CN109085619A - 多模gnss系统的定位方法及装置、存储介质、接收机 - Google Patents

多模gnss系统的定位方法及装置、存储介质、接收机 Download PDF

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Abstract

一种多模GNSS系统的定位方法及装置、存储介质、接收机，所述定位方法包括：基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。通过本发明技术方案可以在恶劣环境下提升接收机的定位精度。

Description

多模GNSS系统的定位方法及装置、存储介质、接收机
技术领域
本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种多模GNSS系统的定位方法及装置、存储介质、接收机。
背景技术
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)目前主要包括全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、北斗卫星导航系统(Bei DouSatellite Navigation System,BDS)、全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem,GLONASS)、欧盟卫星导航系统(Galileo)、准天顶卫星系统(Quasi-ZenithSatellite System,QZSS)等导航卫星系统。对于同一GNSS接收机，各卫星系统对应不同的接收机钟差。更进一步而言，各卫星系统的系统时间存在差异，也即系统间时差。导航电文中一般包含与GPS系统时(GPS Time,GPST)之间的同步参数，解得电文中这些参数后，利用接口文件定义的换算公式，可以解得系统间时差。
现有技术中，为了保证定位的准确性，用户接收机通常使用接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)算法对粗差进行检测和排除，也即利用接收到的冗余卫星观测量来实现对粗差观测量的检测和排除。目前，RAIM算法已经发展到利用惯性传感器、气压计、视觉辅助等多种方法来提升RAIM的整体性能。同时，对多星故障的RAIM算法也有大量研究，但这类算法的复杂度较高，对芯片的功耗和成本有一定影响。常用的RAIM算法，仍基于单星故障并通过循环遍历的方式实现多星故障的探测。目前广泛应用的单星RAIM算法有伪距比较法、最小二乘残差法、奇偶矢量法等。
接收机从电文中解得同步参数通常需要较长的等待时间，例如对于BDS，需要超过10分钟的时间才能获得相应的同步参数。同时，不同的卫星系统对应不同的硬件延迟(Hardware Delay,HD)。硬件延迟通常包含信号从接收天线到观测数据生成的所有链路的延迟时间，而硬件延迟的测量通常较为复杂，并且测量过程中环境、流程的差异将导致不同的硬件延迟结果。由于难以获取同步参数和硬件延迟，而各系统的接收机钟差作为未知参数，因此各系统均需要一个伪距观测量来求解。RAIM算法需要保证至少2个冗余观测量来进行粗差的探测和排除。因此，在常规的多模RAIM方法中，要求观测量数目obsn必须满足如下关系：obsn>＝SatN+5，其中，SatN为卫星系统的数目。例如，对于GPS/GLO/BEIDOU三模接收机而言，卫星数目至少为8颗，观测量数目至少为8。当GNSS终端处于开阔环境下，多定位系统的卫星数目能够得到充分保证，此时可以执行RAIM算法。
但是，在复杂场景中，例如信号遮挡严重的地区、城市建筑物密集地带，容易出现可视卫星数目少于8颗的情况。而当多定位系统的卫星数目较少时，无法执行RAIM算法，RAIM算法的可用性将明显下降。此外，这种情况下，多径效应表现显著，一些GNSS终端(如智能手机搭载的GNSS芯片)受制于天线体积的限制，在卫星信号源上难以有效改善多径效应造成的影响，因而部分卫星观测量将可能呈现高达数百米的粗差。如果不能排除粗差较大的观测量，将严重影响当前接收机的定位精度。假如在这类环境下处于首次定位阶段，后续卡尔曼滤波算法(Kalman Filter,KF)的收敛过程将受首次定位结果错误的影响，这会导致定位轨迹的整体偏移。如果在连续导航过程途经信号遮挡严重的道路密集区，受粗差影响的错误定位结果将影响导航的实时路线规划，严重影响用户体验。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何在恶劣环境下提升接收机的定位精度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种多模GNSS系统的定位方法，多模GNSS系统的定位方法包括：基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。
可选的，所述利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延包括：在首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差计算初始系统间时延，以作为首次测量时的系统间时延；根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延。
