CN112904380A - 一种卫星导航动态多路径实时改正方法、装置及计算设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种卫星导航动态多路径实时改正方法、装置及计算设备，其中该方法，包括：接收当前恒星日历通过车载导航定位系统实时采集的第一卫星信号；基于上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，利用周日重复性匹配得到第一卫星信号对应的多路径误差改正值；基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的第一卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值；以及存储当前恒星日历的多个位置在多个时刻的第一卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，以确定下一恒星日历实时采集的第三卫星信号对应的多路径误差改正值。该方法提高了计算效率。

Description

一种卫星导航动态多路径实时改正方法、装置及计算设备
技术领域
本申请涉及全球卫星导航技术领域，尤其涉及一种卫星导航动态多路径实时改正方法、装置及计算设备。
背景技术
全球卫星导航系统能为全球用户提供全天候、连续实时、高精度的三维位置与三维速度信息，具有误差不随时间累积等优点。但其也具有自主性差，容易受到干扰，在有遮挡应用环境下精度差，接收机数据更新频率低等缺点，难以满足复杂环境下实时导航的要求。
在城市环境中，由于受到高楼、立交桥和树木等影响，卫星信号受到多次反射，因此多路径误差是一个无法忽视的误差来源。
由于多路径误差没有办法通过差分等常规的办法进行消除或减弱。相关技术中，消除多路径误差的方法一般采用信号后处理的方法：即采用基于信噪比、小波滤波或者自适应滤波等算法来减弱伪距残差和伪距率残差中存在的多路径误差。这些处理方法，计算效率和定位性能有待提高。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种卫星导航动态多路径实时改正方法、装置及计算设备。
第一方面，本申请提供了一种卫星导航动态多路径实时改正方法，包括：接收当前恒星日历通过车载导航定位系统实时采集的第一卫星信号；基于上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，利用周日重复性匹配得到第一卫星信号对应的多路径误差改正值；基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的第一卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值；以及存储当前恒星日历的多个位置在多个时刻的第一卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，以确定下一恒星日历实时采集的第三卫星信号对应的多路径误差改正值。
在某些实施例中，上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号通过一个或多个车载导航定位系统采集得到。
在某些实施例中，通过一种多路径解算模型或多种多路径解算模型的组合，解算多个位置在多个时刻的多路径误差改正值。
在某些实施例中，该方法还包括：发送第一卫星信号对应的多路径误差改正值，以在车载导航定位系统处被接收。
在某些实施例中，当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的第一卫星信号，由一个或多个车载导航定位系统采集得到。
在某些实施例中，该方法还包括：对第一卫星信号进行编码，以区分每个位置在每个时刻的数据，其中，存储的对应关系为第一卫星信号的编码与其多路径误差改正值的对应关系。
第二方面，本申请提供了一种计算设备，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；计算机程序被处理器执行时实现卫星导航动态多路径实时改正方法的步骤。
第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有卫星导航动态多路径实时改正程序，该卫星导航动态多路径实时改正程序被处理器执行时实现如上述任意卫星导航动态多路径实时改正方法的步骤。
第四方面，本申请提供了一种卫星导航动态多路径实时改正装置，包括：接收模块，用于接收当前恒星日历通过车载导航定位系统实时采集的第一卫星信号；存储模块，用于存储上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系；解算模块，用于基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的第一卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值，并通过所述存储模块存储；匹配模块，用于基于上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，利用周日重复性匹配得到第一卫星信号对应的多路径误差改正值。
在某些实施例中，该装置还包括：发送模块，用于发送第一卫星信号对应的多路径误差改正值，以在车载导航定位系统处被接收。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该方法，实现了快速确定多路径误差改正值，然后改正当前的定位精度。解决了当前卫星导航定位精度的不足，现有多路径信号修正模型的计算效率和定位性能有待提高等技术问题。其中，通过基于上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，利用周日重复性匹配得到第一卫星信号对应的多路径误差改正值，从而对当前观测数据进行多路径误差改正，通过改正误差，提高当前卫星信号定位精度；基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的第一卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值；以及存储当前恒星日历的多个位置在多个时刻的第一卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，以确定下一恒星日历实时采集的第三卫星信号对应的多路径误差改正值，从而预测并削弱下一恒星日历所采集的第三卫星信号中包含的多路径误差。通过对下一时刻卫星信号的初步状态估计(即状态的先验估计)以及测量得出的反馈相结合，最终得到下一时刻较为准确的状态估计，从而提高观测精度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的卫星导航动态多路径实时改正系统一种实施方式的硬件示意图；
