CN108594277B - 一种相位差确定方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种相位差确定方法、装置、电子设备及存储介质，其中，该方法包括：确定多个粒子分别对应的不同初始状态值；针对每个粒子，根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值；计算当前接收信号与当前本地信号的第二预测相位差值；根据该粒子的粒子状态值和第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重；将该粒子的粒子状态值和粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；将所有粒子对应的乘积值求和，并将得到的和值作为当前接收信号与当前本地信号的最终相位差值。如此能够提高在多径干扰的环境下，确定的相位差值的准确度。

Description

一种相位差确定方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别是涉及一种相位差确定方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
室内定位技术中，可以通过定位接收机中包括的各个部分形成的跟踪环路实现对信号的跟踪。具体地，跟踪环路主要由本地伪码生成器和载波数控晶体振荡器(NCO，Numerically Controlled Oscillator))、混频器、相关器、鉴相器和滤波器组成。其中，本地伪码生成器用于生成本地伪码，鉴相器用于确定本地伪码与跟踪环路的输入信号之间的相位差值，跟踪环路通过该相位差值实现对输入信号的跟踪，其中，输入信号可以是定位接收机接收到的接收信号。可以看出，确定本地伪码与跟踪环路的输入信号之间的相位差值是跟踪环路中的重要过程。
现有技术中，本地伪码生成器生成的本地伪码包括三路码：超前码、滞后码和瞬时码。确定本地伪码与跟踪环路的输入信号之间的相位差值的鉴相方法，具体包括：通过相关器，将本地伪码包括的三路码分别与跟踪环路的输入信号进行相关运算，得到三路本地伪码分别与接收信号的相关结果，其中，相关运算即计算信号自相关函数之间的相关度；然后通过非相干超前减滞后幅值法、非相干超前减滞后功率法、似相干点积功率法、或相干点积功率法等，根据相关结果，计算出本地伪码与接收信号之间的相位差值。
现有技术中是根据本地伪码与接收信号的自相关函数确定相位差的。而室内环境复杂，可能会存在造成多径干扰的多径信号，而由于多径信号的存在，会使得接收到的接收信号的自相关函数发生畸变。如此会使得在多径干扰的环境下，确定的本地伪码与接收信号的相位差值准确度较低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种相位差确定方法、装置、电子设备及存储介质，以提高在多径干扰的环境下，确定的相位差值的准确度。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种相位差确定方法，包括：
确定多个粒子分别对应的不同初始状态值；
针对每个粒子，根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将所述第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值，其中，所述接收信号为定位接收机接收到基站发送的信号；所述本地信号为所述定位接收机中本地伪码生成器产生的本地伪码；
通过预设算法，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第二预测相位差值；
通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重；
将该粒子的所述粒子状态值和所述粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；
将所有粒子对应的所述乘积值求和，并将得到的和值作为所述当前接收信号与所述当前本地信号的最终相位差值。
可选的，所述根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，包括：
通过所述INS，确定用户端的状态变化量，其中，所述用户端包括所述定位接收机；
根据所述状态变化量，计算所述定位接收机与所述基站的伪距；
根据所述伪距，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第一预测相位差值。
可选的，所述根据所述伪距，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第一预测相位差值，包括：
根据所述伪距，通过公式：
Figure BDA0001643884360000021
预测当前时刻的接收相位值
Figure BDA0001643884360000031
其中，所述ψk-1为上一时刻的接收相位值；
Figure BDA0001643884360000032
为当前时刻的所述伪距，ρk-1为上一时刻的所述伪距，c为光速；
将所述当前时刻的接收相位值与所述当前本地信号的相位值作差，并将得到的差值作为所述第一预测相位差值。