可选的，所述根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延包括：利用上一次测量时的时延方差、过程噪声方差以及两次测量的时间间隔得到下一次测量时的时延方差，其中，首次测量时的时延方差为初始化得到的时延方差；利用上一次测量时的系统间时延和所述下一次测量时的时延方差，确定下一次测量时的系统间时延。
可选的，所述将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除包括：在所述各定位系统的卫星总数达到第一设定值时，利用所述系统间时延与所述伪距观测量共同构建观测方程；利用所述观测方程探测异常卫星，并进行排除。
可选的，采用以下公式表示所述观测方程：
其中，l1,l2,…,lk表示k个伪距观测量，dT21,dT31,…,dTN1表示N模GNSS系统中预设基准定位系统1与其他定位系统之间的系统间时延，H为设定设计矩阵，x,y,z表示接收机位置坐标，Δt1,Δt2,…,ΔtN表示所述各定位系统的接收机钟差。
可选的，所述各定位系统的接收机钟差可靠是指满足如下条件：每一定位系统的卫星数目达到第二设定值以及各个伪距观测量验后残差的误差小于设定误差。
可选的，所述系统间时延稳定是指满足如下条件：所述系统间时延小于设定时延值。
本发明实施例还公开了一种多模GNSS系统的定位装置，所述定位装置包括：接收机钟差计算模块，适于基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；系统间时延计算模块，适于在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；异常卫星探测模块，适于在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；位置解算模块，适于利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。
可选的，所述系统间时延计算模块包括：系统间时延初始计算单元，适于在首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差计算初始系统间时延，以作为首次测量时的系统间时延；系统间时延更新单元，适于根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延。
可选的，所述系统间时延更新单元包括：时延方差计算子单元，适于利用上一次测量时的时延方差、过程噪声方差以及两次测量的时间间隔得到下一次测量时的时延方差，其中，首次测量时的时延方差为初始化得到的时延方差；系统间时延计算子单元，适于利用上一次测量时的系统间时延和所述下一次测量时的时延方差，确定下一次测量时的系统间时延。
可选的，所述异常卫星探测模块包括：观测方程构建单元，适于在所述各定位系统的卫星总数达到第一设定值时，利用所述系统间时延与所述伪距观测量共同构建观测方程；探测单元，适于利用所述观测方程探测异常卫星，并进行排除。
可选的，采用以下公式表示所述观测方程：
其中，l1,l2,…,lk表示k个伪距观测量，dT21,dT31,…,dTN1表示表示N模GNSS系统中预设基准定位系统1与其他定位系统之间的系统间时延，H为设定设计矩阵，x,y,z表示接收机位置坐标，Δt1,Δt2,…,ΔtN表示所述各定位系统的接收机钟差。
可选的，所述各定位系统的接收机钟差可靠是指满足如下条件：每一定位系统的卫星数目达到第二设定值、各个伪距观测量验后残差的误差小于设定误差且各个系统的卫星HDOP值在设定阈值范围内。
可选的，所述系统间时延稳定是指满足如下条件：所述系统间时延小于设定时延值。
本发明实施例还公开了一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述多模GNSS系统的定位方法的步骤。
本发明实施例还公开了一种接收机，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述多模GNSS系统的定位方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。由于对于同一GNSS接收机，各定位系统间的系统间时延在一定时间范围内保持较强的稳定性，因此本发明技术方案利用系统间时延作为附加观测量，以增加异常卫星的探测时的冗余观测量，提升对于粗差检测和排除的性能。采用本发明实施例的方案，可以在恶劣环境下，在可视卫星数目受限时，保证观测量的数目，从而保证对异常卫星的探测和排除，提高了多模GNSS系统定位的准确性，进而进一步提升接收机的定位精度。
进一步，在首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差计算初始系统间时延，以作为首次测量时的系统间时延；根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延。本发明技术方案利用系统间时延在一定时间范围内保持较强的稳定性的特性，在计算得到首次测量时的系统间时延后，利用过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延，通过随机游走卡尔曼滤波更新，能够使得计算出的系统间时延尽可能逼近实际系统间时延，从而获取稳定可靠的系统间时延值。
