CN112014862B - 一种载波相位观测数据生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种载波相位观测数据生成方法及装置，涉及卫星导航定位技术领域，方法包括：在接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值，其中每个历元的载波相位测量值是至少根据接收机与卫星的钟差以及理论中频值确定的，理论中频值至少包括整数理论中频值以及小数理论中频值；根据不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据。获取到的不同历元的载波相位测量值是至少考虑了接收机与卫星的钟差以及理论中频值的小数部分和整数部分以及在确定载波相位观测数据时考虑了钟差，所以提高了载波相位观测数据的准确度，提高了定位精度。
Description
技术领域
本申请涉及卫星导航定位技术领域，尤其涉及一种载波相位观测数据生成方法及装置。
背景技术
GNSS(Global Navigation Satellite System)是各种导航系统的统称，包括：GPS、BDS、GLONASS、Galileo等导航系统。随着卫星导航系统的飞速发展，GNSS技术已经在导航、变形监测、定位、授时等多种领域中得到大量的应用。
以GPS为例，现有技术中进行GPS定位的原理为：测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。具体的，在进行定位时，需要GNSS接收机接收信号，并将卫星信号转换为载波相位观测数据，从而进行定位解算。但是现有技术中在进行载波相位观测数据的解算过程中一般是通过将射频信号转换为中频信号来确定的，通过计算得到的载波相位观测数据精度不高，影响定位精度。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种载波相位观测数据生成方法及装置，至少解决了现有技术存在的问题。
一方面，本申请实施例提供一种载波相位观测数据生成方法，包括:
在接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值，其中每个历元的载波相位测量值是至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，所述理论中频值至少包括整数理论中频值以及小数理论中频值；
根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据。
本发明实施例中，获取到的不同历元的载波相位测量值是至少考虑了接收机与卫星的钟差以及理论中频值的小数部分和整数部分，由于各通道锁定卫星的时刻不同，导致各通道载波相位输出时刻不同。因此，在载波相位输出时，需要对理论中频的小数部分进行处理，并且卫星上所安装的原子钟的钟面时与标准时间之间存在误差，所以在确定载波相位观测数据时考虑了钟差，所以提高了载波相位观测数据的准确度，提高了定位精度。
可选的，所述每个历元的载波相位测量值至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，包括：
根据所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值、钟差对应的小数周累加修正值以及理论中频值确定所述每个历元的载波相位测量值。
本发明实施例中，由于接收机在接收射频信号计算载波相位值时，载波相位小数部分有损失，针对载波相位观测数据整数部分和小数部分都需要完成累加计算，提高了载波相位测量计算的准确度。
可选的，所述根据所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值、钟差对应的小数周累加修正值以及理论中频值确定所述每个历元的载波相位测量值，包括：
针对任一个历元，获取所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值；
根据所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值确定相邻历元的本地载波测量值之差；
根据所述相邻历元的本地载波测量值之差、所述接收机的整数理论中频值、所述小数理论中频值、所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值确定所述每个历元的载波相位测量值。
本发明实施例中，载波相位测量值的累加过程增加了钟差补偿、整数理论中频值以及小数理论中频值单独累加的过程，通过相邻历元的本地载波测量值之差、所述接收机的整数理论中频值以及小数理论中频值、所述接收机与所述卫星系统的钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值来确定每个历元的载波相位测量值，考虑到了理论中频的整数累加和小数累加问题，并考虑了钟差对载波相位测量值的影响，提高了载波相位测量值的精度，进而提高了定位精度。
可选的，所述根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据，包括：
根据所述不同历元的载波相位测量值以及所述接收机与所述卫星进行同步时所述接收机与所述卫星导航系统之间的伪距确定所述载波相位观测数据。
本发明实施例中，为了便于联合定位计算以及数据的通用性，将接收机与卫星导航系统进行同步时接收机与卫星导航系统之间的伪距加入到载波相位观测值的计算过程中。
一方面，本申请实施例提供一种载波相位观测数据生成装置，包括：
获取单元，在接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值，其中每个历元的载波相位测量值是至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，所述理论中频值至少包括整数理论中频值以及小数理论中频值；
