用于局域增强系统的码载一致性检测方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：：用于局域增强系统的码载一致性检测方法
技术领域：
：本发明属于卫星导航领域，涉及卫星导航领域的局域增强系统，特别是一种应用于卫星导航局域增强系统的码载一致性检测方法。
背景技术：
：卫星导航局域增强系统是一个地基差分系统，通过地面差分站发播卫星差分数据，用户将差分数据用于解算来获得高精度的导航参数，如速度、位置和时间。该系统采用的差分技术是利用多个参考接收机测量的位置信息或距离信息及其他导航信息的相关性能消除大部分卫星钟误差、星历误差及大气延迟误差，大大提高了导航定位精度。普遍认为，它可以满足非精密进近以及I、II直至III类精密进近着陆要求。在卫星信号传递的过程中存在电离层、对流层折射引起的信号时延，在信号接收的过程中还存在由于天线周围障碍物环境和地面环境造成的多路径信号干扰和其他射频信号干扰，在接收机解调导航信号的过程中还存在接收机的噪声干扰，由于为用户播发导航数据的卫星处于高空之中，其广播信号在传播到地面或近地面的时候信号强度已经非常微弱，更加剧了上述因素造成的传播延迟、观测精度下降等问题，这些对卫星导航局域增强系统完好性将产生非常大的影响。局域增强系统的信号质量监测关注的就是卫星信号在传播和解调过程中存在的对定位精度有影响的各种误差源，其中最主要的一种方法就是码载一致性检测方法。码载一致性检测指的是通过对码载偏离度的变化率进行分析评估以检验接收机获取的码伪距观测量和载波相位观测量的一致性的方法，码载偏离度变化率包含了电离层延迟的变化率、天线多径残留的变化率以及接收机噪声残留，在对码载偏离度变化率进行评估的过程中，可以完成上述信号质量阶段最关键的三种误差来源的评估检测，从而为系统完好性服务提供保障。目前国内外对码载一致性检测的研究并不多见，国内对码载一致性的研究处于起步阶段，没有成型的技术方法，而国外也只有少数研究机构有一定的深入研究，且在对码载偏离度进行估计的时候通常采用GMA(GeometricMovingAveraging)方法，这种方法得到的码载偏离度数据存在较为明显的时间延迟，而且精度也不太高，同时只能将之作为一个整体进行评估检验，无法分离电离层延迟、天线多径延迟和接收机噪声残留，因此在实际应用中无法满足更高条件的完好性要求。
发明内容本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种用于局域增强系统的码载一致性检测方法，该方法引入小波分析技术，通过小波分解与重构对码载偏离度变化率数据进行平滑，以有效减小检测延迟、提高检测精度，同时根据码载偏离度变化率数据三种误差组成的频率特性，将电离层延迟变化率、天线多径延迟变化率和接收机噪声残留变化率三种误差分量分离出来，并据此对卫星导航信号是否存在电离层异常、天线多径异常以及5接收机噪声异常现象进行完整的检测，为局域增强系统提供更高等级的完好性服务。为了实现上述目的，本发明提供一种用于卫星导航局域增强系统码载一致性检测的方法，包括以下步骤(1)获取历元k上的码伪距观测量yCR)和载波相位观测量⑽㈨，利用周跳检验算法检验载波相位观测量中是否存在周跳，如果存在则消除周跳，得到无周跳的载波相位观测量；(2)利用历元k上无周跳的载波相位观测量gL^)和码伪距观测量/CfeO)，计算码载偏离度数值权利要求一种用于卫星导航局域增强系统的码载一致性检测方法，包括如下步骤(1)获取历元k上的码伪距观测量和载波相位观测量利用周跳检验算法检验载波相位观测量中是否存在周跳，如果存在则消除周跳，得到无周跳的载波相位观测量；(2)利用历元k上无周跳的载波相位观测量和码伪距观测量计算码载偏离度数值ZCMC(k)＝2diono(k)+dcodemp(k)+drn(k)IA，其中，diono(k)为历元k上码伪距中电离层延迟误差，dcodemp(k)为历元k上码伪距中多径延迟误差，drn(k)为历元k上接收机噪声残留，IA表示整周�：鹊奈蟛睿�(3)利用历元k上的码载偏离度数值ZCMC(k)和上一历元k1上的码载偏离度数值ZCMC(k1)，计算码载偏离度变化率DEVPC(k)＝ZCMC(k)ZCMC(k1)＝2diono(k)+dcode_mp(k)+drn(k)，其中，电离层延迟变化率；<mrow><msub><mi>d</mi><mi>iono</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mi>iono</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>d</mi><mi>iono</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>T</mi><mi>s</mi></msub></mfrac><mo>,</mo></mrow>多径延迟变化率<mrow><msub><mi>d</mi><mrow><mi>code</mi><mo>_</mo><mi>mp</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mrow><mi>code</mi><mo>_</mo><mi>mp</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>d</mi><mrow><mi>code</mi><mo>_</mo><mi>mp</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>T</mi><mi>s</mi></msub></mfrac><mo>,</mo></mrow>接收机噪声残留变化率<mrow><msub><mi>d</mi><mi>rn</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mi>rn</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>d</mi><mi>rn</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>T</mi><mi>s</mi></msub></mfrac><mo>;</mo></mrow>(4)采用小波分析方法对步骤(3)所得码载偏离度变化率DEVPC(k)数据，进行如下处理4a)对码载偏离度变化率数据进行小波分解<mrow><msub><mi>DEV</mi><mrow><mi>P</mi><mo>-</mo><mi>C</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>a</mi><mi>l</mi></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>l</mi></munderover><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo></mrow>其中，l是小波分解的层次；al是在层次l上的平均部分分解系数，频率范围为0到(1/2l)*(fs/2)Hz；di是在层次i上的细节部分分解系数，频率范围为从(1/2i1)*(fs/2)到(1/2i)*(fs/2)Hz；fs＝1/Rs是观测信号的采样频率[Hz]；Rs是数据采样间隔[秒]；4b)根据局域增强系统覆盖范围内电离层频率特性、参考天线周围多径频率特性、接收机自身噪声频率特性以及步骤4a)中得到的小波分解结果，分别重构电离层延迟变化率时域分量DEViono(k)、天线多径变化率DEVmp(k)以及接收机噪声残留变化率DEVrn(k)；4c)分别将所述的DEViono(k)、DEVmp(k)和DEVrn(k)与通过统计分析所得的相应门限比对，如果大于相应的门限，则向系统提出异常告警，否则判断为正常状态；(5)根据步骤(4)得到的三种异常检测判断结果，经过综合判定形成如下矩阵，该矩阵即为码载一致性检测结果<mrow><msub><mi>CCD</mi><mi>matrix</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>IAR</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>AMR</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>RNR</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>TR</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>IAR</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>AMR</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>RNR</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>TR</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mi>SN</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>IAR</mi><mi>SN</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>AMR</mi><mi>SN</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>RNR</mi><mi>SN</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>TR</mi><mi>SN</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>其中，SN为导航系统中卫星数量，PRNk表示卫星号，IARk表示电离层异常检测结果，AMRk表示天线多径异常检测结果，RNRk表示接收机噪声异常检测结果，TRk为综合检测结果，0表示码载一致性正常，1表示一种组成分量出现异常，2表示两种组成分量出现异常，3表示三种组成分量全部出现异常，1≤k≤SN。