可选的，所述通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重，包括：
根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，通过公式：
Figure BDA0001643884360000033
确定该粒子的粒子权重；
其中，所述
Figure BDA0001643884360000034
为该粒子i在当前时刻的粒子权重，
Figure BDA0001643884360000035
为该粒子i在上一时刻的粒子权重，
Figure BDA0001643884360000036
为该粒子i在当前时刻的粒子状态值，δcp为所述第二预测相位差值，σ为当前时刻第二预测相位差值的均方差。
可选的，在所述确定该粒子的粒子权重之后，所述方法还包括：
对所述粒子权重进行归一化；
所述将该粒子的所述粒子状态值和所述粒子权重相乘，包括：
将该粒子的所述粒子状态值和归一化后的粒子权重相乘。
第二方面，本发明实施例提供了一种相位差确定装置，包括：
第一确定模块，用于确定多个粒子分别对应的不同初始状态值；
第一计算模块，用于针对每个粒子，根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将所述第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值，其中，所述接收信号为定位接收机接收到基站发送的信号；所述本地信号为所述定位接收机中本地伪码生成器产生的本地伪码；
第二计算模块，用于通过预设算法，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第二预测相位差值；
第二确定模块，用于通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重；
相乘模块，用于将该粒子的所述粒子状态值和所述粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；
求和模块，用于将所有粒子对应的所述乘积值求和，并将得到的和值作为所述当前接收信号与所述当前本地信号的最终相位差值。
可选的，所述第一计算模块包括：
确定子模块，用于通过所述INS，确定用户端的状态变化量，其中，所述用户端包括所述定位接收机；
第一计算子模块，用于根据所述状态变化量，计算所述定位接收机与所述基站的伪距；
第二计算子模块，用于根据所述伪距，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第一预测相位差值。
可选的，所述第二计算子模块，包括：
预测单元，用于根据所述伪距，通过公式：
Figure BDA0001643884360000041
预测当前时刻的接收相位值
Figure BDA0001643884360000042
其中，所述ψk-1为上一时刻的接收相位值；
Figure BDA0001643884360000043
为当前时刻的所述伪距，ρk-1为上一时刻的所述伪距，c为光速；
作差单元，用于将所述当前时刻的接收相位值与所述当前本地信号的相位值作差，并将得到的差值作为所述第一预测相位差值。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面所述的方法步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法步骤。
本发明实施例提供的相位差确定方法、装置、电子设备及存储介质，可以通过惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值，其中，接收信号为定位接收机接收到基站发送的信号；本地信号为定位接收机中本地伪码生成器产生的本地伪码；通过预设算法，计算当前接收信号与当前本地信号的第二预测相位差值；通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重；将该粒子的粒子状态值和粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；将所有粒子对应的乘积值求和，并将得到的和值作为当前接收信号与当前本地信号的最终相位差值。
本发明实施例提供的相位差确定方法、装置、电子设备及存储介质中，通过INS预测当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，并根据预测得到的该第一预测相位差值，通过粒子滤波方法对通过预设算法，如现有技术中根据本地伪码与接收信号的自相关函数确定相位差值的算法，得到的第二预测相位差值进行调整，如此能够降低多径干扰对本地伪码与接收信号的相位差值确定的影响，提高相位差值的准确度。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多径干扰分析示意图；
