GNSS载波相位差分定位的软件接收机、定位方法技术

本申请提供了一种GNSS载波相位差分定位的软件接收机，包括：信号接收模块，用于接收卫星信号，经数模转换后生成数字信号；信号处理模块，用于对数字信号进行捕获、跟踪前比特同步、跟踪，以获得卫星信号的信号同步参数和信号跟踪结果，信号同步参数包括载波相位、伪码相位和多普勒频率；信息处理模块，用于对信号跟踪结果进行电文解调并提取出电文时间信息；观测量提取模块，跟据信号同步参数和电文时间信息计算卫星信号的原始观测量，根据原始观测量计算对应软件接收机本地提取时间所对应的估计观测量，估计观测量包括伪距、多普勒频率和积分多普勒；定位解算模块，用于根据估计观测量的伪距、多普勒频率和积分多普勒进行载波相位差分定位解算。相位差分定位解算。相位差分定位解算。

【技术实现步骤摘要】
GNSS载波相位差分定位的软件接收机、定位方法


[0001]本说明书一般涉及导航定位
，尤其涉及一种GNSS载波相位差分定位的软件接收机及定位方法。

技术介绍

[0002]全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)不断发展，已经形成美国的全球定位系统GPS、中国的北斗导航系统BDS、俄罗斯的格洛纳斯GLONASS、欧洲的伽利略Galileo、日本的准天顶卫星导航系统QZSS、印度的区域卫星导航系统IRNSS等六个导航系统。各卫星导航系统仍不断演进，在原有信号体制上推陈出新，发布新的导航信号频率及制式；同时卫星导航技术的服务领域不断扩大，对高精度定位的需求越来越高，要求GNSS接收机具备差分定位或精密单点定位的能力。这些新的需求都迫使GNSS接收机升级算法来增加功能，提升性能，但是传统的硬件接收机受到滤波带宽、采样率、中断机制等要素的限制，设计专一性强，扩展性较差，导致开发周期不确定，研发成本不可控。
[0003]GNSS软件接收机是一种基于软件无线电思想的接收机，对比传统的硬件接收机具有更灵活的开发扩展性和更高效的开发迭代能力。GNSS软件接收机能够将基带信号处理、原始观测量生成、定位解算、差分定位等模块全部由软件实现，使用C/C++语言开发，运行在计算机(Personal Computer)平台上，克服硬件接收机使用硬件架构扩展性不足的问题，能够有效的把控开发周期和成本。
[0004]GNSS软件接收机需要使用GNSS天线和射频前端完成射频模拟信号到数字中频信号的变换工作。信号变换后使用中频数据采集卡采集数字信号，采集数据存储到硬盘中，再由软件接收机完成基带信号处理、原始观测量的生成、定位解算等。
[0005]载波相位差分定位技术是一种高精度的定位技术，它是建立在处理两个接收机的载波相位测量值的基础上的。为了区别两个接收机，其中一个接收机称为基准站，另一个称为用户接收机。载波相位差分定位需要获得基准站的观测信息，通过对用户接收机和基准站的载波相位测量值差分组合来消除观测值中的测量误差，差分组合有单差、双差、三差等三种模型。载波相位差分定位的精度很高，精度能够达到厘米级。
[0006]目前，大多数软件接收机的技术方案，在原始观测量的生成上，只集中关注伪距的质量，而对载波相位的质量未有深入研究；部分技术方案具备载波相位生成和差分的能力，但是能够使用的载波相位数量较少，定位精度达到厘米级的成功率低。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中的技术问题，本申请提供了一种GNSS载波相位差分定位的软件接收机，具备载波相位差分定位能力，静态下定位精度达到厘米级。
[0008]本申请的一实施例中公开了一种GNSS载波相位差分定位的软件接收机，包括：
[0009]信号接收模块，用于接收卫星信号，经数模转换后生成数字信号；
