本申請涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對GNSS接收機在播出形象為測量值進行錯誤檢測和排除的方法。

背景技術(shù)：

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)能夠在全球范圍內(nèi)為用戶提供連續(xù)、實時、全天候的三維位置、速度和時間信息。GNSS在民用領(lǐng)域和軍用領(lǐng)域都有著重要的作用，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、通信、車輛導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、大地測量、野外救援、消費娛樂等諸多領(lǐng)域。

目前，對于載波相位測量值的合理性判別，一般是通過跟蹤環(huán)路的鎖定檢測實現(xiàn)，如檢查相關(guān)器的輸出功率、判斷信號載噪比、判斷相關(guān)器得到的I支路和Q支路幅值是否符合載波環(huán)鎖定的特征等。此類方法存在的主要問題是，錯誤檢測速度較慢且只能識別粗大誤差，難以滿足接收機速度測量精度要求。載波相位測量值用于計算接收機速度，10Hz的載波相位測量誤差可能會帶來約為2m/s的速度誤差，而接收機速度精度指標(biāo)通常不會超過0.5m/s。通過跟蹤環(huán)路的鎖定檢測無法及時識別出如此小量級的載波相位測量值錯誤從而導(dǎo)致接收機速度測量值超差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種GNSS接收機載波相位測量值錯誤檢測方法，目的是提出一種快速有效的方法，解決傳統(tǒng)方法不能直接對載波相位值進行檢測、錯誤識別精度低的問題。

本申請實施例提供一種GNSS接收機載波相位測量值錯誤檢測方法，包括以下步驟：

接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，提取衛(wèi)星觀測量，包括衛(wèi)星載波相位測量值；

對所述衛(wèi)星觀測量進行定位解算，得到接收機位置、衛(wèi)星位置、接收機速度、鐘漂；

根據(jù)所述衛(wèi)星載波相位測量值、接收機位置、衛(wèi)星位置、接收機速度，計算接收機外部晶振頻率值；

對參與定位的衛(wèi)星，計算接收機外部晶振頻率值和接收機外部晶振頻率標(biāo)稱值的差異，作為衛(wèi)星檢驗量，用于判別衛(wèi)星載波相位測量值是否正確。

優(yōu)選地，還包括以下步驟：

對參與定位的多顆衛(wèi)星分別計算衛(wèi)星檢驗量；

根據(jù)接收機速度測量值精度確定門限值；

判斷所述衛(wèi)星檢驗量的最大值和最小值的差是否大于門限值；如果大于門限值，則判定衛(wèi)星載波相位測量值出現(xiàn)錯誤。

進一步優(yōu)選地，包括以下步驟：

計算參與定位的每一顆衛(wèi)星的速度解算殘差；

判定所述速度解算殘差值最大或最小的衛(wèi)星，為載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星。

作為本發(fā)明方法進一步優(yōu)化的實施例，還包括以下步驟：

對所述載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星進行處理，包括

排除所述載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星，重新進行定位解算，或

放棄本次定位解算，對所述載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星，重新提取衛(wèi)星觀測量。

本申請實施例采用的上述至少一個技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：本發(fā)明提出的載波相位測量值錯誤檢測和排除的檢測量均來自于接收機數(shù)字基帶處理過程中所用到的變量或其經(jīng)過簡單計算得到，簡便易行，具有較強的可實施性和實用價值；本發(fā)明提出的方法與傳統(tǒng)方法相比，在不明顯增加實現(xiàn)復(fù)雜度的情況下，在檢測精度和檢測速度上均有所提高；本發(fā)明提出的方法適用于多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅僅適用于單GPS、單BD等單導(dǎo)航系統(tǒng)接收機，同樣適用于接收多導(dǎo)航系統(tǒng)的多模接收機。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明方法適用的接收機處理架構(gòu)；

圖2為本發(fā)明方法的實施例流程圖。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本申請具體實施例及相應(yīng)的附圖對本申請技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本申請各實施例提供的技術(shù)方案。