附图说明
图1是本发明实施例一种多模GNSS系统的定位方法流程图；
图2是本发明实施例另一种多模GNSS系统的定位方法流程示意图；
图3是本发明实施例一种多模GNSS系统的定位装置的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，在复杂场景中，例如信号遮挡严重的地区、城市建筑物密集地带，容易出现可视卫星数目少于8颗的情况。而当多定位系统的卫星数目较少时，无法执行RAIM算法，RAIM算法的可用性将明显下降。如果不能排除粗差较大的观测量，将严重影响当前接收机的定位精度。假如在这类环境下处于首次定位阶段，后续卡尔曼滤波算法(KalmanFilter,KF)的收敛过程将受首次定位结果错误的影响，将会导致定位轨迹的整体偏移。如果在连续导航过程途经信号遮挡严重的道路密集区，受粗差影响的错误定位结果将影响导航的实时路线规划，严重影响用户体验。
本申请发明人发现，对于同一GNSS接收机，各定位系统间的系统间时延(可以包括系统间时差和系统间硬件延迟差值)在一定时间范围内保持较强的稳定性。
由于对于同一GNSS接收机，各定位系统间的系统间时延在一定时间范围内保持较强的稳定性，因此本发明技术方案利用系统间时延作为附加观测量，以增加异常卫星的探测时的冗余观测量，提升对于粗差检测和排除的性能；可以在恶劣环境下，在可视卫星数目受限时，保证观测量的数目，从而保证对异常卫星的探测和排除，提高了多模GNSS系统定位的准确性，进而进一步提升接收机的定位精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例一种多模GNSS系统的定位方法流程图。
本实施例的所述多模GNSS系统的定位方法可以用于接收机侧，所述接收机可以支持多模GNSS系统的定位。所述定位方法可以包括以下步骤：
步骤S101：基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；
步骤S102：在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；
步骤S103：在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；
步骤S104：利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。
具体实施中，在接收机定位过程中，在步骤S101中，接收机通过测量得到卫星信号接收时刻(也可以称为历元)的伪距观测量。所述伪距观测量指的是接收机从卫星信号得到的原始观测量，也即在卫星信号接收时刻所接收到的码相位值。同时，通过实时定位解算，得到各定位系统的接收机钟差。具体而言，接收机可以在各历元解算出各定位系统间的接收机钟差。
可以理解的是，接收机还可以根据接口文件描述的格式对帧同步后的导航电文进行解码，获取卫星的实时星历参数，以解得卫星的较准确位置和速度，从而用于接收机定位和测速。
具体实施中，在步骤S102中，在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，该接收机钟差可用于推算测量时各定位系统间的系统间时延。其中，所述各定位系统的接收机钟差可靠可以表征多模GNSS系统中卫星的位置是稳定的。
以三模GNSS系统GPS/GLO/BEIDOU为例，可以先确定预设基准定位系统，然后计算其他定位系统与该系统的系统间时延，例如，确定预设基准定位系统为GPS，则仅计算GPS与GLO的系统间时延dTGPS_GLO、GPS与BEIDOU的系统间时延dTGPS_BD即可。其计算公式如下：
具体实施中，在步骤S103中，在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为附加的观测量，结合所述伪距观测量对异常的观测量进行检测，以对异常卫星进行探测和排除，从而保证精度较高的卫星参与接收机的定位解算。其中，所述系统间时延稳定可以是指系统间时延始终保持在较小的时间范围内。
本实施例中，可以采用RAIM算法实现对观测量的粗差的探测和排除。
在步骤S104中，利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。具体而言，可以利用定位计算方法，例如最小二乘方法或卡尔曼滤波方法，得到最终的位置信息。更进一步而言，排除异常卫星后，可以基于其余卫星的观测量(也即伪距观测量和系统间时延)得到接收机的位置信息。
本领域技术人员应当理解的是，对异常卫星进行探测和解算位置信息可以采用任意可实施的方式，本发明实施例对此不做限制。
由于对于同一GNSS接收机，各定位系统间的系统间时延在一定时间范围内保持较强的稳定性，因此本发明实施例利用系统间时延作为附加观测量，以增加异常卫星的探测时的冗余观测量，提升对于粗差检测和排除的性能；可以在恶劣环境下，在可视卫星数目受限时，保证观测量的数目，从而保证对异常卫星的探测和排除，提高了多模GNSS系统定位的准确性，进而可以进一步提升接收机的定位精度。
优选地，所述各定位系统的接收机钟差可靠是指满足如下条件：每一定位系统的卫星数目达到第二设定值以及各个伪距观测量验后残差的误差小于设定误差。进一步地，所述第二设定值可以是2，则接收机钟差可靠时，每一定位系统的卫星数目大于等于2。伪距观测量验后残差的误差可以是均方根(Root Mean Square,RMS)误差。所述设定误差的大小可以根据实际的应用环境进行适应性的配置。