图2为本发明实施例提供的相位差确定方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的深组合系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种仿真示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种仿真示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种仿真示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种仿真示意图；
图8为本发明实施例提供的相位差确定装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
跟踪环路通过确定接收信号与本地信号之间的相位差值实现对信号的跟踪过程，接收信号即定位接收机接收到基站发送的信号，本地信号即本地伪码生成器生成的本地伪码。该相位差值的准确性影响跟踪环路实现跟踪的稳定性。现有技术中根据本地伪码与接收信号的自相关函数确定该相位差值。但是由于室内环境中多径干扰的存在，使得接收到的接收信号的自相关函数发生畸变。如此会使得在多径干扰的环境下，确定的本地伪码与接收信号的相位差值准确度较低。进一步会影响对信号跟踪的稳定性。本发明实施例提供了一种相位差确定方法，以提高相位差确定的准确度，进一步提高对信号跟踪的稳定性。
在介绍本发明实施例提供的相位差确定方法之前，首先分析多径干扰对相位差确定的影响。
定位接收机中，在忽略噪声的情况下，接收到的射频信号可以包括直接到达该定位接收机的直达信号和经过反射到达该定位接收机的反射信号，其模型为：
Figure BDA0001643884360000071
其中，S(t)为该射频信号；A为直达信号的幅度；x(t)为t时刻的伪随机码；ωc为载波的角速度，Wc＝2πf，f为载波频率；τ0为直达信号到达定位接收机的时刻、τi为多径信号到达定位接收机的时刻；ωd为多普勒频移，ζ为多普勒频移与载波频率的比值，在室内等低动态环境中ωd、ζ可以为0；M表示多径信号的个数；αi表示第i路多径信号幅度的衰减系数，αi的值可能为负；θ0为直达信号的载波相位；θi为多径信号的载波相位。
跟踪环路利用伪随机码GOLD码自相关函数主峰的对称性。现有技术中一般采用六个相关器结构，通过比较超前支路对应的相关器和滞后支路对应的相关器输出的幅度来调节本地伪码的相位。射频信号经过下变频后到达瞬时码对应的P路的信号可以为：
Figure BDA0001643884360000072
Figure BDA0001643884360000073
其中，iP(t)为接收信号经过下变频后得到的I路信号；qP(t)为接收信号经过下变频后得到的Q路信号；ψ为接收信号载波与本地信号载波的相位差值；Δτi为接收信号与GOLD码的相位差值，βi为第i路多径信号与直达信号的相位差。
经过相关运算后，相关器输出为：
Figure BDA0001643884360000081
其中，γ为直达信号与GOLD码的相位差值，τc为一个周期的信号时长；R(γ)为GOLD码的自相关函数，其表达式为：
Figure BDA0001643884360000082
其中，TC为一个码片的时间长度。
跟踪环路中E、P、L三路相关器间隔取为d，那么超前支路I路的输出IE和滞后支路L路的输出IL分别为：
Figure BDA0001643884360000083
Figure BDA0001643884360000084
此时，可以采用非相干超前减滞后幅值法确定相位差值：
Figure BDA0001643884360000085
当不存在多径信号时，自相关函数为对称形状，而实际叠加多径信号后，自相关函数不再对称。如图1所示，无多径信号和存在一个0.5码片延时的多径信号时鉴相输出的对比示意图，其中，曲线1.1为无多径信号时对应的鉴相输出的示意图；曲线1.2为存在一个0.5码片延时的多径信号时鉴相输出的示意图，鉴相输出即接收信号与本地信号的相位差值。
此时，可以通过减小相关器间距来降低多径干扰对相位差值确定的影响。然而，由于相关器的间距只能接近于0，并且由于射频前端并非无限带宽，自相关函数会出现“消顶”的情况，会导致相自关函数峰值不明显，仅根据超前支路和滞后支路很难准确计算相位误差。且从图1所示曲线1.2可看出，当存在多径信号时，确定的相位差值服从高斯概率分布。
本发明实施例在上述分析的基础上，提出了一种基于粒子滤波方式的相位差确定方法，粒子滤波方式是蒙特卡罗方法实现的递归贝叶斯滤波，其对解决非线性问题具有良好的性能。下面结合附图对本发明实施例提供的相位差确定方法进行详细说明。
本发明实施例提供了一种相位差确定方法，如图2所示，包括：
S201，确定多个粒子分别对应的不同初始状态值。
本发明实施例提供的相位差确定方法可以应用于电子设备，其中，该电子设备可以为定位接收机等。
确定粒子的初始状态值，即对粒子进行初始化。粒子的初始化可以采用跟踪环路稳定后的初次相位差值作为中心，以一个码片长度作为采样范围进行随机采样，生成N个粒子[p0……pn]，第i个粒子的初始状态值为
Figure BDA0001643884360000091
权重为
Figure BDA0001643884360000092
S202，针对每个粒子，根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值。
其中，接收信号为定位接收机接收到基站发送的信号；本地信号为定位接收机中本地伪码生成器产生的本地伪码。