确定单元，用于根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据。
可选的，所述确定单元还用于：
根据所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值、钟差对应的小数周累加修正值以及理论中频值确定所述每个历元的载波相位测量值。
可选的，所述确定单元用于：
针对任一个历元，获取所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值；
根据所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值确定相邻历元的本地载波测量值之差；
根据所述相邻历元的本地载波测量值之差、所述接收机的整数理论中频值、所述小数理论中频值、所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值确定所述每个历元的载波相位测量值。
可选的，所述确定单元具体用于：
根据所述不同历元的载波相位测量值以及所述接收机与所述卫星进行同步时所述接收机与所述卫星导航系统之间的伪距确定所述载波相位观测数据。
一方面，本申请实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现载波相位观测数据生成方法的步骤。
一方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有可由计算机设备执行的计算机程序，当所述程序在计算机设备上运行时，使得所述计算机设备执行载波相位观测数据生成方法的步骤。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种载波相位观测数据生成方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种接收机处理卫星信号的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种NCO测量示意图；
图4为本申请实施例提供的一种载波相位观测数据生成装置的结构示意图；
图5为申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
为了方便理解，下面对本申请实施例中涉及的名词进行解释。
GNSS：是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的GlONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统，其中GPS作为现有技术惯用的技术，作为本发明实施例的主要适用的技术方法进行阐述。
GPS测量原理：通过GPS天线接收机GPS卫星信号，测量不同天线的相对位置在当地水平坐标系中的表示，并结合天线在载体坐标系中的已知安装关系，确定出载体坐标系相对当地水平坐标系的姿态。
GPS卫星的信号构成：包括载波，即L1载波和L2载波，测距码包括捕获码C/A码和精码P码以及数据码，包括导航电文和D码。
GPS测量技术：一般分为伪距测量技术、载波相位测量技术和多普勒测量技术或者几种技术的组合。
载波相位测量：利用接收机测定载波相位观测值或其差分观测值，经基线向量解算以获得两个同步观测站之间的基线向量坐标差的技术和方法。
伪距测量：由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。
在具体实践过程中，本申请的发明人发现，在载波相位观测数据生成过程中，未考虑理论中频部分的小数累加以及整数累加部分，导致载波相位观测数据存在精度上的问题，进而导致定位精度存在问题。
为了能够解决现有技术中的问题，本申请的发明人在载波相位观测数据确定的过程中加入理论中频的小数累加和整数累加这个因素，具体的，如图1所示，包括：
步骤S101，在接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值，其中每个历元的载波相位测量值是至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，所述理论中频值至少包括整数理论中频值以及小数理论中频值。
具体的，当接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值。在本发明实施例中，历元指的是接收机对卫星的观测时间点，不同的观测时间点接收到了卫星发送的不同的信号，在本发明实施例中，卫星的信号主要包括L1载波以及L2载波。
在本发明实施例中，当接收机一个通道正常跟踪某一颗卫星时，首先将接收机天线接收到的射频信号转换为中频信号，然后再根据中频信号确定每个历元的载波相位测量值，具体过程如图2所示。
射频前端处理是通过天线接收所有可见的GPS卫星的信号，讲过前置滤波器和前置放大器的滤波放大后，再与本地振荡器混频，下变频到中频，最后经过A/D转换器将中频信号转变成离散的时间的数字中频信号。
当射频前端处理完毕后，就需要进行基带数字信号处理，基带数字信号处理的流程是通过射频前端所输出的中频信号，复制出与接收机收到的卫星信号一致的本地载波和本地伪距信号，从而实现对GPS信号的捕获与跟踪，并从中获得GPS伪距和载波相位观测值，以及解调出导航电文。
具体的，在本发明实施例中，载波相位测量生成顺序主要分三部分：1、在TIC采样脉冲下提取相应通道的原始FPGA测量；2、理论中频部分计算；3、钟差部分计算4、TIC间隔差值减去中频部分和钟差部分。
在本发明实施例中，原始FPGA测量是根据接收机中的载波马数控振荡器NCO测量值确定的，如图3所示，在图3中，在不同的历元时刻时，FPGA包括载波整周个数Ki以及载波相位小数值PHi。例如，第一历元有效时，即在捕获到卫星的TIC0有效时，当TIC1有效时，/>cycles1＝K1+1，/>cyclet1＝Δt1；当TIC2有效时：/>cycles2＝K2+1，/>cyclet2＝Δt2。
