CN111060936B - 基于信噪比的bds/gnss多路径探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，该方法包括建立BDS的GEO，IGSO和MEO卫星各频率的模板函数，以及建立其他GNSS卫星各频率的模板函数；将所有已建立的模板函数存储于模板函数库中；获取待探测BDS/GNSS观测数据对应的信噪比；构建第一个统计量和第一个阈值，或者同时构建第一个统计量和第一个阈值以及第二个统计量和第二个阈值；进行多路径探测并输出探测结果。与现有技术相比，本发明充分顾及了BDS卫星与其他GNSS卫星的差异性，从而能够利用信噪比准确可靠方便地探测BDS/GNSS多路径的显著性。

Description

基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法

技术领域

本发明涉及卫星导航定位中多路径的探测领域，具体涉及基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法。

背景技术：

在北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)和其他全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)中，其观测值中不可避免的会受到多路径误差的影响。多路径指的是在GNSS测量中，测站附近的遮挡物所反射或衍射的信号如果进入接收机天线，会使观测量偏离真值的现象。显然，多路径误差会对GNSS测量产生负面影响，因此需要通过一定方式进行处理。由于多路径误差通常无法完全直接被消除，因此往往首先需要对其进行探测，然后再对显著的多路径误差进行抑制。

目前，探测BDS/GNSS多路径误差通常有如下方式。首先，可利用伪距多路径组合，其本质上属于一种无几何和无电离层函数模型，然而，伪距多路径组合只能表征伪距多路径的波动变化，且无法知道其多路径的准确误差。其次，可采用双差残差的方法，该方法可以用来评估相位多路径，然而该方法的最大缺陷是仅对短基线有效。最后，可采用信噪比的方式，该方法利用信噪比和多路径之间的关系来探测多路径。该方法相对前两种方法，可准确可靠地探测尤其是相位多路径误差。然而，目前绝大部分的研究主要针对的是以MEO(Medium Earth Orbit)卫星为主的GNSS系统，包括GPS(Global Positioning System)、GLONASS(GLObal Navigation Satellite System)和Galileo等的多路径效应，而BDS系统包括三种不同类型的卫星，即GEO(Geostationary Earth Orbit)卫星、IGSO(InclinedGeosynchronous Satellite Orbit)卫星以及MEO卫星，同时北斗三代卫星用4种甚至更多的频率播发信号，这对探测BDS/GNSS系统的多路径探测带来一定的挑战和难度。

发明内容

本发明的目的在于提供基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，以解决现有技术中导致的在北斗卫星导航系统和其他全球导航卫星系统的观测值会受到多路径误差影响的缺陷。

基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，所述方法包括如下步骤：

获取待观测数据的信噪比；

根据信噪比构建统计量和阈值；

根据预构建的卫星模板函数、统计量以及阈值进行多路径探测得到探测结果。

进一步的，所述模板函数的构建方法包括如下步骤：

获取理想环境状态下各类BDS/GNSS卫星的观测数据的信噪比；

获取卫星高度角，并利用多项式进行估计得到第一类模板函数，如下所示：

式中，

代表第i个频率的信噪比模板值；

代表接收机r和卫星s的高度角；f₁(·)代表多项式，比如三次多项式

其中a₁，a₂和a₃是多项式系数；

以及第二类模板函数，如下所示：

式中，

代表频率i和j之间的信噪比模板值之差，即满足

f₂(·)代表多项式，类似f₁(·)；

对得到的模板函数进行归类。

进一步的，对模板函数进行归类的方法包括如下步骤：

将多项式系数相似或相同的模板函数进行合并；

将不同模板函数存储于模板函数库中。

进一步的，所述统计量包括第一统计量或第二统计量中的一个或多个，所述阈值包括第一阈值或第二阈值中的一个或多个。

进一步的，所述第一统计量的计算方法为：

根据以下公式：

式中，S1代表第一统计量；n代表频率数；SNR_i代表第i个频率的信噪比；

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时观测到的第i个频率的信噪比，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时第i个频率的信噪比模板值。

进一步的，所述第二统计量的计算方法为：

根据以下公式：

其中，i≠j；ΔSNR_ij代表频率i和j之间的信噪比之差，即满足ΔSNR_ij＝SNR_i-SNR_j；

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时观测到的频率i和j之间的信噪比之差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时的频率i和j之间的信噪比模板值之差。

进一步的，所述第一阈值的计算方法为：

根据以下公式：

式中，T1代表第一阈值，α为由用户决定的比例因子，σ_i代表第i个频率的信噪比模板值的标准差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时第i个频率的信噪比模板值的标准差。

进一步的，所述第二阈值的计算方法为：

根据以下公式：

其中，i≠j；T2代表第二阈值，β为由用户决定的比例因子，σ_ij代表频率i和j之间的信噪比模板值之差的标准差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时频率i和j之间的信噪比模板值之差的标准差。