具体地，根据该粒子的初始状态值，通过INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，可以包括：
A1，通过INS，确定用户端的状态变化量，其中，用户端包括定位接收机；
在惯性系中状态传播模型中INS状态向量可以表示为：
Figure BDA0001643884360000101
其中，
Figure BDA0001643884360000106
为姿态向量，
Figure BDA0001643884360000107
为速度向量，
Figure BDA0001643884360000108
为位移量向量，ba为加速度计的零偏，bg陀螺仪的零偏，其中姿态向量、速度向量、位移量向量、以及加速度计的零偏和陀螺仪的零偏均为三维，则INS状态向量为15维。
分别计算其姿态向量、速度向量、位置向量传递模型后得到系统矩阵FINS，再将FINS的级数展开仅限制到一阶项，得到的转移矩阵：
Figure BDA0001643884360000102
Figure BDA0001643884360000103
Figure BDA0001643884360000104
其中，τs为状态传播时间间隔，Cb为上一个状态的姿态向量，f为加速度计变化值，I3为3*3的单位矩阵，
Figure BDA0001643884360000109
为载体系到惯性系的坐标转换矩阵，
Figure BDA00016438843600001010
为地心惯性坐标系ECI的比力向量，
Figure BDA00016438843600001011
为地球引力的比力向量，
Figure BDA00016438843600001012
为地球半径。
通过转移矩阵ΦINS和噪声协方差矩阵QINS可以预测出系统误差协方差矩阵：
Figure BDA0001643884360000105
其中，Φk-1为k-1时刻的状态转移矩阵，Q′k-1为状态转移的过程噪声协方差矩阵，
Figure BDA00016438843600001013
为k-1时刻的系统误差协方差矩阵。
观测矩阵H代表系统状态与观测量之间的关系，维度为2m*15，m表示发射信号的基站个数。观测量包括各个基站的伪距与伪距率，由此可计算出卡尔曼增益为：
Figure BDA0001643884360000111
其中，Rk表示测量噪声的协方差矩阵。
如此状态更新可通过如下公式：
Figure BDA0001643884360000112
Figure BDA0001643884360000113
其中，
Figure BDA0001643884360000114
为k时刻的先验状态，
Figure BDA0001643884360000115
为k时刻的后验状态，Φk-1为k-1时刻的状态转移矩阵，zk为k时刻的观测量，即伪距测量值，
Figure BDA0001643884360000116
为k-1时刻的后验状态。
经过卡尔曼滤波后，INS状态可以实时更新，如此可以确定用户端的状态变化量。
A2，根据状态变化量，计算定位接收机与基站的伪距。
具体地，可以根据状态变化量预测定位接收机与基站的伪距。
A3，根据伪距，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值。
具体可以包括：
B1，根据伪距，通过公式：
Figure BDA0001643884360000117
预测当前时刻的接收相位值
Figure BDA0001643884360000118
其中，ψk-1为上一时刻的接收相位值；
Figure BDA0001643884360000119
为当前时刻的伪距，ρk-1为上一时刻的伪距，c为光速；
其中，接收相位值即接收信号的相位值，当前时刻的接收相位值即当前接收信号的相位值，上一时刻的接收相位值即上一时刻的接收信号的相位值。
B2，将当前时刻的接收相位值与当前本地信号的相位值作差，并将得到的差值作为第一预测相位差值。
具体地，可以根据公式：
Figure BDA0001643884360000123
计算第一预测相位差值，其中，
Figure BDA0001643884360000124
为得到的第一预测相位差值，
Figure BDA0001643884360000125
当前时刻的接收相位值，即当前接收信号的相位值，
Figure BDA0001643884360000126
为当前本地信号的相位值。
S203，通过预设算法，计算当前接收信号与当前本地信号的第二预测相位差值。
预设算法可以是现有技术中根据自相关函数确定相位差值的算法。具体地，可以是非相干超前减滞后幅值法、非相干超前减滞后功率法、似相干点积功率法、或相干点积功率法等。
上述实施例中已经对通过非相干超前减滞后幅值法确定相位差值的过程进行了详细说明，该步骤可以参照上述实施例的该过程，计算当前接收信号与当前本地信号的第二预测相位差值。
S204，通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重。
首先，建立相位差值的概率模型。通过上述实施例分析可知，相位差值服从高斯分布，则本发明实施例中建立服从高斯分布的概率模型。
然后，根据该粒子的粒子状态值和第二预测相位差值，通过公式：
Figure BDA0001643884360000121
确定该粒子的粒子权重；
其中，
Figure BDA0001643884360000127