理论中频值指的是不含多普勒频移和本地时钟误差的载波频率。理论中频在TIC时间间隔内经过的载波周数表示如公式1所示：
IFTIC＝IF×TTIC 公式1
其中，IFTIC在TIC时间间隔内经过的周数，TTIC为TIC时间间隔。由于调整秒操作，TIC的时间间隔TTIC不断进行调整，所以IFTIC是一个带有小数的值。所以，在计算载波相位时，将IFTIC分为整数部分小数部分/>
由于各通道锁定卫星的时刻不同，导致各通道载波相位输出时刻不同。因此，在载波相位输出时，需要对IFTIC小数部分进行处理。具体的处理方法为：在接收机开机后，将每个TIC时刻的小数部分进行累加。在TimeMark有效的情况下，如果某个通道已经正常跟踪某颗卫星，将会判断/>的累加和是否超过某个范围。如果超过指定范围，将/>的累加和减去某个固定值，同时，在已经正常跟踪上卫星的相应通道的整数部分/>加上某个固定值，避免/>的累加和溢出。
在本发明实施例中，钟差部分分为钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值，用cyclet来表示钟差部分对应的整数周累加修正值，用来表示钟差部分对应的小数周累加修正值，针对不同的历元时刻，钟差部分表示为：
当TIC0有效时：
当TIC1有效时：
当TIC2有效时：
在确定了FPGA测量值、理论中频值以及钟差部分的计算值后，可以确定每个历元的载波相位测量值，具体的，在接收机跟踪上卫星时，即第一历元时，载波相位测量值为Y0＝0；第二历元时，载波相位测量值为 第三历元时，载波相位测量值为/>
步骤S102，根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据。
具体的，在获取不同历元的载波相位测量值后，可以根据不同的定位方法对应不同的载波相位观测数据。
一种可选的实施例中，通过不同历元的载波相位测量值的累加，得到载波相位观测数据。具体的，m个TIC内的ΔYm的载波相位测量累计值为公式2所示：
可选的，在本发明实施例中，为了适应不同的定位技术，例如多种定位技术的联合定位，并且适应国际通用数据格式，增强载波相位观测数据的适用性，例如Rinex格式、Rtcm格式，将接收机跟踪到卫星时的伪距加入到载波相位观测数据中，具体如公式3所示：
也就是说，将接收机跟踪到卫星时的伪距加入到载波相位观测数据中作为第一次载波相位累加初值，实现了伪距观测数据保持同步，并将高精度接收机的载波相位观测数据的整数部分和小数部分都进行了累加计算，同时将消除钟差的部分也把整数部分和小数部分分开计算，提高了载波相位观测数据的准确性，并进一步的提高了定位精度。
基于相同的技术构思，本申请实施例提供了一种载波相位观测数据生成装置，如图4所示，该装置400包括：
获取单元401，在接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值，其中每个历元的载波相位测量值是至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，所述理论中频值至少包括整数理论中频值以及小数理论中频值；
确定单元402，用于根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据。
可选的，所述确定单元402还用于：
根据所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值、钟差对应的小数周累加修正值以及理论中频值确定所述每个历元的载波相位测量值。
可选的，所述确定单元402具体用于：
针对任一个历元，获取所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值；
根据所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值确定相邻历元的本地载波测量值之差；
根据所述相邻历元的本地载波测量值之差、所述接收机的整数理论中频值、所述小数理论中频值、所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值确定所述每个历元的载波相位测量值。
可选的，所述确定单元402具体用于：
根据所述不同历元的载波相位测量值以及所述接收机与所述卫星进行同步时所述接收机与所述卫星导航系统之间的伪距确定所述载波相位观测数据。
基于相同的技术构思，本申请实施例提供了一种计算机设备，如图5所示，包括至少一个处理器501，以及与至少一个处理器连接的存储器502，本申请实施例中不限定处理器501与存储器502之间的具体连接介质，图5中处理器501和存储器502之间通过总线连接为例。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
在本申请实施例中，存储器502存储有可被至少一个处理器501执行的指令，至少一个处理器501通过执行存储器502存储的指令，可以执行前述的载波相位观测数据生成方法所包括的步骤。
其中，处理器501是计算机设备的控制中心，可以利用各种接口和线路连接终端设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器502内的指令以及调用存储在存储器502内的数据，从而获得客户端地址。可选的，处理器501可包括一个或多个处理单元，处理器501可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器501中。在一些实施例中，处理器501和存储器502可以在同一芯片上实现，在一些实施例中，它们也可以在独立的芯片上分别实现。