进一步而言，判断各定位系统的接收机钟差可靠的条件中还可以增加如下条件：水平精度因子(Horizontal Dilution of Precision,HDOP)在一定的阈值范围内，表示各定位系统的卫星分布良好。
优选地，所述系统间时延稳定是指满足如下条件：所述系统间时延小于设定时延值。具体而言，设定时延值可以是时间长度，也可以采用距离长度来表示，则对应的时间长度为所述距离长度与电磁波传输速度的比值。例如，设定时延值可以是10米。
优选地，步骤S102可以包括以下步骤：在首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差计算初始系统间时延，以作为首次测量时的系统间时延；根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延。
具体实施中，在首次计算出可靠的接收机钟差时，可以利用各定位系统的接收机钟差之差直接解得各定位系统之间的系统间时延。由于系统间时延在一定时间范围内保持较强的稳定性，因此，计算得到首次测量时的系统间时延后，利用过程噪声方差可以更新得到下一次测量时的系统间时延。
进一步而言，计算得到各定位系统的接收机钟差后，判断该历元采用何种定位模式。如果为最小二乘定位模式，则确定所述接收机钟差的过程噪声方差较大，所述接收机钟差不能用于进一步计算系统间时延；如果为卡尔曼滤波定位模式，则可以进一步判断各定位系统的接收机钟差是否可靠，以用于计算系统间时延。
需要说明的是，判断定位模式可以采用任意可实施的方式，本发明实施例对此不做限制。
本发明实施例利用系统间时延在一定时间范围内保持较强的稳定性的特性，在计算得到首次测量时的系统间时延后，利用过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延，可以节省测量时间，减小计算量，从而提高定位效率。
进一步地，所述根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延包括：利用上一次测量时的时延方差、过程噪声方差以及两次测量的时间间隔得到下一次测量时的时延方差，其中，首次测量时的时延方差为初始化得到的时延方差；利用上一次测量时的系统间时延和所述下一次测量时的时延方差，确定下一次测量时的系统间时延。
具体实施中，首次测量时的时延方差可以通过初始化得到，例如可以是经验值。则在确定下一次测量时的时延方差时，可以利用上一次测量时的时延方差以及过程噪声方差与两次测量的时间间隔的乘积得到。具体而言，由于系统间时延在较长时间内保持相对稳定，在上一次测量时的时延方差上增加与时间相关的微小扰动量，组成当前时刻的时延方差，以近似表示系统间时延在短期内的微小变化。可以采用以下公式表示：σi 2＝σi-1 2+σr 2dt，其中，σi 2为第i次测量时的时延方差，σi-1 2为第i-1次测量时的时延方差，σr 2为过程噪声方差，dt为两次计算可靠的接收机钟差的时间间隔。
进而，基于上一次测量时的系统间时延和更新后的时延方差，确定下一次测量时的系统间时延。本实施例在连续导航定位过程中，基于满足钟差可靠性的接收机钟差，可循环利用上述步骤，进行卡尔曼滤波更新。
优选地，步骤S103可以包括以下步骤：在所述各定位系统的卫星总数达到第一设定值时，利用所述系统间时延与所述伪距观测量共同构建观测方程；利用所述观测方程探测异常卫星，并进行排除。
具体实施中，所述第一设定值为5。其中，对于单模GNSS系统，至少需要6(也即1+5)颗卫星才能用于粗差的识别和排除。对于多模GNSS系统，各定位系统均可以通过系统间时延建立关系，并作为附加的观测量。则多模伪距观测量数目大于5，也就是卫星总数大于5，便可实现后续的粗差排除。
以三模GNSS系统GPS/GLO/BEIDOU为例，GLONASS和BEIDOU系统的接收机钟差均可以通过系统间时延建立与GPS接收机钟差之间的关系。因此，对于三模GNSS系统GPS/GLO/BEIDOU，多模伪距观测量数目N>5时，便可实现后续的粗差排除。
进一步地，利用所述系统间时延与所述伪距观测量共同构建观测方程，可
以表示如下：
其中，l1,l2,…,lk表示k个伪距观测量(k为大于N的正整数)，dT21,dT31,…,dTN1表示N模GNSS系统(也即，具有N个定位系统的多模GNSS系统)中预设基准定位系统1与其他定位系统之间的系统间时延中各个定位系统的接收机钟差，dT21表示定位系统2和预设基准定位系统1之间的系统间时延，dT31表示定位系统3和预设基准定位系统1之间的系统间时延，dTN1定位系统N和预设基准定位系统1之间的系统间时延，其他以此类推；H为设定设计矩阵，x,y,z表示接收机位置坐标，Δt1,Δt2,…,ΔtN表示所述各定位系统的接收机钟差。
具体实施中，设定设计矩阵H可以表示为
其中，Xu0，Yu0,，Zu0分别为接收机位置参数的估计值；XS，YS,ZS分别为卫星坐标；为星地几何距离的估计值。
更具体地，通过构建的观测方程来判断N模GNSS系统几何位置分布下的RAIM算法是否可用，例如可以采用最大精度因子变化方法来判断；然后检测是否存在粗差；最后识别异常卫星。
图2是本发明实施例另一种多模GNSS系统的定位方法流程示意图。
本实施例采用RAIM算法实现对粗差的检测和排除。
