本發(fā)明涉及定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)由于能夠?qū)崿F(xiàn)全球、全天候、高精度的定位導(dǎo)航，它的出現(xiàn)和快速發(fā)展，逐漸改變了人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)方式。作為中國(guó)的GNSS，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)又簡(jiǎn)稱為北斗系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)。北斗系統(tǒng)是中國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行，與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)，為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。

無(wú)論是BDS還是GPS(Global Positioning System)，單點(diǎn)定位精度優(yōu)于10米，若要實(shí)現(xiàn)更高精度的定位，一般需要采用差分技術(shù)。目前，精度最高的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方式為載波相位差分定位，或稱之為RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)，其相對(duì)定位精度可達(dá)到毫米級(jí)，甚至更高。隨著B(niǎo)DS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是車載應(yīng)用對(duì)亞米級(jí)和厘米級(jí)定位精度的迫切需求，采用RTK或者地基、星基增強(qiáng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)高精度定位均需要使用衛(wèi)星信號(hào)的載波相位信息。采用載波相位實(shí)現(xiàn)精確定位的代價(jià)是復(fù)雜的整周模糊度解算技術(shù)和周跳檢測(cè)及修復(fù)技術(shù)。其中，整周模糊度解算技術(shù)目前研究成果豐富，已有較為成熟的技術(shù)方案；而由于產(chǎn)生周跳的原因較多且復(fù)雜，所以周跳檢測(cè)與修復(fù)方法仍然存在較多的技術(shù)問(wèn)題。

在載波相位相對(duì)定位應(yīng)用中，要達(dá)到厘米級(jí)或者毫米級(jí)的精度必須保證參與計(jì)算的載波相位數(shù)據(jù)中沒(méi)有周跳，若發(fā)生周跳則必須進(jìn)行可靠的周跳檢測(cè)及修復(fù)。在相對(duì)定位基線達(dá)到幾公里甚至更長(zhǎng)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，由于多種原因不可避免地會(huì)產(chǎn)生周跳。具體地，產(chǎn)生周跳的原因可以為三類：第一類是由于衛(wèi)星信號(hào)傳播至接收機(jī)天線的過(guò)程中存在較大的誤差或突變，例如惡劣的電離層延遲、明顯的多路徑干擾、載體的高速運(yùn)動(dòng)或者較低的衛(wèi)星仰角，導(dǎo)致接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號(hào)的信噪比較低，影響了信號(hào)跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定性，從而形成周跳；第二類是由于衛(wèi)星信號(hào)被各種障礙物例如高樓、樹(shù)木、山脈等的遮擋而產(chǎn)生周跳，這類在城市環(huán)境的車載應(yīng)用中較為常見(jiàn)；第三類是由于接收機(jī)及天線的軟硬件原因?qū)е聦?duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)處理不當(dāng)，從而形成周跳。

對(duì)于不同應(yīng)用對(duì)象，在不同的環(huán)境條件下，周跳檢測(cè)與修復(fù)方法各不相同，主要分為兩類：一類僅采用衛(wèi)星接收機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行載波相位的周跳檢測(cè)，即采用載波相位的雙差或三差方程，對(duì)載波相位觀測(cè)值進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，判斷是否存在周跳。該類方法既可用于單頻接收機(jī)，也可用于多頻接收機(jī)，主要不足是可靠性有待于進(jìn)一步提高。另一類采用輔助信息進(jìn)行載波相位的周跳檢測(cè)，常用的方法是采用慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)，通過(guò)慣性導(dǎo)航計(jì)算，得到短時(shí)間內(nèi)高精度的相對(duì)位置速度信息，作為衛(wèi)星信號(hào)的載波相位信息變化的參考值，從而實(shí)現(xiàn)載波相位周跳的檢測(cè)，該類方法對(duì)輔助信息的精度要求較高，受限于慣性測(cè)量單元的精度。

對(duì)于車載系統(tǒng)應(yīng)用而言，現(xiàn)有的車載衛(wèi)星載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法存在計(jì)算量大、可靠性低、成本高等不足，難以滿足城市環(huán)境車載導(dǎo)航的高精度定位要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)方案，降低載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)的計(jì)算量，提高周跳檢測(cè)成功率和容錯(cuò)能力，周跳修復(fù)更為簡(jiǎn)便。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法，包括：

將通過(guò)北斗衛(wèi)星接收機(jī)接收的當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值與上一歷元的載波相位觀測(cè)值進(jìn)行比較，獲得載波相位周跳檢測(cè)量；

采用車載微慣性測(cè)量單元檢測(cè)獲得當(dāng)前的車體姿態(tài)，以及，通過(guò)車載里程計(jì)測(cè)量出車輛行進(jìn)速度；

根據(jù)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量；

基于接收機(jī)至北斗衛(wèi)星之間的單位視線矢量，將所述運(yùn)動(dòng)位移矢量轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星的載波相位變化值；

根據(jù)所述載波相位周跳檢測(cè)量和所述北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，計(jì)算獲得車載北斗載波相位的周跳值；

在當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值中扣除所述周跳值，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前歷元的車載北斗載波相位周跳的修復(fù)。

優(yōu)選地，所述根據(jù)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量，包括：

根據(jù)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息，構(gòu)建組合導(dǎo)航濾波器；根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的誤差狀態(tài)方程計(jì)算出系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量，以及，根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的觀測(cè)方程，計(jì)算出速度誤差觀測(cè)矢量；根據(jù)所述系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量和所述速度誤差觀測(cè)矢量，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量。

在一種可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述組合導(dǎo)航濾波器的誤差狀態(tài)方程為：

