PDF

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Abstract

一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，能够提高卫星导航定位精度，其特征在于，包括设定伪距残差剔除阈值，将所述伪距残差剔除阈值与各关联导航卫星的伪距残差绝对值进行比较，将伪距残差绝对值大于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为不可用卫星，将伪距残差绝对值小于或等于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为有效卫星，将所述有效卫星的量测伪距观测量设定为有效可用量测伪距观测量并参与后续导航解算，将所述不可用卫星的量测伪距观测量设定为不可用量测伪距观测量加以剔除即不再参与后续导航解算，从而减少或避免因多径干扰所产生的具有过大误差的量测伪距观测量对卫星定位精度的影响。

Description

一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术，特别是一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，该方法能够应用于卫星导航系统和惯性导航系统相结合的组合导航系统中，所述惯性导航系统(INS)由惯性传感器组成，所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，所述卫星导航系统包括中国的北斗系统，美国的GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。
背景技术
全球卫星导航系统能为全球用户提供全天候、连续实时、高精度的三维位置与三维速度信息，具有误差不随时间累积等优点。但其也具有自主性差，容易受到干扰，在多径及有遮挡应用环境下精度差，接收机数据更新频率低等缺点，难以满足复杂环境下实时导航的要求。惯性导航系统(INS)由惯性传感器组成，包括陀螺仪及加速度计，通常由三轴陀螺仪及三轴加速度计组成六自由度的惯性导航系统，具有完全自主式、保密性强、不存在信号的电磁干扰、全天候、机动灵活、数据率高的特性，此外还可以输出载体的姿态信息。将惯性导航系统与全球卫星导航系统组合使用，则可充分发挥两者各自的优势、取长补短，在多径复杂环境下保证导航精度，完成较高精度的远程、长期的导航任务。
多径即多路径是指接收机除接收到卫星信号的直射波之外，还接收到该直射波的一份甚至多份反射波的现象。多路径在不同时间、不同地点通常表现不同的特征，即便是同一个多路径，其对不同设计的接收机也会有着不同程度的影响。当某一颗卫星信号发生多路径现象时，接收天线接收到该信号的直射波及其若干份反射波，于是接收机随后所处理的射频接收信号是这些直射波和反射波的叠加，一般情况下是不能将直射波和混杂在一起的其他各个反射波信号区分开的。因此当接收机的一个信号通道将其跟踪环路所复制的C/A码与接收信号进行相关运算时，复制C/A码实际上分别同时与直射波和发射波进行相关，于是相关器的输出结果是相应这些相关值的总和，所以引入了相应的误差，严重影响了伪距观测量的质量，导致卫星导航的测量精度下降，严重时还将引起信号的失锁。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，该方法能够应用于卫星导航系统和惯性导航系统相结合的组合导航系统中，能够提高卫星导航定位精度，所述惯性导航系统(INS)由惯性传感器组成，所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，所述卫星导航系统包括中国的北斗系统，美国的GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。
本发明的技术方案如下：
一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，用于卫星导航系统和惯性导航系统相结合的组合导航系统，其特征在于，包括设定伪距残差剔除阈值，将所述伪距残差剔除阈值与各关联导航卫星的伪距残差绝对值进行比较，将伪距残差绝对值大于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为不可用卫星，将伪距残差绝对值小于或等于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为有效卫星，将所述有效卫星的量测伪距观测量设定为有效可用量测伪距观测量并参与后续导航解算，将所述不可用卫星的量测伪距观测量设定为不可用量测伪距观测量加以剔除即不再参与后续导航解算，从而减少或避免因多径干扰所产生的具有过大误差的量测伪距观测量对卫星定位精度的影响。
将所述不可用卫星判定为量测伪距观测量出现野值的卫星。
按照每颗有效卫星的伪距残差绝对值大小来确定其伪距量测噪声方差阵中所对应的权重参数，所述伪距残差绝对值较大的所对应的权重参数值较小，以此来减小因多路径干扰引入的伪距量测误差对整个卫星导航解算精度的影响，提高卫星导航定位精度。
所述伪距残差绝对值是将同一卫星的参考伪距观测量和量测伪距观测量做差，获得该卫星的伪距残差并取绝对值。
利用卫星导航接收机自身接收的卫星导航信号计算出各关联导航卫星的量测伪距观测量。
利用所述惯性导航系统的参考位置和各关联导航卫星的真实位置信息，计算出每颗卫星与所述参考位置之间的距离，以此作为每颗卫星的参考伪距观测量。
利用上一历元的组合导航定位结果，采用惯性导航捷联解算算法，求得本历元所述惯性导航系统的三维参考预测位置坐标的参考位置。
所述惯性导航系统由惯性传感器组成，所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计为三轴加速度计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪，通过所述三轴陀螺仪采集三个自由度角速度，通过所述三轴加速度计采集三个自由度加速度，利用所述三个自由度角速度和三个自由度加速度通过惯性导航捷联解算算法得到所述惯性导航系统的参考位置。
