CN109782307A - 一种载波相位的极性判定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种载波相位的极性判定方法及装置；上述载波相位的极性判定方法，包括：提取完成快速帧同步后的导航电文；根据导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于导航电文的冗余信息规律或者导航电文的重复性，判定载波相位的极性。本申请能够快速判定载波相位的极性，从而提高RTK的初始化效率。

Description

一种载波相位的极性判定方法及装置

技术领域

本申请涉及但不限于卫星导航技术领域，尤指一种载波相位的极性判定方法及装置。

背景技术

随着卫星导航定位技术的应用范围不断扩展，采用传统伪距定位(米级精度)已经无法满足特定场景的定位精度需求，载波相位的实时动态差分定位(Real-TimeKinematic，RTK)可以达到厘米级精度，得到了越来越广泛的应用。

由于载波跟踪使用了二象限科斯塔斯环路(含有导航电文的信号)，导致载波有半周模糊度。当载波跟踪初始锁定或载波跟踪失锁时，载波相位需重新进行整周初始化以及极性判定。载波相位的极性判定效率直接决定了RTK的初始化时间和准确度。然而，传统的载波相位极性是通过帧同步头的极性进行判定的，判定周期为一个子帧周期，时间较长，直接影响了RTK的初始化效率。

发明内容

本申请实施例提供了一种载波相位的极性判定方法及装置，能够快速判定载波相位的极性，从而提高RTK的初始化效率。

一方面，本申请实施例提供一种载波相位的极性判定方法，包括：提取完成快速帧同步后的导航电文；根据所述导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于所述导航电文的冗余信息规律或者所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

另一方面，本申请实施例提供一种载波相位的极性判定装置，包括：提取模块，适于提取完成快速帧同步后的导航电文；判定模块，适于根据所述导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于所述导航电文的冗余信息规律或所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

再一方面，本申请实施例提供一种接收机，包括：存储器和处理器；所述存储器适于存储载波相位的极性判定程序，所述极性判定程序被所述处理器执行时实现上述载波相位的极性判定方法的步骤。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读介质，存储有载波相位的极性判定程序，所述极性判定程序被处理器执行时实现上述载波相位的极性判定方法的步骤。

在本申请实施例中，提取完成快速帧同步后的导航电文，并根据导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于导航电文的冗余信息规律或者导航电文的重复性，判定载波相位的极性，从而实现快速判定载波相位的极性。在载波跟踪初始锁定或载波跟踪失锁时，缩短了载波相位的极性判定有效时间，可以加快RTK初始化时间，从而提高RTK的初始化效率。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为传统的载波相位极性判定的流程图；

图2为本申请实施例提供的载波相位的极性判定方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的载波相位的极性判定方法的示例流程图；

图4为5Hz观测数据GPS(Global Positioning System，全球定位系统)2号卫星极性判定有效时间的对比示意图；

图5为5Hz观测数据BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)6号卫星极性判定有效时间的对比示意图；

图6为5Hz观测数据GLONASS 1号卫星极性判定有效时间的对比示意图；

图7为5Hz观测数据GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)RTK初始化时间的对比示意图；

图8为本申请实施例提供的载波相位的极性判定装置的示意图；

图9为本申请实施例提供的接收机的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在卫星导航定位技术中，接收机在捕获、跟踪导航信号后，需要对导航信号进行位同步和帧同步处理，从而提取导航电文实现定位解算。由于接收机运动的不确定性和外界环境的复杂性，容易导致跟踪环路失锁，使得载波相位需要重新进行整周初始化以及极性判定。

图1为传统的载波相位极性判定的流程图。如图1所示，传统的载波相位极性判定流程包括以下步骤：

步骤101、提取完成快速帧同步后的导航电文；

步骤102、判断导航电文是否通过奇偶校验；

如果导航电文通过奇偶校验，则执行步骤103，否则(即奇偶校验失败)，返回步骤101；

步骤103、基于同步码判定载波相位的极性；

如果基于同步码成功判定载波相位的极性，则执行步骤104，否则(即极性判定失败)，则返回步骤101；

步骤104、根据载波相位的极性判定结果进行RTK初始化；

步骤105、继续完成其它接收机跟踪定位任务。

在传统的载波相位极性判定过程中，需要在接收到的导航电文中搜索帧头，以基于同步码进行极性判定，增加了极性判定时间，判定周期为一个子帧的周期(比如，GPS L1为6秒，GLONASS L1/L2为2秒，BDS IGSO(InclinedGeosynchronous Orbit，地球同步轨道)/MEO(Medium Earth Orbit，中地球轨道)卫星B1/B2/B3为6秒)，延长了载波相位的再次定位时间，而且极性判定时间较长很大程度上影响了RTK的初始化效率。