为该粒子i在当前时刻的粒子权重，
Figure BDA0001643884360000128
为该粒子i在上一时刻的粒子权重，
Figure BDA0001643884360000129
为该粒子i在当前时刻的粒子状态值，δcp为第二预测相位差值，σ为当前时刻第二预测相位差值的均方差。
Figure BDA0001643884360000122
其中，
Figure BDA00016438843600001210
为当前时刻之前的多个时刻对应的第二预测相位差值的平均值。
S205，将该粒子的粒子状态值和粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值。
S206，将所有粒子对应的乘积值求和，并将得到的和值作为当前接收信号与当前本地信号的最终相位差值。
具体地，可以通过公式:
Figure BDA0001643884360000131
将该粒子的粒子状态值和粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；并将所有粒子对应的乘积值求和，并将得到的和值作为当前接收信号与当前本地信号的最终相位差值。
其中，δk为最终相位差值，
Figure BDA0001643884360000132
为第i个粒子的粒子状态值，即第一预测相位差值，
Figure BDA0001643884360000133
为第i个粒子的粒子权重。
本发明实施例中，通过惯性导航系统预测当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，并根据预测得到的该第一预测相位差值，通过粒子滤波方法对通过预设算法，如现有技术中根据本地伪码与接收信号的自相关函数确定相位差值的算法，得到的第二预测相位差值进行调整，如此能够降低多径干扰对本地伪码与接收信号的相位差值确定的影响，提高相位差值的准确度，进一步提高跟踪环路对信号的跟踪过程的稳定性。
本发明一种可选的实施例中，为了简化计算过程，在确定该粒子的粒子权重之后，还可以对粒子权重进行归一化，如通过公式：
Figure BDA0001643884360000134
实现对粒子权重的归一化，其中，
Figure BDA0001643884360000135
为归一化后的粒子权重。
如此，将该粒子的粒子状态值和粒子权重相乘，可以包括：
将该粒子的粒子状态值和归一化后的粒子权重相乘。
本发明实施例还提供了用于室内定位的INS/TC-OFDM(Time&Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，基于时分的CDMA-OFDM叠加信号体制))深组合系统，如图3所示。
该深组合系统中INS传感器获取组成用户的状态向量的信息，并将组成的状态向量传输至INS定位算法模块，以使该INS定位算法模块完成用户位置速度估计；卡尔曼滤波器的多普勒频移和时钟偏移传输给定位接收机，定位接收机确定基站位置信息，并将该基站位置信息与INS结合预测定位接收机与基站的伪距，得到伪距预测值，并通过该伪距预测值确定相位差值预测值；同时，将通过INS得到的伪距预测值和定位接收机得到的伪距测量值输入卡尔曼滤波器，以使卡尔曼滤波器完成用户位置速度估计，并将通过卡尔曼滤波器得到的用户位置速度与通过INS定位算法得到的用户速度结合起来最终确定用户位置速度，实现位置与速度的最优估计，完成对用户的定位。另外，卡尔曼滤波器得到的用户位置速度还可以用来实现传感器偏差校正。
本发明实施例提供的INS/TC-OFDM深组合系统中，INS与定位接收机深组合可以有效结合两种定位方法的优势，定位接收机的定位信息可以实时矫正INS的状态误差，而INS的输出可以反馈到定位接收机的跟踪环路，提高其鲁棒性，提高确定的相位差值的准确度，进一步提高跟踪环路的稳定性。
本发明还进行了仿真实验，对通过本发明实施例提供的相位差确定方法与通过现有的非相干超前减滞后幅值法确定相位差值的结果进行了对比。具体地选择了两种情况进行对比。
(1)只有一个反向的多径信号：多径信号的幅值与直达信号幅值的比值为-0.4，多径信号与直达信号的码相位延时为0.5个码片。
图4中曲线4.1为无多径信号时通过非相干超前减滞后幅值法的鉴相曲线，即确定的相位差值的曲线示意图；曲线4.2为存在如(1)所示多径信号时通过非相干超前减滞后幅值法的鉴相曲线，即确定的相位差值的曲线示意图；曲线4.3为存在如(1)所示多径信号时通过本发明实施例提供的相位差确定方法的鉴相曲线，即确定的相位差值的曲线示意图。
(2)有两个同向多径信号：多径信号的幅值与直达信号幅值的比值分别为0.7和0.4，多径信号与直达信号的码相位延时分别为0.3和0.6个码片。
图5中曲线5.1为无多径信号时通过非相干超前减滞后幅值法的鉴相曲线，即确定的相位差值的曲线示意图；曲线5.2为存在如(2)所示多径信号时通过非相干超前减滞后幅值法的鉴相曲线，即确定的相位差值的曲线示意图；曲线5.3为存在如(2)所示多径信号时通过本发明实施例提供的相位差确定方法的鉴相曲线，即确定的相位差值的曲线示意图。
通过图4和图5可以看出，不论是存在一个反向的多径信号，还是存在两个同向多径信号的情况，通过本发明实施例提供的相位差确定方法的鉴相曲线，相比较于通过非相干超前减滞后幅值法的鉴相曲线，均更接近于无多径信号时的鉴相曲线，即通过本发明实施例提供的相位确定方法能够抑制多径干扰对相位差值确定准确度的影响，提高多径干扰环境下、相位差值确定的准确度。
