一種衛(wèi)星定位完好性檢測裝置及其算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于GNSS組合定位技術(shù)，涉及MEMS傳感器輔助GNSS導(dǎo)航的算法，尤其涉及一種衛(wèi)星定位完好性檢測裝置及其算法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在市場上流通的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)，可以在大多數(shù)地面環(huán)境中提供良好的定位效果。但當(dāng)接收機(jī)進(jìn)入衛(wèi)星信號衰減變形嚴(yán)重的環(huán)境中(如森林環(huán)境、城市密集區(qū)、峽谷地帶)，接收機(jī)合成的衛(wèi)星測量值數(shù)目會(huì)減少，且可能存在比較大的誤差，從而導(dǎo)致接收機(jī)無法給出定位結(jié)果，或者解算的定位結(jié)果不準(zhǔn)確。為了保證接收機(jī)在衛(wèi)星信號狀況較差的情況下仍能具備較好的定位精度，可以在接收機(jī)模塊中集成MEMS傳感器，用于向接收機(jī)的定位解算程序提供輔助信息。
[0003]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在這個(gè)基礎(chǔ)上，構(gòu)造和開發(fā)出一種新的定位完好性判斷算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種衛(wèi)星定位完好性檢測裝置及其算法，以使接收機(jī)能識(shí)別出錯(cuò)誤的定位結(jié)果并加以排除，從而提供完好的定位結(jié)果，提升客戶體驗(yàn)。
[0005]在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述技術(shù)方案包括:一種衛(wèi)星定位完好性檢測的算法，該算法包括以下步驟:
[0006]步驟1:對氣壓計(jì)所輸出的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和緩存，并檢測其是否存在突變，如果存在突變，則不使用高度輔助，直接進(jìn)入普通定位解算；
[0007]步驟2:加入高度輔助算式進(jìn)行定位解算，完成后統(tǒng)計(jì)高度輔助算式對應(yīng)測量值殘差的大小，與所有測量值殘差的平方和；
[0008]步驟3:對可用衛(wèi)星數(shù)目加以統(tǒng)計(jì)，僅當(dāng)可用衛(wèi)星數(shù)目至少可滿足獨(dú)立定位要求時(shí)，進(jìn)行下一步檢測；
[0009]步驟4:將高度輔助算式對應(yīng)的測量值殘差，和所有測量值殘差平方和，與相應(yīng)的閾值進(jìn)行比對，完成定位完好性判斷，實(shí)現(xiàn)判斷衛(wèi)星信號遮擋狀況。
[0010]進(jìn)一步地，步驟I中所述的對氣壓計(jì)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和緩存，主要是將氣壓計(jì)輸出的氣壓值轉(zhuǎn)換為接收機(jī)所處位置的高度值，并加以緩存。
[0011]進(jìn)一步地，步驟I中所述的檢測氣壓計(jì)所輸出的測量數(shù)據(jù)是否存在突變，主要是將其與前一測量歷元的測量值作差，并將該差值與某一閾值Tb進(jìn)行比較，如果存在突變，則不使用高度輔助，直接進(jìn)入普通定位解算。
[0012]進(jìn)一步地，閾值Tb的數(shù)值選取，可以是對MEMS氣壓計(jì)對應(yīng)的平穩(wěn)測量值噪聲σ b進(jìn)行按比例放大。
[0013]進(jìn)一步地，所述定位解算的方法是最小二乘法或者其他算法。
[0014]進(jìn)一步地，步驟4中所述的判斷衛(wèi)星信號遮擋狀況的方法，具體如下:
[0015]如果高度變化的殘差超過一定閾值，則提示接收機(jī)定位精度較差，不予輸出；
[0016]如果高度變化的殘差在允許范圍內(nèi)，但整體殘差平方和超過一定閾值，則提示接收機(jī)定位精度較差，不予輸出；
[0017]如果殘差均在允許范圍內(nèi)，則提示接收機(jī)定位精度良好。
[0018]—種衛(wèi)星定位完好性檢測的裝置，所述裝置包括多模天線102、射頻信號處理模塊103、數(shù)字信號處理模塊104、氣壓計(jì)105、定位解算模塊106以及定位完好性檢測模塊107構(gòu)成，所述多模天線102與射頻信號處理模塊103連接，所述射頻信號處理模塊103輸出端與數(shù)字信號處理模塊104連接，所述數(shù)字信號處理模塊104輸出端與定位解算模塊106連接，所述氣壓計(jì)105輸出端與定位解算模塊106連接，所述氣壓計(jì)105輸出端、定位解算模塊106輸出端與定位完好性檢測模塊107連接。