圖1為本發(fā)明方法適用的接收機處理架構(gòu)。GNSS接收機一般由天線、射頻前端、數(shù)字基帶處理和通訊接口四部分組成，如圖1所示。天線完成對空間衛(wèi)星導(dǎo)航射頻信號的接收。射頻前端主要包括放大、濾波、本振、混頻、AGC、ADC等單元，輸出數(shù)字中頻信號。數(shù)字基帶處理主要完成導(dǎo)航信號的捕獲跟蹤、解擴解調(diào)、原始觀測量提取、定位解算等得到用戶的實時位置、速度和時間信息。通訊接口主要完成外部指令的接收和測量信息的輸出。

接收機利用跟蹤環(huán)路得到的原始觀測量包括電文、偽距、載波相位測量值等進行定位解算。跟蹤環(huán)路包括載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)。碼跟蹤環(huán)根據(jù)本地復(fù)制偽碼的參數(shù)得到衛(wèi)星信號的碼相位和偽距測量值，載波跟蹤環(huán)根據(jù)本地復(fù)制載波信號的參數(shù)得到衛(wèi)星信號的多普勒頻移和載波相位測量值。

當(dāng)載波跟蹤環(huán)處于鎖定狀態(tài)時，多普勒頻移測量值f_d由下式得到：

f_d＝f_track-f_ref 公式1

其中，f_track為載波跟蹤環(huán)本地復(fù)制的中頻載波頻率，f_ref為接收機參考中頻載波頻率。

以米為單位的載波相位測量值φ即為積分多普勒，是多普勒頻移對時間的積分：

其中，t_k、t_k+1表示相鄰的觀測歷元，λ表示衛(wèi)星信號載波波長，N_carr表示從t_k到t_k+1由載波環(huán)載波NCO得到的載波周期計數(shù)，Δt＝t_k+1-t_k。

衛(wèi)星信號載波波長λ為常量。接收機參考中頻載波頻率f_ref和相鄰觀測歷元間隔Δt由接收機設(shè)計情況決定，均為固定值。因此，對載波相位測量值φ的合理性判別等同于對載波周期計數(shù)N_carr的合理性判別。

圖2為本發(fā)明方法的實施例流程圖。本申請實施例提供一種GNSS接收機載波相位測量值錯誤檢測方法，包括以下步驟：

步驟10、接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，提取衛(wèi)星觀測量，包括衛(wèi)星載波相位測量值；接收機提取N顆星的觀測量信息，如電文、偽距、載波相位值等。

步驟20、對所述衛(wèi)星觀測量進行定位解算，得到接收機位置、衛(wèi)星位置、接收機速度、鐘漂。

其中，定位解算可采用現(xiàn)有的最小二乘法、卡爾曼濾波法，但并不局限于此兩種方法。

例如，對N顆星進行定位解算，得到t_k時刻接收機位置(x^u，y^u，z^u)、速度鐘差鐘漂和衛(wèi)星位置t_k+1時刻衛(wèi)星位置

步驟30、根據(jù)所述衛(wèi)星載波相位測量值、接收機位置、衛(wèi)星位置、接收機速度，計算接收機外部晶振頻率值。

對步驟30的解釋：根據(jù)每顆星的載波相位測量值可以推算本振頻率，根據(jù)外部晶振頻率和本振頻率的固定數(shù)學(xué)關(guān)系，可以推算外部晶振頻率。

例如，計算t_k時刻接收機與衛(wèi)星j距離為：

t_k+1時刻接收機與衛(wèi)星j距離為：

其中，Δt＝t_k+1-t_k。

計算t_k時刻參與定位的衛(wèi)星j多普勒

根據(jù)載波周期計數(shù)推算本振頻率

其中，f_c表示衛(wèi)星信號的載波頻率設(shè)計值，表示從t_k-1到t_k時刻接收機中頻載波周期計數(shù)。

根據(jù)本振頻率得到外部晶振頻率

其中，f_lo表示接收機本振單元本振頻率設(shè)計值，f_xtal表示接收機外部晶振頻率標(biāo)稱值。

步驟40、對參與定位的衛(wèi)星，計算接收機外部晶振頻率值和接收機外部晶振頻率標(biāo)稱值的差異，作為衛(wèi)星檢驗量，用于判別衛(wèi)星載波相位測量值是否正確。