本申请实施例提供一种载波相位的极性判定方法及装置，能够快速判定载波相位的极性，从而提高RTK的初始化效率。

图2为本申请实施例提供的载波相位的极性判定方法的流程图。如图2所示，本实施例提供的载波相位的极性判定方法，包括以下步骤：

步骤201、提取完成快速帧同步后的导航电文；

步骤202、根据导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于导航电文的冗余信息规律或者导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

在一示例性实施方式中，步骤202可以包括：若导航电文通过奇偶校验，则基于导航电文的冗余信息规律，判定载波相位的极性；若导航电文没有通过奇偶校验，则基于导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

在一示例性实施方式中，基于导航电文的冗余信息规律，判定载波相位的极性，可以包括：根据导航电文的冗余信息规律，确定冗余信息；将导航电文中通过奇偶校验的字信息与冗余信息进行匹配，若两者相同，则判定载波相位的极性为正，若两者相反，则判定载波相位的极性为负，若匹配失败，则极性判定失败。

其中，冗余信息可以指导航电文中包含的、不影响信息完整的、不会自由改变的一部分信息。

在本示例性实施方式中，利用导航电文结构中的冗余信息规律，进行载波相位的极性判定。由于导航电文结构中某些子帧的字所播发数据内容保持固定不变，因此可以对通过奇偶校验的字信息与冗余信息(即上述子帧的字信息)进行匹配。若两者相同，则可判定载波相位极性为正，若两者相反，则判定载波相位极性为负，否则判定极性无效。

在一示例性实施方式中，载波相位的极性判定方法还可以包括：若基于导航电文的冗余信息规律成功判定极性，则根据载波相位的极性判定结果进行RTK初始化；若基于导航电文的冗余信息规律的极性判定失败，则基于导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

在一示例性实施方式中，基于导航电文的重复性，判定载波相位的极性，可以包括：将导航电文与缓存的有效导航电文进行匹配，若两者相同，则判定载波相位的极性为正，若两者相反，则判定载波相位的极性为负，若匹配失败，则极性判定失败。

在本示例性实施方式中，可以利用导航电文的重复性，使用一定长度的导航电文与缓存的有效导航电文进行匹配。由于正常情况下卫星播发的导航数据在一定周期内重复播发星历、历书及电离层等参数信息，且更新时间较长，从而在进行快速极性判定时，选择一定长度和时间段对应的有效导航电文(即缓存的原始电文)，并将实时接收到的导航电文与上述缓存的有效导航电文进行匹配，若两者完全相同则可以判定载波相位的极性为正，若两者完全相反则可以判定载波相位的极性为负，否则匹配失败，极性判定无效。需要说明的是，可以根据实时接收情况更新缓存的有效导航电文。

在一示例性实施方式中，载波相位的极性判定方法还可以包括：若基于导航电文的重复性成功判定极性，则根据载波相位的极性判定结果进行RTK初始化；若基于导航电文的重复性的极性判定失败，则返回提取完成快速帧同步后的导航电文的步骤(即返回执行步骤201)。

在本申请实施例中，利用本地缓存的有效导航电文以及导航电文结构中的冗余信息，与接收到的导航电文进行比对，从而完成载波相位的快速极性判定，进而在提高了载波相位极性判定效率的基础上缩短了RTK初始化时间，提高了RTK初始化效率。

图3为本申请实施例提供的载波相位的极性判定方法的示例流程图。在本实施例中，接收机对于每一个进入卫星跟踪通道的导航电文可以采用本实施例提供的方法进行载波相位极性判定。

如图3所示，本实施例提供的载波相位的极性判定方法，包括以下步骤：

步骤301、提取完成快速帧同步后的导航电文；

其中，导航电文的比特流逐个填充为字保存。

步骤302、判断导航电文是否通过奇偶校验；如果校验通过则执行步骤303，否则执行步骤304。

步骤303、基于冗余信息规律，判定载波相位的极性；

若判定成功(即成功判定出载波相位的极性)，则执行步骤305，否则执行步骤304。

在本步骤中，以GPS L1信号为例，其导航电文播发数据存在以下规律：

1.1、遥测字的前八位固定播发10001011的同步码；

1.2、交接字是紧接遥测字之后的第二个字，其前17位是截短的星期内的小时数，而最后两位固定为00；

1.3、子帧1的字3其前10位固定播发GPS星期数量信息；子帧4、5的字3在某些页播发固定的6位卫星识别号，用于解算历书信息；

1.4、字10最低两位始终控制为00，以保证下一字(下一子帧的字1)的原始比特编码后，从卫星实际播发出去的同步码始终为10001011。

在本步骤中，对通过奇偶检验的字信息，与根据以上1.1至1.4中至少一项提及的冗余信息进行数据匹配，如果两者相同则可判定导航电文的极性为正，若两者相反则可判定导航电文的极性为反，否则极性判定失败无效。

