[发明专利]改善GNSS接收机载波相位连续性的相位预测方法及系统

说明书

本发明公开了改善GNSS接收机载波相位连续性的相位预测方法及系统，该方法包括：S100根据GNSS接收机的载波相位与多普勒的关系，构建载波相位预测模型；S200根据卫星和GNSS接收机的位置和速度信息，解算正常跟踪通道的卫星相对GNSS接收机的运动多普勒值；S300解算开环跟踪通道的多普勒预测值；S400利用载波相位预测模型，对开环跟踪通道的多普勒预测值进行积分，获得开环跟踪通道的载波相位估计值。本发明可以解决GNSS接收机在部分卫星短时遮挡情况下的载波相位不连续问题，从而达到改善GNSS接收机载波相位连续性、提高定位精度的目的。

技术领域

本发明属于GNSS接收机技术领域，尤其涉及改善GNSS接收机载波相位连续性的相位预测方法及系统。

背景技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)泛指可以全天候、连续地向用户提供位置、速度、时间(Position Velocity and Time，PVT)信息的覆盖全球的卫星系统及其增强系统。自问世以来，GNSS已充分显示了其在导航与定位领域中的霸主地位，在军事和民用的许多领域由于GNSS的出现发生了革命性变化。GNSS接收机通过接收卫星信号，得到各卫星的观测量信息，再利用定位导航算法得到用户接收机的时间和空间信息。随着GNSS应用范围的不断扩大，其应用场景也变得复杂多样，普通接收机技术已无法满足日益苛刻的应用需求。

传统GNSS接收机基于伪距观测量进行定位，单点定位精度在10m左右，基于伪距差分技术的定位精度在1m左右；为了满足高精度定位场景(厘米级定位精度)的应用需求，基于载波相位观测量的精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)和实时动态(Real-time Kinematic，RTK)载波相位差分技术被提出并得到快速发展。在提供高精度定位结果的同时，载波相位观测量相比伪距、多普勒更加脆弱，在GNSS信号受到干扰、遮挡等影响时极易导致载波环失锁，使载波相位发生周跳，而载波相位不连续需要RTK、PPP重新固定模糊度，严重影响高精度定位的连续性，尤其是PPP。因此，提高载波相位观测量的连续性对RTK、PPP技术的推广使用具有重要价值。

目前，国内外的学者们已经分别从观测值层面和信号处理层面采用不同的方法应对载波相位周跳的影响。观测值层面上，提出了例如相位减伪距与电离层残差组合方法和基于贝叶斯概率统计的周跳探测与修复方法，这类方法能对双频系统中小采样间隔数据的周跳做出准确的探测以及修复，但对于采样间隔大的数据不能准确探测，而且在单频系统中无法使用。另外有学者提出了基于小波变换的周跳探测方法，并建立了基于经验模式分解与径向神经网络的组合预测模型的方法对周跳进行修复，这种方法解决了单频载波相位数据一周以上周跳的准确探测和修复，但对于更小的周跳则无能为力。在基带信号处理层面上，Calgary大学学者提出了在卫星信号遭遇短暂失锁时利用载波相位预测来保证载波相位连续性的方法，能实现在卫星失锁的5s～8s内，失锁通道仍保持对载波相位的开环跟踪，使载波相位误差不至于影响周整模糊度的固定，然而，现有的相位预测方法主要基于卫星与接收机的动态来对预测多普勒，没有充分考虑接收机晶振钟漂对多普勒的影响。

相位预测方法能从根源上解决卫星失锁对载波相位连续性的影响，为提高载波相位连续性提供了很好的思路。如果进一步延长载波相位预测时间，将对复杂环境下的GNSS精密定位具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供改善GNSS接收机载波相位连续性的相位预测方法及系统，该方法即系统可提升GNSS接收机在遮挡、干扰等复杂环境下的连续性高精度定位效果。

本发明提供的改善GNSS接收机载波相位连续性的相位预测方法，包括：

S100根据GNSS接收机的载波相位与多普勒的关系，构建载波相位预测模型，其中，接收机可预测的多普勒包括卫星相对GNSS接收机运动引起的多普勒以及GNSS接收机晶振钟漂引起的多普勒，分别记为运动多普勒和接收机晶振钟漂多普勒；