处理器501可以是通用处理器，例如中央处理器(CPU)、数字信号处理器、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列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，可以实现或者执行本申请实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器502作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。存储器502可以包括至少一种类型的存储介质，例如可以包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器、随机访问存储器(Random AccessMemory，RAM)、静态随机访问存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，PROM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、带电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等等。存储器502是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。本申请实施例中的存储器502还可以是电路或者其它任意能够实现存储功能的装置，用于存储程序指令和/或数据。
基于相同的技术构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有可由计算机设备执行的计算机程序，当所述程序在计算机设备上运行时，使得所述计算机设备执行载波相位观测数据生成方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种载波相位观测数据生成方法，其特征在于，所述方法包括：
在接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值，其中每个历元的载波相位测量值是至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，所述理论中频值至少包括整数理论中频值以及小数理论中频值；所述钟差部分分为钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值；
根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个历元的载波相位测量值至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，包括：
根据所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值、钟差对应的小数周累加修正值以及理论中频值确定所述每个历元的载波相位测量值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值、钟差对应的小数周累加修正值以及理论中频值确定所述每个历元的载波相位测量值，包括：
针对任一个历元，获取所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值；
根据所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值确定相邻历元的本地载波测量值之差；
根据所述相邻历元的本地载波测量值之差、所述接收机的整数理论中频值、所述小数理论中频值、所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值确定所述每个历元的载波相位测量值。
4.如权利要求1～3任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据，包括：
根据所述不同历元的载波相位测量值以及所述接收机与所述卫星进行同步时所述接收机与所述卫星导航系统之间的伪距确定所述载波相位观测数据。
5.一种载波相位观测数据生成装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，在接收机跟踪到卫星后，获取不同历元的载波相位测量值，其中每个历元的载波相位测量值是至少根据所述接收机与所述卫星的钟差以及理论中频值确定的，所述理论中频值至少包括整数理论中频值以及小数理论中频值；所述钟差部分分为钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值；
确定单元，用于根据所述不同历元的载波相位测量值，确定载波相位观测数据。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：
根据所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值、钟差对应的小数周累加修正值以及理论中频值确定所述每个历元的载波相位测量值。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：
针对任一个历元，获取所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值；
根据所述历元对应的所述接收机的本地载波测量值以及上一历元对应的所述接收机的本地载波测量值确定相邻历元的本地载波测量值之差；
根据所述相邻历元的本地载波测量值之差、所述接收机的整数理论中频值、所述小数理论中频值、所述接收机与所述卫星的钟差对应的整数周累加修正值以及小数周累加修正值确定所述每个历元的载波相位测量值。
8.如权利要求5～7任一所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：
根据所述不同历元的载波相位测量值以及所述接收机与所述卫星进行同步时所述接收机与所述卫星导航系统之间的伪距确定所述载波相位观测数据。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至4中任一项所述的方法。
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