步骤304、基于导航电文的重复性，判定载波相位的极性；

若判定成功(即成功判定出载波相位的极性)，则执行步骤305，否则返回执行步骤301。

由于正常情况下卫星播发的导航数据在一定周期内重复播发星历、历书及电离层等参数信息，且更新时间较长，因此可以基于导航电文的重复性进行极性判定。正常情况下，不同导航系统的导航电文播发数据规律如下：

2.1、GPS子帧1、2、3每30秒重复一次且更新周期为2小时，而子帧4、5每750秒重复一次且更新时间较长，约为1天；

2.1、BDS子帧1、2、3每30秒重复一次且更新周期为1小时，而子帧4、5每750s重复一次且更新时间为1小时；

2.3、GLONASS字符串1至5每30秒重复一次且更新周期为0.5小时，而字符串6至15每150秒重复一次且更新时间较长，约为1天。

在本实施例中，可以将接收机的有效导航电文保存到闪存(FLASH)和随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)中，当接收机开机时，可以使用FLASH内缓存的有效导航电文初始化RAM。在进行快速极性判定时，可以选择一定长度和时间段对应的有效导航电文，并与实时接收到的导航电文进行匹配对比，若两者完全相同，则可判定载波相位的极性为正，若两者完全相反，则可判定载波相位的极性为负，否则判定匹配失败。

步骤305、根据载波相位的极性判定结果进行RTK初始化。

步骤306、继续完成其它接收机跟踪定位任务。

在一示例中，采用对天信号，接收机以UB系列OEM接收机板卡作为实验板，通过接收实际信号并利用工具进行定时断信号处理(观测频率5Hz，共计60次)，从而对两块板卡重捕后极性判定有效时间及正确性进行对比验证。其中一号板卡采用本实施例中提及的基于导航电文匹配的快速极性判定方案，而二号板卡采用传统通过帧头判定极性的方案，两块板卡的极性判定有效时间对比结果可以参照图4至图7。其中，GPS以2号卫星为例，BDS以6号卫星为例，GLONASS以1号卫星为例。

由图4至图7可知，两块板卡在多次重捕后都能正确地判定出载波相位的极性，且与传统极性判定方案相比，本实施例提供的快速极性判定方案在极性判定有效时间上得到了很大的提高。由图4和图5可知，GPS、BDS平均提高了将近3至4秒；GLONASS由于本身电文周期较短(2秒)，提高了仅0.25秒(参见图6)；由图7可知，在载波相位极性判定的有效时间提高的基础上，RTK初始化时间平均提高了约2.54秒。

在本实施例中，利用本地缓存的有效导航电文及导航电文结构中的冗余信息，分别与接收到的导航电文进行比对，从而完成了载波相位的快速极性判定，最终缩短了失琐情况下载波相位极性判定的有效时间，进而加快了RTK初始化时间，提高了RTK初始化效率。

图8为本申请实施例提供的载波相位的极性判定装置的示意图。如图8所示，本实施例提供的极性判定装置，包括：

提取模块801，适于提取完成快速帧同步后的导航电文；

判定模块802，适于根据导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于导航电文的冗余信息规律或导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

在一示例性实施方式中，如图8所示，判定模块802可以包括：

第一判定单元8021，适于判定导航电文是否通过奇偶校验；

第二判定单元8022，适于若第一判定单元8021判定出导航电文通过奇偶校验，则基于导航电文的冗余信息规律，判定载波相位的极性；

第三判定单元8023，适于若第一判定单元8021判定出导航电文没有通过奇偶校验，则基于导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

在一示例性实施方式中，第二判定单元8022可以通过以下方式基于导航电文的冗余信息规律，判定载波相位的极性：

根据导航电文的冗余信息规律，确定冗余信息；将导航电文中通过奇偶校验的字信息与冗余信息进行匹配，若两者相同，则判定载波相位的极性为正，若两者相反，则判定载波相位的极性为负，若匹配失败，则极性判定失败。