[0010]信号处理模块，用于对所述数字信号进行捕获、跟踪前比特同步、跟踪，以获得所
述卫星信号的信号同步参数和信号跟踪结果，所述信号同步参数包括载波相位、伪码相位和多普勒频率；
[0011]信息处理模块，用于对所述信号跟踪结果进行电文解调并提取出电文时间信息；
[0012]观测量提取模块，跟据所述信号同步参数和所述电文时间信息计算所述卫星信号的原始观测量，根据所述卫星信号的原始观测量通过内插算法计算所述软件接收机本地提取时间所对应的估计观测量，所述估计观测量包括伪距、多普勒频率和积分多普勒；
[0013]定位解算模块，用于根据所述估计观测量的伪距、多普勒频率和积分多普勒进行载波相位差分定位解算。
[0014]在一个优选例中，所述软件接收机为多模导航软件接收机，所述信号接收模块用于接收多模卫星信号，按卫星信号频点分路数模转换后生成多路数字信号。
[0015]在一个优选例中，所述信号处理模块进一步包括：
[0016]捕获模块，用于采用并行码相位的捕获算法对所述数字信号进行捕获，获得伪码相位的粗略估计值和多普勒频率的粗略估计值；
[0017]跟踪前比特同步模块，用于采用频率估计算法联合最大似然估计算法对所述数字信号进行跟踪前比特同步，以获得所述数字信号的比特边界；
[0018]跟踪模块，用于根据所述的伪码相位的估计值、多普勒频率的粗略估计值生成相干积分，以获得所述信号同步参数和信号跟踪结果。
[0019]在一个优选例中，所述跟踪前比特同步模块还用于判断跟踪前比特同步是否成功，若成功，则跟踪模块进行一个比特周期的相干积分获得超前路、即时路和滞后路三路相关累加值，若不成功，则跟踪模块进行一个伪码周期的相干积分以获得超前路、即时路和滞后路三路相关累加值。
[0020]在一个优选例中，所述卫星信号包括GPS L1频点和/或北斗B1I频点，其中，当跟踪前比特同步成功时，所述GPS L1频点和/或北斗B1I频点采用的积分时间为20ms；当跟踪前比特同步不成功时，所述GPS L1频点和/或北斗B1I频点采用的积分时间为1ms。
[0021]在一个优选例中，当跟踪前比特同步不成功时，在跟踪过程中根据最大似然估计算法完成比特同步，以获得所述数字信号的比特边界，并由进行一个伪码周期的相干积分改为进行一个比特周期的相干积分。
[0022]在一个优选例中，所述观测量提取模块进一步用于：
[0023]根据所述信号同步参数和所述电文时间信息计算每个伪码周期开始时刻和每个伪码周期开始时刻对应的原始观测量，根据内插算法推算所述软件接收机本地提取时间所对应的所述估计观测量，其中，所述本地提取时间为选定的估计观测量提取生成时刻，其中，所述内插算法包括：
[0024]根据所述本地提取时间确定两个伪码周期开始时刻，该两个伪码周期开始时刻分别为和所述本地提取时间最为接近的之前和之后的伪码周期开始时刻；以及
[0025]根据该两个伪码周期开始时刻对应的原始观测量内插得到所述本地提取时间对应的估计观测量。
[0026]在一个优选例中，所述观测量提取模块进一步用于：
[0027]通过信号质量判据来判别原始观测量的质量，从而判别所述估计观测量的质量，所述信号质量判据通过鉴相器输出的相位误差统计值、信号能量参数以及载噪比获得；
[0028]其中，所述鉴相器为所述跟踪模块中的载波相位鉴别器，用于鉴别跟踪模块输入信号与输出信号之间相位差异，所述相位误差统计值通过所述鉴相器输出的相位差异绝对值的期望和最大值获得；
[0029]所述信号能量参数通过所述跟踪模块输出的相干积分获得。
[0030]在一个优选例中，将根据内插算法推算得到的所述估计观测量生成时刻的伪距、多普勒频率及积分多普勒进行组帧，并写入原始观测量文件。
[0031]本申请的另一实施例中还公开了一种基于GNSS载波相位差分定位的软件接收机的定位方法包括：