图2为本申请实施例的卫星导航动态多路径实时改正方法一种实施方式的流程图；
图3为本申请实施例的卫星导航动态多路径实时改正程序一种实施方式的结构框图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
图1为本申请实施例的卫星导航动态多路径实时改正系统一种实施方式的硬件示意图，如图1所示，该系统包括车载导航系统10、卫星导航定位系统20和计算设备30。
在某些实施例中，多个车载导航系统10分布在城市道路各个位置，图1中为1至n。多个车载导航系统10可包括车载导航终端、具有卫星导航定位装置的智能手机等，本实施例对此不做限定。分布在城市道路各个位置的多个车载导航系统10，可采集多个位置在多个时刻的卫星信号。车载导航系统10在移动过程中可采集多个位置的卫星信号。车载导航系统10在静止状态下，可采集所在位置多个时刻的卫星信号。多个车载导航系统10在经过同一位置时，可采集该位置不同时刻的卫星信号。
在某些实施例中，卫星导航定位系统20可包括：中国的北斗系统、美国的GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧洲的GALILEO系统，以及本申请的申请日之后新的卫星导航系统，本实施例对此不做限定。
在某些实施例中，计算设备30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；计算机程序被处理器执行时一些方法的步骤。计算设备30可包括服务器或者分布式计算系统，本实施例对此不做限定。计算设备30可包括数据库系统31，或者与数据库系统31通信连接，以读取数据库系统31存储的数据，或者向数据库系统31中写入数据。
在本实施例中，基于如图1所示的系统对本申请实施例的卫星导航动态多路径实时改正方法进行说明。
图2为本申请实施例的卫星导航动态多路径实时改正方法一种实施方式的流程图，如图2所示，该方法包括步骤S202至步骤S208。
步骤S202，接收当前恒星日历通过车载导航定位系统实时采集的卫星信号。
在本申请实施例中，作为示例性说明，卫星信号包含载波、伪码、数据码三个部分。伪码和数据码一起先通过调制而依附在当前正弦波形式的载波上，然后卫星将调制后的载波信号播发出去。接收机用户对接收到的卫星信号进行载波解调和伪码解扩，得到导航电文。导航电文分为三块，第一数据块主要包含卫星时钟和健康状态数据；第二数据块是导航电文的核心部分称为卫星星历，包含了计算卫星运行位置的信息；第三数据块提供全部GPS卫星的星历数据，它是各颗卫星星历的概略形式。
步骤S204，基于上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，利用周日重复性匹配得到当前恒星日历实时采集的卫星信号对应的多路径误差改正值。
在某些实施例中，上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的卫星信号中，同一位置不同时刻的卫星信号可由一个或多个车载导航系统采集得到。
在某些实施例中，每个位置的每个时刻的卫星信号对应于一个多路径误差改正值。该对应关系存储在数据库中。
在某些实施例中，上述步骤S204中，对当前恒星日历实时采集的卫星信号，在当前时刻减去236秒后进行编码，根据上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，筛选出对应编码的多路径误差改正数。
步骤S206，基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值。
在本申请实施例中，可以通过现有技术的方法进行多路径误差改正值确定。在某些实施例中，步骤S206中应用信噪比估计技术对多路径信息的分离与多路径误差的改正。具体的，从观测文件中直接读取每个历元的各个卫星的高度角、方位角、信噪比等信息。由图形化的信噪比数据分析、判断多路径的周期，并通过傅立叶变换算法编程计算每个周期的振幅和初相，再按利用信噪比改正多路径误差的算法编程计算各卫星各历元的相位改正数；应用经验模态分解方法主要过程为将原始文件转化为RINEX格式文件，对载波观通过经验模态分解方法对三维坐标序列进行多尺度分解和重构，提取作为趋势项的多路径模型；并利用多路径效应的周日强相关性特点，对第二天动态坐标进行多路径效应去除，得到削弱多路径效应后的坐标序列。应用扩展卡尔曼滤波方法主要过程为从连续时间系统模型入手推导出卡尔曼模型的动力学状态方程，并给出组合系统的状态方程和观测方程。通过扩展卡尔曼滤波技术来获取多路径信号的各种参数，然后在接收信号中消除多路径信号。
步骤S208，存储当前恒星日历的多个位置在多个时刻的卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，以确定下一恒星日历实时采集的星信号对应的多路径误差改正值。
在某些实施例中，上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的卫星信号通过一个或多个车载导航定位系统采集得到，该多个车载导航定位系统属于不同的用户。
在某些实施例中，通过一种多路径解算模型或多种多路径解算模型的组合，解算多个位置在多个时刻的多路径误差改正值。例如，通过信噪比检核模型、经验模态分解技术、扩展卡尔曼滤波模型的组合，解算多个位置在多个时刻的多路径误差改正值。具体的，可以通过多路径效应的周日重复性和其对周边观测环境的依赖性预判出多路径效应误差的存在，主要在特定卫星、特定时间段上的判断。当多路径效应误差发生改变时，信噪比会相应降低，根据观测值的信噪比降低受多路径效应误差影响的观测值的比例，从而削弱多路径效应误差；利用经验模态分解能反映数据本身的特征，在时域从高频到低频分离，提取多路径效应模型，并对第二天的观测数据进行动态改正，提高动态定位的精度；对卫星信号进行多尺度分解，对多路径效应和随机噪声进行根据小范围多天线系统中多路径对各天线之间伪距测量值的相互影响，可得到削弱多路径效应误差的方法，其主要过程为通过使用扩展卡尔曼滤波技术来获取多路径信号的各种参数，然后在接收信号中消除多路径信号。
在本申请实施例中，步骤S204之后，还发送当前恒星日历实时采集的该卫星信号对应的多路径误差改正值，以在车载导航定位系统处被接收。