例如，設(shè)檢驗量x_j，表示為與f_xtal的差值：

由于所有衛(wèi)星共用同一個外部晶振，通過檢驗量可初步判斷是否存在異常衛(wèi)星。作為優(yōu)選方案，可以根據(jù)每顆星計算的外部晶振頻率值的一致性來判斷是否有衛(wèi)星的載波相位測量值出錯。因此，作為本發(fā)明優(yōu)化的實施例。還包括以下步驟50～70：

步驟50、對參與定位的多顆衛(wèi)星分別計算衛(wèi)星檢驗量；

重復(fù)步驟10～50，計算所有參與定位的衛(wèi)星的檢驗量x_j，j∈[1，N]。

步驟60、根據(jù)接收機速度測量值精度確定門限值；

門限值在接收機速度測量精度要求的基礎(chǔ)上設(shè)定，例如，接收機速度測量值精度要求為v_T，則門限值x_T可設(shè)為：

步驟70、判斷所述衛(wèi)星檢驗量的最大值和最小值的差是否大于門限值；如果大于門限值，則判定衛(wèi)星載波相位測量值出現(xiàn)錯誤。

例如，對載波相位測量值進行錯誤檢測，根據(jù)接收機速度測量值精度要求，確定門限值為x_T，若滿足

則判定載波相位測量值出現(xiàn)錯誤，否則判定載波相位測量值正確。

需要說明的是，使用x_j進行錯誤檢測是由于x_j與速度測量值精度要求有直接的數(shù)學(xué)關(guān)系，便于設(shè)定x_j門限值x_T進行錯誤檢測。進一步地，利用最小二乘法得到速度解算殘差進行錯誤識別具有更高的識別可靠性，因此，作為本發(fā)明進一步優(yōu)選的實施例，還包含步驟80。

步驟80、計算參與定位的每一顆衛(wèi)星的速度解算殘差；利用最小二乘殘差法，計算每顆星的速度解算殘差值，判定所述速度解算殘差值最大或最小的衛(wèi)星，為載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星。具體計算方法為：

計算t_k時刻衛(wèi)星速度

其中表示地球自轉(zhuǎn)角速度，為常量。

根據(jù)最小二乘殘差法，計算參與定位衛(wèi)星j速度解算殘差

對載波相位測量值進行錯誤排除，若步驟70判定載波相位出現(xiàn)錯誤，則出現(xiàn)錯誤的載波相位測量值對應(yīng)的衛(wèi)星速度解算殘差為或

最佳地，本發(fā)明還包括以下步驟：

步驟90、對所述載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星進行處理，包括：排除所述載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星，重新進行定位解算，或：放棄本次定位解算，對所述載波相位測量值出現(xiàn)錯誤的衛(wèi)星，重新提取衛(wèi)星觀測量。

需要說明，故障檢測和排除需要足夠的信息量才能保證其準(zhǔn)確性與可用性，因此，一般約定參與定位衛(wèi)星顆數(shù)N≥6。另外，當(dāng)出現(xiàn)載波相位錯誤的衛(wèi)星數(shù)N≥2時，本方法可能會出現(xiàn)無法正確識別錯誤衛(wèi)星，而錯誤檢測則不受此限制。

還需要說明的是，本方法中錯誤檢測和錯誤識別的含義不同。步驟40～70是錯誤檢測，目的是確定N顆衛(wèi)星中是否有錯誤；步驟80是用最小二乘法進行錯誤識別，目的是定位到具體出錯誤的衛(wèi)星。錯誤檢測的檢驗量為xj，而錯誤識別是取的最大值和最小值對應(yīng)的衛(wèi)星。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。