在步骤S201中，利用各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延。所述系统间时延可以作为观测量，用以对异常卫星进行探测。具体而言，对于N模GNSS系统，可以得到至少N-1个观测量。
在步骤S202中，基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量。
在步骤S203中，判断N模GNSS系统的卫星总数M是否大于5，如果是，则进入步骤S205，构造包括系统间时延的观测方程，以实现后续的RAIM粗差排除；否则，进入步骤S204，表示未通过RAIM校验，不能进行后续的RAIM粗差排除。具体地，可以标记当前时刻的观测量“未通过RAIM校验”。
在步骤S205中，利用系统间时延和伪距观测量构造观测方程。观测方程的具体实施方式可参照步骤S103的相关表述，此处不再赘述。
在步骤S206中，对RAIM完备性进行判断，如果RAIM算法具备完备性，则进入步骤S207，判断观测量中是否存在粗差；如果RAIM算法不具备完备性，则进入步骤S208，判断是否是首次校验，如果是，则进入步骤S204，表示未通过RAIM校验；否则，进入步骤S209，表示通过RAIM校验。
具体地，可以采用最大精度因子变化方法来判断当前多模卫星几何位置分布下的RAIM算法是否具备完备性。
在步骤S207中，判断观测量中是否存在粗差时，假定所有观测量噪声为高斯白噪声，则其符合均值为0，方差为的正态分布，那么对应的加权残差向量平方和WSSE服从卡方分布。也即WSSE～χ2(N-4)，其中，w为各观测量标准差的倒数，为采用加权最小二乘定位后的观测量残差向量，P为权阵，即各观测量方差组成的方差阵的逆矩阵。在给定误警概率的条件下，可以得到检测量WSSE的门限值。为减小计算量，可以预先给出不同卫星数目条件下的σT 2，当实时计算的WSSE>σT 2时，则表示有粗差存在，进入步骤S210。否则，说明当前时刻成功通过RAIM校验，校验结束，可以进入步骤S213，利用各定位系统解算得到接收机的位置信息。
在步骤S210中进行异常卫星的识别。具体而言，可以采用巴尔达数据探测法进行异常卫星的识别现构造统计量bi：
其中，为采用加权最小二乘定位后的观测量残差向量，P为权阵，H为设定设计矩阵，HT为设定设计矩阵H的转置矩阵，H-1为设定设计矩阵H的逆矩阵，P-1为权阵P的逆矩阵，σ0为观测量的标准差。在给定误警概率的前提下，可以得到在正态分布概率函数中不同卫星数目对应的统计量阈值如果统计量则进入步骤S211，表示第i颗星正常；否则第i颗星为异常星。并在步骤S212中排除第i颗异常星。进一步地，当多颗卫星为异常星时，取最大的统计量bi对应的卫星为异常卫星。
进而在步骤S213中，利用剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。然后进行下一次的RAIM校验，以尝试检测和排除可能存在的其他粗差。
本领域技术人员应当理解的是，也可以采用任意可实施的算法判断是否存在粗差，或者进行异常卫星的识别，本发明实施例对此不做限制。
本发明另一实施例中，在成功排除异常卫星后，在下一次RAIM检验中，可能由于剔除异常卫星后，卫星的几何构型发生改变，不能在步骤S206中通过RAIM完备性检测。如果通过步骤S208判定出不是首次校验，则也可以判定该历元成功通过RAIM校验，进而可以进入步骤S213，利用各定位系统解算得到接收机的位置信息，从而保证最大精度因子在阈值范围内变化时，也可以进行接收机的定位解算。
更近一步地，当首次定位时长超出限值时，可以依据“是否通过RAIM校验”来合理选择是否输出当前时刻定位结果。
图3是本发明实施例一种多模GNSS系统的定位装置的结构示意图。
图3所示多模GNSS系统的定位装置30可以用于接收机侧，多模GNSS系统的定位装置30可以包括接收机钟差计算模块301、系统间时延计算模块302、异常卫星探测模块303和位置解算模块304。
其中，接收机钟差计算模块301适于基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；系统间时延计算模块302适于在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；异常卫星探测模块303适于在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；位置解算模块304适于利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。
由于对于同一GNSS接收机，各定位系统间的系统间时延在一定时间范围内保持较强的稳定性，因此本发明实施例利用系统间时延作为附加观测量，以增加异常卫星的探测时的冗余观测量，提升对于粗差检测和排除的性能；可以在恶劣环境下，在可视卫星数目受限时，保证观测量的数目，从而保证对异常卫星的探测和排除，提高了多模GNSS系统定位的准确性，进而进一步提升接收机的定位精度。
优选地，系统间时延计算模块302可以包括系统间时延初始计算单元3021和系统间时延更新单元3022。系统间时延初始计算单元3021适于在首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差计算初始系统间时延，以作为首次测量时的系统间时延；系统间时延更新单元3022适于根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延。