本发明的技术效果如下：本发明的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，在多路径的情况下通过自带的惯性器件，进行捷联惯导解算，已获得下个历元通过捷联解算所得到的位置，进而将捷联解算的位置反馈到卫星导航解算中，计算出各颗卫星预测的参考伪距观测量，通过预测的参考伪距实现对各颗卫星的伪距观测量进行校验并求取伪距残差，首先剔除伪距观测量的野值。然后利用伪距残差绝对值的大小，采用对卡尔曼滤波观测量噪声阵加权的方法，有效的抑制了多路径对观测量引入的误差，提高接收机的导航定位精度。
附图说明
图1是实施本发明一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法的流程示意图。
附图中自上而下的文字说明包括：本历元通过惯导捷联解算得到参考位置；利用上述惯导所求参考位置解算出每颗卫星的参考伪距，接收机本历元通过卫星信号解算的每颗卫星的测量伪距；每颗卫星的参考伪距与对应卫星的测量伪距做差得到伪距残差；利用设定的阈值判断每颗卫星伪距观测量的可用性；利用每颗可用卫星的伪距残差确定伪距量测噪声方差阵的权重。
具体实施方式
下面结合附图(图1)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法的流程示意图。如图1所示，本发明具体解决办法如下：
1.本历元通过惯导捷联解算得到的参考位置：利用上一历元的组合导航结果，通过三轴陀螺仪和三轴加速度计采集的三个自由度角速度和三个自用度加速度，采用惯性导航捷联解算算法，求得本历元的三维参考预测位置坐标。
2.利用上述惯导所求参考位置解算出每颗卫星的参考伪距：利用上述惯性导航所得到的参考位置和每颗卫星各自的真实位置信息，计算出每颗卫星与参考位置之间的距离，以此作为每颗卫星的参考伪距观测量。由于惯性导航的短时相对定位精度高，因此参考伪距观测量的相对可信度和相对精度要高于卫星接收机的量测伪距观测量。
3.接收机本历元通过卫星信号解算的每颗卫星的测量伪距：利用接收机自身接收的卫星导航信号，计算出每颗卫星的接收机量测伪距观测量。
4.每颗卫星的参考伪距与对应卫星的量测伪距做差得到伪距残差：将相同卫星所对应的参考伪距观测量和量测伪距观测量做差，求得每颗卫星对应的伪距残差，并求取每颗卫星的伪距残差的绝对值。
5.利用设定的阈值判断每颗卫星伪距观测量的可用性：设定伪距残差剔除阈值，将伪距残差绝对值大于剔除阈值的卫星判定为量测伪距观测量出现野值的卫星，并将其设定为不可用卫星，不再参与后续导航解算。其余伪距残差绝对值小于剔除阈值的卫星为有效卫星，其量测伪距观测量为有效可用伪距观测量，参与后续导航解算。以此减小因多路径干扰引入误差非常大的野值伪距观测量对定位精度的影响。
6.利用每颗可用卫星的伪距残差确定伪距量测噪声方差阵的权重：经过上述判断剔除野值后的可用卫星的伪距残差绝对值大小，可以直接反映出每颗卫星伪距观测量的相对质量好坏，伪距残差绝对值小的所对应的卫星，其该伪距观测量的质量相对较好，表明本历元多路径对该颗卫星的影响较小；反之伪距残差绝对值大的所对应的卫星，其该伪距观测量的质量相对较差，表明本历元多路径对该颗卫星的影响较严重。因此可以根据每颗卫星各自的伪距残差绝对值大小来确定其伪距量测噪声方差阵中所对应的权重参数，以此来减小因多路径干扰引入的伪距量测误差对整个卫星导航解算精度的影响，提高卫星导航定位精度。
一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，用于卫星导航系统和惯性导航系统相结合的组合导航系统，其特征在于，包括设定伪距残差剔除阈值，将所述伪距残差剔除阈值与各关联导航卫星的伪距残差绝对值进行比较，将伪距残差绝对值大于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为不可用卫星，将伪距残差绝对值小于或等于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为有效卫星，将所述有效卫星的量测伪距观测量设定为有效可用量测伪距观测量并参与后续导航解算，将所述不可用卫星的量测伪距观测量设定为不可用量测伪距观测量加以剔除即不再参与后续导航解算，从而减少或避免因多径干扰所产生的具有过大误差的量测伪距观测量对卫星定位精度的影响。将所述不可用卫星判定为量测伪距观测量出现野值的卫星。按照每颗有效卫星的伪距残差绝对值大小来确定其伪距量测噪声方差阵中所对应的权重参数，所述伪距残差绝对值较大的所对应的权重参数值较小，以此来减小因多路径干扰引入的伪距量测误差对整个卫星导航解算精度的影响，提高卫星导航定位精度。所述伪距残差绝对值是将同一卫星的参考伪距观测量和量测伪距观测量做差，获得该卫星的伪距残差并取绝对值。利用卫星导航接收机自身接收的卫星导航信号计算出各关联导航卫星的量测伪距观测量。利用所述惯性导航系统的参考位置和各关联导航卫星的真实位置信息，计算出每颗卫星与所述参考位置之间的距离，以此作为每颗卫星的参考伪距观测量。利用上一历元的组合导航定位结果，采用惯性导航捷联解算算法，求得本历元所述惯性导航系统的三维参考预测位置坐标的参考位置。所述惯性导航系统由惯性传感器组成，所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计为三轴加速度计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪，通过所述三轴陀螺仪采集三个自由度角速度，通过所述三轴加速度计采集三个自由度加速度，利用所述三个自由度角速度和三个自由度加速度通过惯性导航捷联解算算法得到所述惯性导航系统的参考位置。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (8)

