[发明专利]一种高动态卫星导航接收机精确测速方法

摘要

本发明公开了卫星导航接收机领域的一种高动态卫星导航接收机精确测速方法，用以解决目前卫星导航接收机领域研究中存在的问题。该方法包括首先，提取卫星载波与本地载波的频率差值；然后，对提取的载波频率差值进行滤波处理；接着，利用最小二乘法求解接收机载体速度；最后，运行速度RAIM算法。本发明针对传统高动态卫星导航接收机测速技术中存在的卫星信号跟踪失锁、频率抖动、测量速度算法复杂、测量结果随机误差大等实际应用的局限性，创造性地提出了一种高动态卫星导航接收机精确测速方法。

主权项

一种高动态卫星导航接收机精确测速方法，其中，卫星导航接收机包括射频部分和基带部分：射频部分完成导航信号的放大、滤波及变频功能；基带部分又可分为基带信号处理部分和基带信息处理部分，信号处理部分包括对各个导航卫星信号的捕获、跟踪以及解调功能，信息处理部分根据信号处理电路得到的信息完成位置、速度与时间的解算，其中基带部分包括一个嵌入式CPU来运行信息处理程序，其特征是所述方法包括下列步骤：步骤1：通过直接读取载波跟踪环频率误差量的方法提取卫星载波与本地载波的频率差值；所述接收机实现对信号稳定跟踪，本地载波频率可由载波NCO的频率控制字得到，减去设定的中频频率就可得到载波频率差值得观测量，数学模型具体为：fd=DC*(vs-vu)+cb·+nd---(1)]]>其中，是卫星和用户之间的径向方向余弦矢量；vs＝[vsx,vsy,vsz]T是卫星的速度矢量；vu＝[vux,vuy,vuz]T是用户的速度矢量；b为钟漂；c为光速；nd为总的噪声项；[xs,ys,zs]是卫星位置坐标，[xu,yu,zu]是用户位置坐标；步骤2：设计一种多档α‑β‑γ滤波器对提取的卫星载波频率差值进行滤波处理；步骤3：将滤波后的各频率差值，组成求解接收机速度的方程组，利用最小二乘法求解出接收机速度；假设接收机能够获取m颗卫星的多普勒观察量，根据式(1)可得如下方程组：fd1=DC1*(vs1-vu)+cb·+nd1fd2=DC2*(vs2-vu)+cb·+nd2...fdm=DCm*(vsm-vu)+cb·+ndm---(2)]]>式中，为钟漂b的一阶导数；fdm是第m颗卫星的多普勒观测量，单位是m/s；DCm是第m颗卫星的方向余弦矢量；vsm是第m颗卫星的速度，可由导航电文计算得到；将式(2)上组式中的4个未知量，分别为用户的速度矢量vu＝[vux,vuy,vuz]T和钟漂b，为以下描述方便，统一用一个矢量表示，分别表示用户位置坐标xu、yu、zu的一阶导数；将式(2)中的卫星速度稍做整理，移到等号左边得到：fd1-DC1*vs1=DC1*vu+cb·+nd1fd2-DC2*vs2=DC2*vu+cb·+nd2...fdm-DCm*vsm=DCm*vu+cb·+ndm---(3)]]>定义fd=fd1-DC1*vs1fd2-DC2*vs2...fdm-DCm*vsm,H=-xs1-xur1,-ys1-yur1,-zs1-zur1,1-xs2-xur2,-ys2-yur2,-zs2-zur2,1...-xsm-xurm,-ysm-yurm,-zsm-zurm,1,]]>nd=nd1nd2...ndm]]>则式(3)写成矩阵形式为：fd＝HXu+nd利用最小二乘法进行求解：X^u=(HTH)-1HTfd]]>式中，是用户接收机速度和钟漂估计值矢量；步骤4：设计一种RAIM算法，排除速度解算方程组中的错误方程，确保解算速度不出现错误；所述RAIM技术用于卫星多普勒频率的故障检测和识别进行分析；基于残差平方和的RAIM故障检测：f^d=H*X^u]]>式中，是卫星组的多普勒频率估计值矢量；用ω∈R表示残差向量，则：ω=fd-f^d=f-H*X^u=S*nd]]>由上式知，S代表用户接收机观测的卫星组的多普勒频率误差量，向量ω中包含了卫星多普勒频率误差信息，作为判断有无故障卫星的依据；定义SSE＝ωTω＝u12+u22+…+un‑42表示各个卫星伪距残差的平方和，它是一个自由度为(n－4)的χ2分布，在实际应用中，使用作为统计检测量的，在每次定位时将它与门限值TD比较，若TX≥TD，有故障星；若TX<TD，无故障星；当统计检测量超过门限时，就认为存在故障星，再根据最大似然估计方法，找到出现故障可能性最大的那颗卫星；因为ω＝S*nd，如果某一颗卫星的值达到最大，则认为该星出现故障的可能性最大。