进一步地，系统间时延更新单元3022可以包括时延方差计算子单元30221和系统间时延计算子单元30222。时延方差计算子单元30221适于利用上一次测量时的时延方差、过程噪声方差以及两次测量的时间间隔得到下一次测量时的时延方差，其中，首次测量时的时延方差为初始化得到的时延方差；系统间时延计算子单元30222适于利用上一次测量时的系统间时延和所述下一次测量时的时延方差，确定下一次测量时的系统间时延。
优选地，异常卫星探测模块303可以包括观测方程构建单元3031和探测单元3032。观测方程构建单元3031适于在所述各定位系统的卫星总数达到第一设定值时，利用所述系统间时延与所述伪距观测量共同构建观测方程；探测单元3032，适于利用所述观测方程探测异常卫星，并进行排除。
进一步地，可以采用以下公式表示所述观测方程：
其中，l1,l2,…,lk表示k个伪距观测量，dT21,dT31,…,dTN1表示N模GNSS系统中预设基准定位系统1与其他定位系统之间的系统间时延，H为设定设计矩阵，x,y,z表示接收机位置坐标，Δt1,Δt2,…,ΔtN表示所述各定位系统的接收机钟差。
优选地，所述各定位系统的接收机钟差可靠是指满足如下条件：每一定位系统的卫星数目达到第二设定值、各个伪距观测量验后残差的误差小于设定误差且各个系统的卫星HDOP值在设定阈值范围内。
优选地，所述系统间时延稳定是指满足如下条件：所述系统间时延小于设定时延值。
关于所述多模GNSS系统的定位装置30的工作原理、工作方式的更多内容，可以参照对图1至图2的相关描述，这里不再赘述。
本发明实施例还公开了一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时可以执行图1或图2中所示的多模GNSS系统的定位方法的步骤。所述存储介质可以包括ROM、RAM、磁盘或光盘等。具体而言，所述存储介质为计算机可读存储介质。
本发明实施例还公开了一种接收机，所述接收机可以包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令。所述处理器运行所述计算机指令时可以执行图1或图2中所示的多模GNSS系统的定位方法的步骤。所述接收机可以用于手机、计算机、平板电脑等终端设备。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (18)

1.一种多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，包括：
基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；
在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；
在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；
利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。
2.根据权利要求1所述的多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，所述利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延包括：
在首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差计算初始系统间时延。
3.根据权利要求2所述的多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，所述利用所述各定位系统的接收机钟差计算各卫星系统间的系统间时延还包括：
根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延。
4.根据权利要求3所述的多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，所述根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延包括：
利用上一次测量时的时延方差、过程噪声方差以及两次测量的时间间隔得到下一次测量时的时延方差，其中，首次测量时的时延方差为初始化得到的时延方差；
利用上一次测量时的系统间时延和所述下一次测量时的时延方差，确定下一次测量时的系统间时延。
5.根据权利要求1所述的多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，所述将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除包括：
在所述各定位系统的卫星总数达到第一设定值时，利用所述系统间时延与所述伪距观测量共同构建观测方程；
利用所述观测方程探测异常卫星，并进行排除。
6.根据权利要求5所述的多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，采用以下公式表示所述观测方程：