1.一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，用于卫星导航系统和惯性导航系统相结合的组合导航系统，其特征在于，包括设定伪距残差剔除阈值，将所述伪距残差剔除阈值与各关联导航卫星的伪距残差绝对值进行比较，将伪距残差绝对值大于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为不可用卫星，将伪距残差绝对值小于或等于所述伪距残差剔除阈值的卫星设定为有效卫星，将所述有效卫星的量测伪距观测量设定为有效可用量测伪距观测量并参与后续导航解算，将所述不可用卫星的量测伪距观测量设定为不可用量测伪距观测量加以剔除即不再参与后续导航解算，从而减少或避免因多径干扰所产生的具有过大误差的量测伪距观测量对卫星定位精度的影响。
2.根据权利要求1所述的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，其特征在于，将所述不可用卫星判定为量测伪距观测量出现野值的卫星。
3.根据权利要求1所述的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，其特征在于，按照每颗有效卫星的伪距残差绝对值大小来确定其伪距量测噪声方差阵中所对应的权重参数，所述伪距残差绝对值较大的所对应的权重参数值较小，以此来减小因多路径干扰引入的伪距量测误差对整个卫星导航解算精度的影响，提高卫星导航定位精度。
4.根据权利要求1所述的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，其特征在于，所述伪距残差绝对值是将同一卫星的参考伪距观测量和量测伪距观测量做差，获得该卫星的伪距残差并取绝对值。
5.根据权利要求4所述的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，其特征在于，利用卫星导航接收机自身接收的卫星导航信号计算出各关联导航卫星的量测伪距观测量。
6.根据权利要求4所述的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，其特征在于，利用所述惯性导航系统的参考位置和各关联导航卫星的真实位置信息，计算出每颗卫星与所述参考位置之间的距离，以此作为每颗卫星的参考伪距观测量。
7.根据权利要求6所述的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，其特征在于，利用上一历元的组合导航定位结果，采用惯性导航捷联解算算法，求得本历元所述惯性导航系统的三维参考预测位置坐标的参考位置。
8.根据权利要求6所述的一种减小多径干扰的伪距反馈组合导航方法，其特征在于，所述惯性导航系统由惯性传感器组成，所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计为三轴加速度计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪，通过所述三轴陀螺仪采集三个自由度角速度，通过所述三轴加速度计采集三个自由度加速度，利用所述三个自由度角速度和三个自由度加速度通过惯性导航捷联解算算法得到所述惯性导航系统的参考位置。
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