为了了解在移动过程中，多径信号变化的情况对相位差确定的影响，本发明实施例还对用户移动过程中，鉴相器的输出进行了仿真，鉴相器的输出即确定的接收信号与本地信号的相位差值。具体依次分为四种情况：
第一种情况，无多径信号的情况；
第二种情况，加入一个相位差值为0.5码片，幅值为0.5倍直达信号的多径信号；
第三种情况，将第二种情况中多径信号变为反向；
第四种情况，再次回到无多径信号的情况。
图6中曲线6.1为由上述第一种情况、第二种情况、第三种情况、第四种情况依次变化的移动过程中，传统鉴相器的确定相位差值的鉴相误差曲线示意图；曲线6.2为由上述第一种情况、第二种情况、第三种情况、第四种情况依次变化的移动过程中，通过本发明实施例提供的相位差确定方法确定相位差值的鉴相误差的曲线示意图。
图7中曲线7.1为由上述第一种情况、第二种情况、第三种情况、第四种情况依次变化的移动过程中，传统鉴相器确定的瞬时码P路码的鉴相误差的示意图；曲线7.2为由上述第一种情况、第二种情况、第三种情况、第四种情况依次变化的移动过程中，通过本发明实施例提供的相位差确定的瞬时码P路码的鉴相误差的示意图。
由图6和图7可以看出，当跟踪环路受到多径信号的影响时，传统鉴相器会出现一个跳变，而此时由于传统鉴相器的方差极大，在粒子滤波过程中，其可信度较低，所以通过本发明实施例提供的相位差确定方法的鉴相器输出更接近INS预测值。一段时间的码相位矫正后，传统鉴相器输出方差减小，通过本发明实施例提供的相位差确定方法的鉴相器输出逐渐接近传统鉴相器输出。从P路码相位差值可以看出，通过本发明实施例提供的相位差确定方法的鉴相器抖动明显减小。
本发明实施例提供了一种相位差确定装置，如图8所示，包括：
第一确定模块801，用于确定多个粒子分别对应的不同初始状态值；
第一计算模块802，用于针对每个粒子，根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值，其中，接收信号为定位接收机接收到基站发送的信号；本地信号为定位接收机中本地伪码生成器产生的本地伪码；
第二计算模块803，用于通过预设算法，计算当前接收信号与当前本地信号的第二预测相位差值；
第二确定模块804，用于通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重；
相乘模块805，用于将该粒子的粒子状态值和粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；
求和模块806，用于将所有粒子对应的乘积值求和，并将得到的和值作为当前接收信号与当前本地信号的最终相位差值。
本发明实施例中，通过惯性导航系统预测当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，并根据预测得到的该第一预测相位差值，通过粒子滤波方法对通过预设算法，如现有技术中根据本地伪码与接收信号的自相关函数确定相位差值的算法，得到的第二预测相位差值进行调整，如此能够降低多径干扰对本地伪码与接收信号的相位差值确定的影响，提高相位差值的准确度。
可选的，第一计算模块802包括：
确定子模块，用于通过INS，确定用户端的状态变化量，其中，用户端包括定位接收机；
第一计算子模块，用于根据状态变化量，计算定位接收机与基站的伪距；
第二计算子模块，用于根据伪距，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值。
可选的，第二计算子模块803，包括：
预测单元，用于根据伪距，通过公式：
Figure BDA0001643884360000171
预测当前时刻的接收相位值
Figure BDA0001643884360000172
其中，ψk-1为上一时刻的接收相位值；
Figure BDA0001643884360000173
为当前时刻的伪距，ρk-1为上一时刻的伪距，c为光速；
作差单元，用于将当前时刻的接收相位值与当前本地信号的相位值作差，并将得到的差值作为第一预测相位差值。
可选的，第二确定模块804，具体用于根据该粒子的粒子状态值和第二预测相位差值，通过公式：
Figure BDA0001643884360000174
确定该粒子的粒子权重；
其中，
Figure BDA0001643884360000175
为该粒子i在当前时刻的粒子权重，
Figure BDA0001643884360000176
为该粒子i在上一时刻的粒子权重，
Figure BDA0001643884360000177
为该粒子i在当前时刻的粒子状态值，δcp为第二预测相位差值，σ为当前时刻第二预测相位差值的均方差。
可选的，该装置还包括：
归一化模块，用于对粒子权重进行归一化；
相乘模块805，具体用于将该粒子的粒子状态值和归一化后的粒子权重相乘。
需要说明的是，本发明实施例提供的相位差确定装置是应用上述相位差确定方法的装置，则上述相位差确定方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，包括处理器901、通信接口902、存储器903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信，