[0019]進(jìn)一步地，多模天線，負(fù)責(zé)接收來自衛(wèi)星星座發(fā)出的射頻信號，并將其傳遞給射頻信號處理模塊；
[0020]射頻信號處理模塊，將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號，并送至數(shù)字信號處理模塊；
[0021]數(shù)字信號處理模塊，負(fù)責(zé)對中頻信號進(jìn)行捕獲和跟蹤，解調(diào)得到測量值和導(dǎo)航電文；
[0022]定位解算模塊，負(fù)責(zé)對衛(wèi)星測量值以及里程計(jì)輸出的信息進(jìn)行處理，并計(jì)算得到當(dāng)前接收機(jī)的位置、速度和時(shí)間信息；
[0023]氣壓計(jì)，獨(dú)立于GNSS接收機(jī)的狀態(tài)工作，并實(shí)時(shí)向接收機(jī)提供當(dāng)前的氣壓信息；
[0024]定位完好性檢測模塊，結(jié)合接收機(jī)在定位結(jié)算過程中得到的定位結(jié)果及測量值殘差等信息，給出接收機(jī)的定位結(jié)果是否良好的判斷。
[0025]進(jìn)一步地，所述氣壓計(jì)為MEMS氣壓計(jì)。
[0026]進(jìn)一步地，所述多模天線接收來自多個(gè)GNSS衛(wèi)星星座101的射頻信號。
[0027]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種衛(wèi)星定位完好性檢測裝置及其算法，本發(fā)明在衛(wèi)星信號接收機(jī)模塊中集成MEMS氣壓計(jì)，用于向接收機(jī)的定位解算程序提供輔助信息，MEMS氣壓計(jì)可以獨(dú)立于GNSS接收機(jī)模塊工作，并實(shí)時(shí)輸出當(dāng)前接收機(jī)所在位置的氣壓值。該值可以轉(zhuǎn)換為接收機(jī)所在的高度值，這個(gè)高度值具有較高的精度，在復(fù)雜環(huán)境中可以對GNSS定位解算提供輔助。在定位解算完成后，高度輔助算式可以提供更多的參考信息，有利于對定位結(jié)果的良好性判斷，以使接收機(jī)能識(shí)別出錯(cuò)誤的定位結(jié)果并加以排除，從而提供完好的定位結(jié)果，提升客戶體驗(yàn)。
[0028]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的集成MEMS氣壓計(jì)的GNSS導(dǎo)航接收機(jī)的示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明對帶有MEMS氣壓計(jì)輔助的GNSS接收機(jī)定位完好性檢測方案的總流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖1所示，是一個(gè)集成有MEMS氣壓計(jì)器件的GNSS導(dǎo)航接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的示意圖。GNSS接收機(jī)通過多模天線102接收來自多個(gè)GNSS衛(wèi)星星座101的射頻信號，并在射頻處理模塊103中將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎蓴?shù)字信號處理器直接處理的數(shù)字中頻信號。數(shù)字信號處理模塊104對數(shù)字中頻信號進(jìn)行處理，對各顆衛(wèi)星的信號進(jìn)行捕獲和跟蹤，解調(diào)出導(dǎo)航電文并獲取到衛(wèi)星的測量值信息。集成在GNSS接收機(jī)模塊中的MEMS氣壓計(jì)105以獨(dú)立于GNSS接收機(jī)的狀態(tài)工作，并實(shí)時(shí)向接收機(jī)提供當(dāng)前的氣壓信息。
[0032]定位解算模塊106負(fù)責(zé)對衛(wèi)星測量值以及氣壓計(jì)輸出的氣壓信息進(jìn)行處理，并計(jì)算得到當(dāng)前接收機(jī)的位置、速度和時(shí)間信息。氣壓計(jì)輸出的氣壓信息通過公式轉(zhuǎn)換為當(dāng)前接收機(jī)的高度值hb，作為GNSS接收機(jī)定位算法的輔助測量值。定位完好性檢測模塊107則結(jié)合接收機(jī)在定位結(jié)算過程中得到的定位結(jié)果及測量值殘差等信息，給出接收機(jī)的定位結(jié)果是否良好的判斷。
[0033]圖2描述了接收機(jī)對本次給出的定位結(jié)果進(jìn)行檢測的流程圖。
[0034]首先，在接收機(jī)內(nèi)部建立軟件寄存器201，對由MEMS氣壓計(jì)105輸出的氣壓信息計(jì)算得到的高度值hb進(jìn)行分時(shí)存儲(chǔ)，并當(dāng)新測量歷元的高度值進(jìn)入寄存器201時(shí)，在步驟202中將其與歷史值(一般為前一測量歷元的測量值)作差，并在步驟203中將該差值與某一閾值Tb進(jìn)行比較。