FSA00000227340400011.tif,FSA00000227340400012.tif,FSA00000227340400013.tif,FSA00000227340400014.tif2.根据权利要求书1所述的码载一致性检测方法，其中步骤(1)所述的利用周跳检验算法检验载波相位观测量中是否存在周跳，按如下步骤进行2a)计算历元k上的载波校正量代(k)其中3.根据权利要求书1所述的码载一致性检测方法，其中步骤4b)所述的重构电离层延迟变化率时域分量DEVi-(k)，是根据局域增强系统覆盖范围内电离层频率特性，选择低通滤波器和高通滤波器，从步骤4a)中小波分解所得到的各层次平均部分分解系数和细节部分分解系数选择与电离层频率特性相吻合的分解系数，从选择的最低层次开始，按如下步骤进行3a)对该最低层次平均部分分解系数进行上抽样，并求解与低通滤波器的低通卷积；3b)对该最低层次细节部分系数进行上抽样，并求解与高通滤波器的高通卷积；3c)将步骤3a)和3b)中得到的低通卷积和高通卷积求和得到该层次重构结果，当重构层次小于等于选择的最大层次时，将重构结果作为下一层的平均部分系数与所选下一层细节部分系数一起再重复步骤3a)和3b)，直到重构层数大于选择的最大层数时，重构结束，得到的平均部分即为电离层延迟变化率时域分量DEVim。(k)。4.根据权利要求书1所述的码载一致性检测方法，其中步骤4b)所述的重构天线多径变化率时域分量DEVmp(k)，是根据参考天线周围多径频率特性，选择低通滤波器和高通滤波器，从步骤4a)中小波分解所得到的各层次平均部分分解系数和细节部分分解系数选择与多径频率特性相吻合的分解系数，从所选择最低层次开始，按如下步骤进行4a)对该最低层次平均部分分解系数进行上抽样，并求解与低通滤波器的低通卷积；4b)对该最低层次细节部分系数进行上抽样，并求解与高通滤波器的高通卷积；4c)将步骤4a)和4b)中得到的低通卷积和高通卷积求和得到该层次重构结果，当重构层次小于等于选择的最大层次时，将重构结果作为下一层的平均部分系数与所选下一层细节部分系数一起再重复步骤4a)和4b)，直到重构层数大于选择的最大层数时，重构结束，得到的平均部分即为天线多径变化率时域分量DEVmp(k)。5.根据权利要求书1所述的码载一致性检测方法，其中步骤4b)所述的重构接收机噪声变化率时域分量DEVm(k)，是根据接收机自身噪声频率特性，选择低通滤波器和高通滤波器，从步骤4a)中小波分解所得到的各层次平均部分分解系数和细节部分分解系数选择与噪声频率特性相吻合的分解系数，从所选择最低层次开始，按如下步骤进行5a)对该最低层次平均部分分解系数进行上抽样，并求解与低通滤波器的低通卷积；5b)对该最低层次细节部分系数进行上抽样，并求解与高通滤波器的高通卷积；5c)将步骤5a)和5b)中得到的低通卷积和高通卷积求和得到该层次重构结果，当重构层次小于等于选择的最大层次时，将重构结果作为下一层的平均部分系数与所选下一层细节部分系数一起再重复步骤5a)和5b)，直到重构层数大于选择的最大层数时，重构结束，得到的平均部分即为接收机噪声变化率时域分量DEVm(k)。全文摘要本发明公开了一种应用于局域增强系统的码载一致性检测方法，主要解决目前码载一致性检测中码载偏离度平滑精度低、平滑时延大的问题。其检测步骤是首先对获得的载波相位观测量进行周跳检测，获得消除周跳的载波相位观测量和码伪距观测量；接着，计算码载偏离度和码载偏离度变化率；然后，对码载偏离度变化率进行小波分析，获得平滑的码载偏离度变化率并从中分离出电离层延迟变化率、多径延迟变化率以及接收机噪声残留变化率分量；最后，根据三种分量数据分别进行电离层异常、多径异�：徒邮栈肷斐＜煅椋陕朐匾恢滦约煅榻峁卣�。本发明具有平滑精度、无拉伸过程和时间延迟小的优点，可用于卫星导航局域增强系统的完好性监测。文档编号G01S19/07GK101950024SQ201010252198公开日2011年1月19日申请日期2010年8月11日优先权日2010年8月11日发明者李斌,樊小晶,王彩霞,王晓旺,耿永超,胡耀坤,郑金华申请人:中国电子科技集团公司第二十研究所

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用于局域增强系统的码载一致性检测方法