其中，l1,l2,…,lk表示k个伪距观测量，dT21,dT31,…,dTN1表示N模GNSS系统中预设基准定位系统1与其他定位系统之间的系统间时延，H为设定设计矩阵，x,y,z表示接收机位置坐标，Δt1,Δt2,…,ΔtN表示所述各定位系统的接收机钟差。
7.根据权利要求1所述的多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，所述各定位系统的接收机钟差可靠是指满足如下条件：每一定位系统的卫星数目达到第二设定值以及各个伪距观测量验后残差的误差小于设定误差。
8.根据权利要求1所述的多模GNSS系统的定位方法，其特征在于，所述系统间时延稳定是指满足如下条件：所述系统间时延小于设定时延值。
9.一种多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，包括：
接收机钟差计算模块，适于基于接收到的卫星信号测量得到伪距观测量，并计算得到多模GNSS系统中各定位系统的接收机钟差；
系统间时延计算模块，适于在所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用所述各定位系统的接收机钟差计算测量时各定位系统间的系统间时延；
异常卫星探测模块，适于在所述系统间时延稳定时，将所述系统间时延作为观测量并结合所述伪距观测量对异常卫星进行探测和排除；
位置解算模块，适于利用排除所述异常卫星后的剩余卫星的伪距观测量解算得到接收机的位置信息。
10.根据权利要求9所述的多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，所述系统间时延计算模块包括：
系统间时延初始计算单元，适于在首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差可靠时，利用首次计算得到的所述各定位系统的接收机钟差计算初始系统间时延。
11.根据权利要求10所述的多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，所述系统间时延计算模块还包括：
系统间时延更新单元，适于根据所述初始系统间时延和过程噪声方差更新得到下一次测量时的系统间时延。
12.根据权利要求11所述的多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，所述系统间时延更新单元包括：
时延方差计算子单元，适于利用上一次测量时的时延方差、过程噪声方差以及两次测量的时间间隔得到下一次测量时的时延方差，其中，首次测量时的时延方差为初始化得到的时延方差；
系统间时延计算子单元，适于利用上一次测量时的系统间时延和所述下一次测量时的时延方差，确定下一次测量时的系统间时延。
13.根据权利要求8所述的多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，所述异常卫星探测模块包括：
观测方程构建单元，适于在所述各定位系统的卫星总数达到第一设定值时，利用所述系统间时延与所述伪距观测量共同构建观测方程；
探测单元，适于利用所述观测方程探测异常卫星，并进行排除。
14.根据权利要求13所述的多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，采用以下公式表示所述观测方程：
其中，l1,l2,…,lk表示k个伪距观测量，dT21,dT31,…,dTN1表示N模GNSS系统中预设基准定位系统1与其他定位系统之间的系统间时延，H为设定设计矩阵，x,y,z表示接收机位置坐标，Δt1,Δt2,…,ΔtN表示所述各定位系统的接收机钟差。
15.根据权利要求9所述的多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，所述各定位系统的接收机钟差可靠是指满足如下条件：每一定位系统的卫星数目达到第二设定值、各个伪距观测量验后残差的误差小于设定误差且各个系统的卫星HDOP值在设定阈值范围内。
16.根据权利要求9所述的多模GNSS系统的定位装置，其特征在于，所述系统间时延稳定是指满足如下条件：所述系统间时延小于设定时延值。
17.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1至8中任一项所述多模GNSS系统的定位方法的步骤。
18.一种接收机，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1至8中任一项所述多模GNSS系统的定位方法的步骤。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109946722A (zh) * 2019-04-01 2019-06-28 成都新橙北斗智联有限公司 一种多系统多频段定位方法及系统
CN111060133A (zh) * 2019-12-04 2020-04-24 南京航空航天大学 一种用于城市复杂环境的组合导航完好性监测方法
CN111175797A (zh) * 2020-02-02 2020-05-19 上海交通大学 基于虚拟质心的多gnss接收机协同导航方法
CN111221013A (zh) * 2019-11-29 2020-06-02 中国兵器装备集团自动化研究所 一种可变基线双天线定向系统及其使用方法