本发明的优点在于：该种基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法：

1.本发明充分顾及了BDS卫星与其他GNSS卫星的差异性，从而能够利用信噪比准确探测BDS/GNSS多路径的显著性；

2.通过充分考虑信噪比与多路径之间的关系，构建的两种统计量和阈值，能够尽最大程度地探测多路径的显著性，增加了该方法的可靠性；

3.与传统的基于伪距多路径组合或是双差残差的方法，基于信噪比的方法可以直接探测相位观测值的多路径误差，因此可操作性更强。

附图说明

图1为本发明中方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：构建卫星模板函数：

建立BDS的GEO，IGSO和MEO卫星各频率的模板函数，以及建立全球定位系统(GPS)卫星各频率的模板函数，需要预先获取理想观测环境下，即不受多路径影响的BDS/GPS观测数据对应的信噪比；

获取卫星高度角，并利用多项式进行估计得到第一类模板函数，如下所示：

式中，

代表第i个频率的信噪比模板值；

代表接收机r和卫星s的高度角；f₁(·)代表多项式，比如三次多项式

其中a₁，a₂和a₃是多项式系数；

以及第二类模板函数，如下所示：

式中，

代表频率i和j之间的信噪比模板值之差，即满足

f₂(·)代表多项式，类似f₁(·)；

步骤二：将模板函数存储于模板函数库中并进行归类：

将多项式系数相似或相同的模板函数进行合并，同时将不同模板函数存储于模板函数库中，并标记其适用的BDS/GPS观测值，以便之后多路径探测时方便调用；

步骤三：获取待观测数据的信噪比：

获取三频BDS和GPS数据所对应的信噪比；

步骤四：根据信噪比构建统计量和阈值；

由于有三频数据，因此需要同时构建两种统计量和两种阈值。

构建的第一统计量的计算方法为：

式中，S1代表第一统计量；n代表频率数；SNR_i代表第i个频率的信噪比；

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时观测到的第i个频率的信噪比，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时第i个频率的信噪比模板值。

构建的第二统计量的计算方法为：

其中，i≠j；ΔSNR_ij代表频率i和j之间的信噪比之差，即满足ΔSNR_ij＝SNR_i-SNR_j；

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时观测到的频率i和j之间的信噪比之差；

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时的频率i和j之间的信噪比模板值之差。

第一阈值如下所示：

式中，T1代表第一阈值，α为由用户决定的比例因子，σ_i代表第i个频率的信噪比模板值的标准差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时第i个频率的信噪比模板值的标准差。

第二阈值的如下所示：

其中，i≠j；T2代表第二阈值，β为由用户决定的比例因子，σ_ij代表频率i和j之间的信噪比模板值之差的标准差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时频率i和j之间的信噪比模板值之差的标准差。

步骤五：进行多路径探测：

结合模板函数，并通过构建好的第一个和第二个统计量以及第一个和第二个阈值，进行多路径探测，并将探测结果显示多路径显著所对应的观测值标记下来。

步骤六：输出探测结果。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取待观测数据的信噪比；

根据信噪比构建统计量和阈值；

根据预构建的卫星模板函数、统计量以及阈值进行多路径探测得到探测结果；

所述模板函数的构建方法包括如下步骤：

获取理想环境状态下各类BDS/GNSS卫星的观测数据的信噪比；

获取卫星高度角，并利用多项式进行估计得到第一类模板函数，如下所示：

式中，

代表第i个频率的信噪比模板值；

代表接收机r，和卫星s的高度角；f₁(·)代表多项式，为三次多项式

其中a₁，a₂和a₃是多项式系数；

以及第二类模板函数，如下所示：

式中，

代表频率i和j之间的信噪比模板值之差，即满足

f₂(·)代表多项式，类似f₁(·)；

对得到的模板函数进行归类。

2.根据权利要求1所述的基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，其特征在于：对模板函数进行归类的方法包括如下步骤：

将多项式系数相似或相同的模板函数进行合并；

将不同模板函数存储于模板函数库中。

3.根据权利要求1所述的基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，其特征在于：所述统计量包括第一统计量或第二统计量中的一个或多个，所述阈值包括第一阈值或第二阈值中的一个或多个。

4.根据权利要求3所述的基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，其特征在于：所述第一统计量的计算方法为：

根据以下公式：

式中，S1代表第一统计量；n代表频率数；SNR_i代表第i个频率的信噪比；

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时观测到的第i个频率的信噪比，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时第i个频率的信噪比模板值。

5.根据权利要求4所述的基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，其特征在于：所述第二统计量的计算方法为：

根据以下公式：

其中，i≠j；ΔSNR_ij代表频率i和j之间的信噪比之差，即满足ΔSNR_ij＝SNR_i-SNR_j；

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时观测到的频率i和j之间的信噪比之差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时的频率i和j之间的信噪比模板值之差。

6.根据权利要求4所述的基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，其特征在于：所述第一阈值的计算方法为：

根据以下公式：

式中，T1代表第一阈值，α为由用户决定的比例因子，σ_i代表第i个频率的信噪比模板值的标准差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时第i个频率的信噪比模板值的标准差。

7.根据权利要求6所述的基于信噪比的BDS/GNSS多路径探测方法，其特征在于：所述第二阈值的计算方法为：

根据以下公式：

其中，i≠j；T2代表第二阈值，β为由用户决定的比例因子，σ_ij代表频率i和j之间的信噪比模板值之差的标准差；因此，

代表在接收机r和卫星s的高度角为θ时频率i和j之间的信噪比模板值之差的标准差。

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