在某些实施例中，当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的第一卫星信号，由一个或多个车载导航定位系统采集得到，该多个车载导航定位系统属于不同的用户。
在某些实施例中，该方法还包括：对卫星信号进行编码，以区分每个位置在每个时刻的数据，其中，存储的对应关系为卫星信号的编码与其多路径误差改正值的对应关系。
在某些实施例中，通过mask字符代表被屏蔽/选用的系统，将该值转换为二进制可更直观的看出。八大系统，分别用1，2，4，8，16，32，64，128表示。用二进制表示，刚好可用二进制表示如下，故而可用按位与和按位或对信号进行屏蔽/选用。(mask初始为0 0 0 0 0 00 0代表无系统被选用)。
代表系统 代表字符
0 0 0 0 0 0 0 1 代表GPS系统
0 0 0 0 0 0 1 0 代表GLO系统
0 0 0 0 0 1 0 0 代表GAL系统
0 0 0 0 1 0 0 0 代表QZS系统
0 0 0 1 0 0 0 0 代表CMP系统
0 0 1 0 0 0 0 0 代表IRN系统
0 1 0 0 0 0 0 0 代表SBS系统
1 0 0 0 0 0 0 0 代表选用全部系统
本申请提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有卫星导航动态多路径实时改正程序，该卫星导航动态多路径实时改正程序被处理器执行时实现卫星导航动态多路径实时改正方法的步骤。
图3为本申请实施例的卫星导航动态多路径实时改正程序一种实施方式的结构框图，如图3所示，该程序包括以下模块：
接收模块302，用于接收当前恒星日历通过车载导航定位系统实时采集的卫星信号。
解算模块304，与接收模块302相连，用于基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值。
存储模块306，与结算模块304相连，用于存储上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系；以及用于存储由解算模块304得到的当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系。在某些实施例中，用当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，替换上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系。
匹配模块308，用于基于存储模块306存储的上一个恒星日历的上述对应关系，利用周日重复性匹配得到当前恒星日历实时采集的卫星信号对应的多路径误差改正值。
在某些实施例中，该装置还包括：发送模块310，与匹配模块308相连，用于发送当前恒星日历实时采集的卫星信号对应的多路径误差改正值，以在车载导航定位系统处被接收。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种卫星导航动态多路径实时改正方法，其特征在于，包括：
接收当前恒星日历通过车载导航定位系统实时采集的第一卫星信号；
基于上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，利用周日重复性匹配得到所述第一卫星信号对应的多路径误差改正值；
基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的所述第一卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值；以及
存储当前恒星日历的所述多个位置在所述多个时刻的所述第一卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，以确定下一恒星日历实时采集的第三卫星信号对应的多路径误差改正值。
2.根据权利要求1所述的卫星导航动态多路径实时改正方法，其特征在于，所述上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号通过一个或多个车载导航定位系统采集得到。
3.根据权利要求1所述的卫星导航动态多路径实时改正方法，其特征在于，通过一种多路径解算模型或多种多路径解算模型的组合，解算多个位置在多个时刻的多路径误差改正值。
4.根据权利要求1所述的卫星导航动态多路径实时改正方法，其特征在于，还包括：发送所述第一卫星信号对应的多路径误差改正值，以在所述车载导航定位系统处被接收。
5.根据权利要求1所述的卫星导航动态多路径实时改正方法，其特征在于，所述当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的第一卫星信号，由一个或多个车载导航定位系统采集得到。
6.根据权利要求1所述的卫星导航动态多路径实时改正方法，其特征在于，还包括：对所述第一卫星信号进行编码，以区分每个位置在每个时刻的数据，其中，存储的对应关系为第一卫星信号的编码与其多路径误差改正值的对应关系。
7.一种计算设备，其特征在于，所述计算设备包括：
存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的卫星导航动态多路径实时改正方法的步骤。
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上存储有卫星导航动态多路径实时改正程序，所述卫星导航动态多路径实时改正程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的卫星导航动态多路径实时改正方法的步骤。
9.一种卫星导航动态多路径实时改正装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收当前恒星日历通过车载导航定位系统实时采集的第一卫星信号；
存储模块，用于存储上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系；
解算模块，用于基于当前恒星日历采集的多个位置在多个时刻的所述第一卫星信号，通过多路径解算模型解算对应位置在对应时刻的多路径误差改正值，并通过所述存储模块存储；
匹配模块，用于基于上一个恒星日历的多个位置在多个时刻的第二卫星信号与其多路径误差改正值的对应关系，利用周日重复性匹配得到所述第一卫星信号对应的多路径误差改正值。
10.根据权利要求9所述的卫星导航动态多路径实时改正装置，其特征在于，还包括：发送模块，用于发送所述第一卫星信号对应的多路径误差改正值，以在所述车载导航定位系统处被接收。
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