CN112764059A (zh) * 2020-12-24 2021-05-07 四川九洲北斗导航与位置服务有限公司 接收机自主完好性监测方法及装置
CN112799106A (zh) * 2021-03-30 2021-05-14 腾讯科技（深圳）有限公司 卫星观测信息处理方法、移动终端及存储介质
CN115993617A (zh) * 2023-02-13 2023-04-21 中国科学院国家授时中心 一种gnss系统时间偏差的监测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090002226A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Jun Mo Position and time determination under weak signal conditions
CN103969672A (zh) * 2014-05-14 2014-08-06 东南大学 一种多卫星系统与捷联惯性导航系统紧组合导航方法
CN104793227A (zh) * 2014-01-21 2015-07-22 香港理工大学 Gps室内定位系统和基于gps室内定位系统的室内定位方法
CN105044741A (zh) * 2015-06-29 2015-11-11 中国科学院上海天文台 一种伪距相位综合广域差分改正值的求解方法
CN105806339A (zh) * 2016-05-14 2016-07-27 中卫物联成都科技有限公司 一种基于gnss、ins和守时系统的组合导航方法和设备
CN106054216A (zh) * 2016-05-24 2016-10-26 中国人民解放军信息工程大学 基于gdop和uere的多模gnss选星方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090002226A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Jun Mo Position and time determination under weak signal conditions
CN104793227A (zh) * 2014-01-21 2015-07-22 香港理工大学 Gps室内定位系统和基于gps室内定位系统的室内定位方法
CN103969672A (zh) * 2014-05-14 2014-08-06 东南大学 一种多卫星系统与捷联惯性导航系统紧组合导航方法
CN105044741A (zh) * 2015-06-29 2015-11-11 中国科学院上海天文台 一种伪距相位综合广域差分改正值的求解方法
CN105806339A (zh) * 2016-05-14 2016-07-27 中卫物联成都科技有限公司 一种基于gnss、ins和守时系统的组合导航方法和设备
CN106054216A (zh) * 2016-05-24 2016-10-26 中国人民解放军信息工程大学 基于gdop和uere的多模gnss选星方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109946722A (zh) * 2019-04-01 2019-06-28 成都新橙北斗智联有限公司 一种多系统多频段定位方法及系统
CN111221013A (zh) * 2019-11-29 2020-06-02 中国兵器装备集团自动化研究所 一种可变基线双天线定向系统及其使用方法
CN111221013B (zh) * 2019-11-29 2023-06-09 中国兵器装备集团自动化研究所 一种可变基线双天线定向系统及其使用方法
CN111060133A (zh) * 2019-12-04 2020-04-24 南京航空航天大学 一种用于城市复杂环境的组合导航完好性监测方法
CN111175797A (zh) * 2020-02-02 2020-05-19 上海交通大学 基于虚拟质心的多gnss接收机协同导航方法
CN111175797B (zh) * 2020-02-02 2023-11-03 上海交通大学 基于虚拟质心的多gnss接收机协同导航方法
CN112764059A (zh) * 2020-12-24 2021-05-07 四川九洲北斗导航与位置服务有限公司 接收机自主完好性监测方法及装置
CN112764059B (zh) * 2020-12-24 2024-05-07 四川九洲北斗导航与位置服务有限公司 接收机自主完好性监测方法及装置
CN112799106A (zh) * 2021-03-30 2021-05-14 腾讯科技（深圳）有限公司 卫星观测信息处理方法、移动终端及存储介质
CN112799106B (zh) * 2021-03-30 2021-06-29 腾讯科技（深圳）有限公司 卫星观测信息处理方法、移动终端及存储介质
CN115993617A (zh) * 2023-02-13 2023-04-21 中国科学院国家授时中心 一种gnss系统时间偏差的监测方法
CN115993617B (zh) * 2023-02-13 2024-01-26 中国科学院国家授时中心 一种gnss系统时间偏差的监测方法

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