[0032]接收多模卫星信号，按照信号频点分路输入并经数模转换后生成多路数字信号；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GNSS载波相位差分定位的软件接收机，其特征在于，包括：信号接收模块，用于接收卫星信号，经数模转换后生成数字信号；信号处理模块，用于对所述数字信号进行捕获、跟踪前比特同步、跟踪，以获得所述卫星信号的信号同步参数和信号跟踪结果，所述信号同步参数包括载波相位、伪码相位和多普勒频率；信息处理模块，用于对所述信号跟踪结果进行电文解调并提取出电文时间信息；观测量提取模块，跟据所述信号同步参数和所述电文时间信息计算所述卫星信号的原始观测量，根据所述卫星信号的原始观测量通过内插算法计算所述软件接收机本地提取时间所对应的估计观测量，所述估计观测量包括伪距、多普勒频率和积分多普勒；定位解算模块，用于根据所述估计观测量的伪距、多普勒频率和积分多普勒进行载波相位差分定位解算。2.如权利要求1所述的软件接收机，其特征在于，所述软件接收机为多模导航软件接收机，所述信号接收模块用于接收多模卫星信号，按卫星信号频点分路数模转换后生成多路数字信号。3.如权利要求1所述的软件接收机，其特征在于，所述信号处理模块进一步包括：捕获模块，用于采用并行码相位的捕获算法对所述数字信号进行捕获，获得伪码相位的粗略估计值和多普勒频率的粗略估计值；跟踪前比特同步模块，用于采用频率估计算法联合最大似然估计算法对所述数字信号进行跟踪前比特同步，以获得所述数字信号的比特边界；跟踪模块，用于根据所述的伪码相位的估计值、多普勒频率的粗略估计值生成相干积分，以获得所述信号同步参数和信号跟踪结果。4.如权利要求3所述的软件接收机，其特征在于，所述跟踪前比特同步模块还用于判断跟踪前比特同步是否成功，若成功，则跟踪模块进行一个比特周期的相干积分获得超前路、即时路和滞后路三路相关累加值，若不成功，则跟踪模块进行一个伪码周期的相干积分以获得超前路、即时路和滞后路三路相关累加值。5.如权利要求4所述的软件接收机，其特征在于，所述卫星信号包括GPS L1频点和/或北斗B1I频点，其中，当跟踪前比特同步成功时，所述GPS L1频点和/或北斗B1I频点采用的积分时间为20ms；当跟踪前比特同步不成功时，所述GPS L1频点和/或北斗B1I频点采用的积分时间为1ms。6.如权利要求4所述的软件接收机，其特征在于，当跟踪前比特同步不成功时，在跟踪过程中根据最大似然估计算法完成比特同步，以获得所述数字信号的比特边界，并由进行一个伪码周期的相干积分改为进行一个比特周期的相干积分。7.如权利要求3所述的软件接收机，其特征在于，所述观测量提取模块进一步用于：根据所述信号同步参数和所述电文时间信息计算每个伪码周期开始时刻和每个伪码周期开始时刻对应的原始观测量，根据内插算法推算所述软件接收机本地提取时间所对应的所述估计观测量，其中，所述本地提取时间为选定的估计观测量提取生成时刻，其中，所述内插算法包括：根据所述本地提取时间确定两个伪码周期开始时刻，该两个伪码周期开始时刻分别为和所述本地提取时间最为接近的之前和之后的伪码周期开始时刻；以及
根据该两个伪码周期开始时刻对应的原始观测量内插得到所述本地提取时间对应的估计观测量。8.如权利要求3所述的软件接收机，其特征在于，所述观测量提取模块进一步用于：通过信号质量判据来判别原始观测量的质量，从而判别所述估计观测量的质量，所述信号质量判据通过鉴相器输出的相位误差统计值、信号能量参数以及载噪比获得；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：武博强，王勇松，蔡智杰，张希，孙浪浪，邱模波，
申请(专利权)人：千寻位置网络有限公司，
类型：发明
国别省市：