[发明专利]全球定位系统定位结果的自适应数据窗长度平滑方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球卫星定位与导航系统领域，尤其涉及针对全球定位系统定位结果的自适应地确定选取数据的窗口长度，进而实现对定位结果平滑方法的领域。

背景技术

全球卫星定位与导航系统，例如美国的全球定位系统(GPS)，包括一组发送GPS信号的一个卫星星座(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。

每一颗GPS卫星所传送的GPS信号都是直接序列扩展频信号。商业上使用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码)的直接序列二相扩展信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆码片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于1毫秒的时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从几颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语“卫星星号”和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。

GPS的调制信号是导航电文(又被称为D码)和PN码的组合码。导航电文的速率为每秒50比特。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主帧又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期，卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历(ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。子帧四和子帧五包含了1-32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及1-32颗卫星的历书(alamane)。历书是卫星星历参数的简化子集。其每12.5分钟广播一次，寿命为一周，可延长至2个月。

由于各种系统误差的综合作用，接收机获得的原始定位结果存在一定相对误差。这些误差包括卫星时钟误差、星历预测误差、相对论效应、电离层效应、对流层效应、接收机噪声和多径效应。由于这些误差的存在，往往需要进一步对原始数据进行处理以提高精度。一个常用的方法是对原始定位数据流进行平滑，也即低通滤波。常规的方式使用固定长度的数据进行平滑，虽然简单易行，但存在一些显而易见的缺点。平滑所用的数据长度太短，则平滑后结果方差依然很大，精度较低；平滑用的数据长度太长，平滑后结果延迟较大，降低了导航的实时性。对于高速运动的接收机，这个问题尤为明显，限制了很多导航应用。如何高效的实现高精度、低方差、小延迟的平滑是GPS接收机一个重要的研究方向。

发明内容

本发明目的是提供一种全球定位系统接收机定位结果的自适应数据窗长度的平滑方法。

本发明提出的方法利用计算出的接收机速度，自适应地计算出用于对定位结果进行平滑的数据窗长度，根据该窗口获取初始数据进行平滑。包所述括以下步骤：

获得接收机的原始定位结果；

写入平滑缓存；

计算接收机的速度；

根据接收机速度自适应地确定数据窗的长度，其中数据窗的长度与接收机的速度成反比；以及

利用该长度的数据窗获得用以平滑的数据进行平滑。

进一步，是利用载波相位方法或者卡尔曼滤波方法计算接收机的速度。

进一步，所述接收机原始定位结果写入平滑缓存时，更新的原始定位结果和计算出的平滑值差距大于阈值时，则舍弃该值，不写入平滑缓存。

利用该方法可以实现低速情况下的高精度、低方差和高速情况下平滑结果的实时性，降低数据输出延迟。这种自适应数据窗长度的平滑适用于任意的多通道全球定位系统接收机，相对其他方法简单易用，复杂度大大降低，同时方便和其他各种平滑方法组合。

附图说明

图1是典型的全球定位系统接收机实现定位的示意图；

图2是典型的GPS接收机定位流程；

图3是针对全球定位系统定位结果的自适应数据窗长度平滑方法流程框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。