存储器903，用于存放计算机程序；
处理器901，用于执行存储器903上所存放的程序时，实现上述相位差确定方法的方法步骤。
本发明实施例中，通过惯性导航系统预测当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，并根据预测得到的该第一预测相位差值，通过粒子滤波方法对通过预设算法，如现有技术中根据本地伪码与接收信号的自相关函数确定相位差值的算法，得到的第二预测相位差值进行调整，如此能够降低多径干扰对本地伪码与接收信号的相位差值确定的影响，提高相位差值的准确度。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例相位差确定方法的方法步骤。
本发明实施例中，通过惯性导航系统预测当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，并根据预测得到的该第一预测相位差值，通过粒子滤波方法对通过预设算法，如现有技术中根据本地伪码与接收信号的自相关函数确定相位差值的算法，得到的第二预测相位差值进行调整，如此能够降低多径干扰对本地伪码与接收信号的相位差值确定的影响，提高相位差值的准确度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备及存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种相位差确定方法，其特征在于，包括：
确定多个粒子分别对应的不同初始状态值；
针对每个粒子，根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将所述第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值，其中，所述接收信号为定位接收机接收到基站发送的信号；所述本地信号为所述定位接收机中本地伪码生成器产生的本地伪码；
通过预设算法，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第二预测相位差值；
通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重；
将该粒子的所述粒子状态值和所述粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；
将所有粒子对应的所述乘积值求和，并将得到的和值作为所述当前接收信号与所述当前本地信号的最终相位差值；
所述根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值，包括：
通过所述INS，确定用户端的状态变化量，其中，所述用户端包括所述定位接收机；
根据所述状态变化量，计算所述定位接收机与所述基站的伪距；
根据所述伪距，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第一预测相位差值；
所述通过所述INS，确定用户端的状态变化量，包括：
通过转移矩阵ΦINS和噪声协方差矩阵预测系统误差协方差矩阵：
Figure FDA0002412286830000021
其中，Φk-1为k-1时刻的状态转移矩阵，Q′k-1为状态转移的过程噪声协方差矩阵，
Figure FDA0002412286830000022
为k-1时刻的系统误差协方差矩阵；
转移矩阵为：
Figure FDA0002412286830000023
其中，
Figure FDA0002412286830000024
τs为状态传播时间间隔，Cb为上一个状态的姿态向量，f为加速度计变化值，I3为3*3的单位矩阵，
Figure FDA0002412286830000025
为载体系到惯性系的坐标转换矩阵，
Figure FDA0002412286830000026
为地心惯性坐标系ECI的比力向量，
Figure FDA0002412286830000027
为地球引力的比力向量，
Figure FDA0002412286830000028
为地球半径；
通过如下公式进行状态更新：
Figure FDA0002412286830000029
Figure FDA00024122868300000210
其中，
Figure FDA00024122868300000211
为k时刻的先验状态，
Figure FDA00024122868300000212
为k时刻的后验状态，Φk-1为k-1时刻的状态转移矩阵，zk为k时刻的观测量，伪距测量值，
Figure FDA00024122868300000213
为k-1时刻的后验状态，Kk为卡尔曼增益。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述伪距，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第一预测相位差值，包括：
根据所述伪距，通过公式：
Figure FDA00024122868300000214
预测当前时刻的接收相位值
Figure FDA0002412286830000031
其中，所述ψk-1为上一时刻的接收相位值；
Figure FDA0002412286830000032
为当前时刻的所述伪距，ρk-1为上一时刻的所述伪距，c为光速；
将所述当前时刻的接收相位值与所述当前本地信号的相位值作差，并将得到的差值作为所述第一预测相位差值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重，包括：
根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，通过公式：
Figure FDA0002412286830000033
确定该粒子的粒子权重；
其中，所述
Figure FDA0002412286830000034
为该粒子i在当前时刻的粒子权重，
Figure FDA0002412286830000035
为该粒子i在上一时刻的粒子权重，
Figure FDA0002412286830000036
为该粒子i在当前时刻的粒子状态值，δcp为所述第二预测相位差值，σ为当前时刻第二预测相位差值的均方差。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在所述确定该粒子的粒子权重之后，所述方法还包括：
对所述粒子权重进行归一化；
所述将该粒子的所述粒子状态值和所述粒子权重相乘，包括：
将该粒子的所述粒子状态值和归一化后的粒子权重相乘。
5.一种相位差确定装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定多个粒子分别对应的不同初始状态值；
第一计算模块，用于针对每个粒子，根据该粒子的初始状态值，通过惯性导航系统INS，计算当前接收信号与当前本地信号的第一预测相位差值；并将所述第一预测相位差值，作为该粒子的粒子状态值，其中，所述接收信号为定位接收机接收到基站发送的信号；所述本地信号为所述定位接收机中本地伪码生成器产生的本地伪码；
第二计算模块，用于通过预设算法，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第二预测相位差值；
第二确定模块，用于通过服从高斯分布的概率模型，根据该粒子的粒子状态值和所述第二预测相位差值，确定该粒子的粒子权重；
相乘模块，用于将该粒子的所述粒子状态值和所述粒子权重相乘，得到该粒子对应的乘积值；
求和模块，用于将所有粒子对应的所述乘积值求和，并将得到的和值作为所述当前接收信号与所述当前本地信号的最终相位差值；
所述第一计算模块，包括：
确定子模块，用于通过所述INS，确定用户端的状态变化量，其中，所述用户端包括所述定位接收机；
第一计算子模块，用于根据所述状态变化量，计算所述定位接收机与所述基站的伪距；
第二计算子模块，用于根据所述伪距，计算所述当前接收信号与所述当前本地信号的第一预测相位差值；
所述确定子模块，具体用于通过转移矩阵ΦINS和噪声协方差矩阵预测系统误差协方差矩阵：
Figure FDA0002412286830000041
其中，Φk-1为k-1时刻的状态转移矩阵，Q′k-1为状态转移的过程噪声协方差矩阵，
Figure FDA0002412286830000042
为k-1时刻的系统误差协方差矩阵；
转移矩阵为：
Figure FDA0002412286830000051
其中，
Figure FDA0002412286830000052
τs为状态传播时间间隔，Cb为上一个状态的姿态向量，f为加速度计变化值，I3为3*3的单位矩阵，
Figure FDA0002412286830000053
为载体系到惯性系的坐标转换矩阵，
Figure FDA0002412286830000054
为地心惯性坐标系ECI的比力向量，
Figure FDA0002412286830000055
为地球引力的比力向量，
Figure FDA0002412286830000056
为地球半径；
通过如下公式进行状态更新：
Figure FDA0002412286830000057
Figure FDA0002412286830000058
其中，
Figure FDA0002412286830000059
为k时刻的先验状态，
Figure FDA00024122868300000510
为k时刻的后验状态，Φk-1为k-1时刻的状态转移矩阵，zk为k时刻的观测量，伪距测量值，
Figure FDA00024122868300000511
为k-1时刻的后验状态，Kk为卡尔曼增益。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二计算子模块，包括：
预测单元，用于根据所述伪距，通过公式：
Figure FDA00024122868300000512
预测当前时刻的接收相位值
Figure FDA00024122868300000513
其中，所述ψk-1为上一时刻的接收相位值；
Figure FDA00024122868300000514
为当前时刻的所述伪距，ρk-1为上一时刻的所述伪距，c为光速；
作差单元，用于将所述当前时刻的接收相位值与所述当前本地信号的相位值作差，并将得到的差值作为所述第一预测相位差值。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
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