在一示例性实施方式中，极性判定装置还可以包括：RTK处理模块，适于若第二判定单元8022基于导航电文的冗余信息规律成功判定极性，则根据载波相位的极性判定结果进行RTK初始化；

第三判定单元8023还可以适于若第二判定单元8022基于导航电文的冗余信息规律的极性判定失败，则基于导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

在一示例性实施方式中，第三判定单元8023可以通过以下方式基于导航电文的重复性，判定载波相位的极性：

将导航电文与缓存的有效导航电文进行匹配，若两者相同，则判定载波相位的极性为正，若两者相反，则判定载波相位的极性为负，若匹配失败，则极性判定失败。

在一示例性实施方式中，RTK处理模块，还可以适于若第三判定单元8023基于导航电文的重复性成功判定极性，则根据载波相位的极性判定结果进行RTK初始化；第三判定单元8023还可以适于若基于导航电文的重复性的极性判定失败，则通知提取模块801继续执行完成快速帧同步后的导航电文的步骤。

另外，关于本实施例提供的载波相位的极性判定装置的相关说明可以参照上述极性判定方法的描述，故于此不再赘述。

图9为本申请实施例提供的接收机的示意图。如图9所示，本实施例提供的接收机900包括存储器901和处理器902，存储器901适于存储载波相位的极性判定程序，该极性判定程序被处理器902执行时实现上述实施例提供的极性判定方法的步骤，比如图2或图3所示的步骤。本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的示意图，并不构成对本申请方案所应用于其上的接收机900的限定，接收机900可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

其中，处理器902可以包括但不限于微处理器(MCU，Microcontroller Unit)或可编程逻辑器件(FPGA，Field Programmable Gate Array)等的处理装置。存储器可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本实施例中的极性判定方法对应的程序指令或模块，处理器902通过运行存储在存储器901内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，比如实现本实施例提供的极性判定方法。存储器901可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些示例中，存储器901可包括相对于处理器902远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至接收机900。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读介质，存储有载波相位的极性判定程序，该极性判定程序被处理器执行时实现上述实施例提供的极性判定方法的步骤，比如图2或图3所示的步骤。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上显示和描述了本申请的基本原理和主要特征和本申请的优点。本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。

Claims (10)

1.一种载波相位的极性判定方法，其特征在于，包括：

提取完成快速帧同步后的导航电文；

根据所述导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于所述导航电文的冗余信息规律或者所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于所述导航电文的冗余信息规律或者所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性，包括：

若所述导航电文通过奇偶校验，则基于所述导航电文的冗余信息规律，判定载波相位的极性；

若所述导航电文没有通过奇偶校验，则基于所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基于所述导航电文的冗余信息规律，判定载波相位的极性，包括：

根据所述导航电文的冗余信息规律，确定冗余信息；

将所述导航电文中通过奇偶校验的字信息与所述冗余信息进行匹配，若两者相同，则判定载波相位的极性为正，若两者相反，则判定载波相位的极性为负，若匹配失败，则极性判定失败。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若基于所述导航电文的冗余信息规律成功判定极性，则根据所述载波相位的极性判定结果进行实时动态差分定位RTK初始化；

若基于所述导航电文的冗余信息规律的极性判定失败，则基于所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性，包括：

将所述导航电文与缓存的有效导航电文进行匹配，若两者相同，则判定载波相位的极性为正，若两者相反，则判定载波相位的极性为负，若匹配失败，则极性判定失败。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若基于所述导航电文的重复性成功判定极性，则根据所述载波相位的极性判定结果进行实时动态差分定位RTK初始化；

若基于所述导航电文的重复性的极性判定失败，则返回提取完成快速帧同步后的导航电文的步骤。

7.一种载波相位的极性判定装置，其特征在于，包括：

提取模块，适于提取完成快速帧同步后的导航电文；

判定模块，适于根据所述导航电文是否通过奇偶校验的判断结果，基于所述导航电文的冗余信息规律或所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判定模块，包括：

第一判定单元，适于判定所述导航电文是否通过奇偶校验；

第二判定单元，适于若所述导航电文通过奇偶校验，则基于所述导航电文的冗余信息规律，判定载波相位的极性；

第三判定单元，适于若所述导航电文没有通过奇偶校验，则基于所述导航电文的重复性，判定载波相位的极性。

9.一种接收机，其特征在于，包括：存储器和处理器；所述存储器适于存储载波相位的极性判定程序，所述极性判定程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的载波相位的极性判定方法的步骤。

10.一种计算机可读介质，其特征在于，存储有载波相位的极性判定程序，所述极性判定程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的载波相位的极性判定方法的步骤。