其中，系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量為X＝[δψ,δV,δR,b_g,b_a]^T，δψ為失準(zhǔn)角矢量，δV為速度誤差矢量，δR為位置誤差矢量，b_g為三個(gè)軸的陀螺零漂，b_a為三個(gè)軸的加速度計(jì)零偏，F(xiàn)為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣：

其中，ω_iε為地球自轉(zhuǎn)角速度，Lati為車輛當(dāng)前的緯度值，V_n為北向速度，V_ε為東向速度，V_d為地向速度，r₀為地球半徑，h為高程，為的反對(duì)稱矩陣，0_3×3為3×3維的零矩陣，為從載體坐標(biāo)系至導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦陣，fⁿ為導(dǎo)航坐標(biāo)系下的微加速度計(jì)輸出值，fⁿ×為fⁿ的反對(duì)稱矩陣，矩陣p_v為：

在一種可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的觀測(cè)方程，計(jì)算出速度誤差觀測(cè)矢量，包括：

通過(guò)車載里程計(jì)測(cè)量當(dāng)前車體前向速度，獲得里程計(jì)輸出速度值V_odo；

采用車載微慣性測(cè)量單元檢測(cè)車體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中各個(gè)姿態(tài)方向的速度，包括北向速度V_n，東向速度V_ε，地向速度V_d；

根據(jù)從載體坐標(biāo)系至導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦陣將車體在導(dǎo)航坐標(biāo)系各個(gè)姿態(tài)方向的速度進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲得車體前向速度車體側(cè)向速度和垂直向速度

計(jì)算出在車體前向速度誤差dV^x、車體側(cè)向速度誤差dV^y、垂直向速度誤差dV^z，獲得速度誤差觀測(cè)矢量Z＝[dV^x,dV^y,dV^z]，其中，

根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的觀測(cè)方程Z＝HX+ξ，計(jì)算獲得速度誤差觀測(cè)矢量與系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量X的關(guān)聯(lián)關(guān)系；其中，為測(cè)量系數(shù)矩陣；ξ為測(cè)量噪聲向量。

優(yōu)選地，所述基于接收機(jī)至北斗衛(wèi)星之間的單位視線矢量，將所述運(yùn)動(dòng)位移矢量轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，具體為：

利用所述組合導(dǎo)航濾波器計(jì)算出車輛在單位時(shí)間的運(yùn)動(dòng)位移矢量：

ΔP＝P(t_i)-P(t_i-1)；

在當(dāng)前歷元t_i時(shí)刻獲得接收機(jī)至第j顆北斗衛(wèi)星的單位視線矢量為h^j(t_i)；

將車輛在單位時(shí)間的運(yùn)動(dòng)位移矢量轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星的載波相位變化值

其中，P(t_i-1)為組合導(dǎo)航濾波器在上一歷元t_i-1時(shí)刻計(jì)算獲得的位移矢量，P(t_i)為組合導(dǎo)航濾波器在當(dāng)前歷元t_i時(shí)刻計(jì)算獲得的位移矢量；norm()為求模運(yùn)算，λ為對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星信號(hào)的波長(zhǎng)。

進(jìn)一步地，根據(jù)所述載波相位周跳檢測(cè)量和所述北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，計(jì)算獲得車載北斗載波相位的周跳值，具體為：

將所述載波相位周跳檢測(cè)量減去述北斗衛(wèi)星的載波相位變化值；

將計(jì)算獲得的差值進(jìn)行取整運(yùn)算，將得到的整數(shù)值作為車載北斗載波相位的周跳值。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)系統(tǒng)，包括：

北斗衛(wèi)星接收機(jī)，用于接收當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值與上一歷元的載波相位觀測(cè)值并進(jìn)行比較，獲得載波相位周跳檢測(cè)量；

車載微慣性測(cè)量單元，用于檢測(cè)獲得當(dāng)前的車體姿態(tài)；

車載里程計(jì)，用于測(cè)量出車輛行進(jìn)速度；

計(jì)算單元，用于根據(jù)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量；基于接收機(jī)至北斗衛(wèi)星之間的單位視線矢量，將所述運(yùn)動(dòng)位移矢量轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星的載波相位變化值；

周跳檢測(cè)單元，用于根據(jù)所述載波相位周跳檢測(cè)量和所述北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，計(jì)算獲得車載北斗載波相位的周跳值；

周跳修復(fù)單元，用于在當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值中扣除所述周跳值，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前歷元的車載北斗載波相位周跳的修復(fù)。

優(yōu)選地，所述計(jì)算單元包括組合導(dǎo)航濾波器；所述組合導(dǎo)航濾波器，用于對(duì)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息進(jìn)行處理，包括：根據(jù)誤差狀態(tài)方程計(jì)算出系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量；根據(jù)觀測(cè)方程計(jì)算出速度誤差觀測(cè)矢量；以及，根據(jù)所述系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量和所述速度誤差觀測(cè)矢量，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量。

本發(fā)明實(shí)施例基于微慣性測(cè)量單元、里程計(jì)與車輛約束輔助信息，提供了車載北斗衛(wèi)星載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)方案。實(shí)施本發(fā)明提供的實(shí)施例，可以利用微慣性測(cè)量單元在短時(shí)間內(nèi)(衛(wèi)星輸出原始測(cè)量信息的典型周期為1秒)慣性導(dǎo)航解算的位置精度較高的特點(diǎn)，并且解算頻率高(可達(dá)到100Hz甚至更高)，實(shí)現(xiàn)高精度的位置變化測(cè)量；將車載里程計(jì)提供的車輛行進(jìn)的速度(或距離變化量)和車輛約束信息作為組合導(dǎo)航的觀測(cè)量，進(jìn)一步抑制MIMU(MEMS based IMU，微慣性測(cè)量單元)導(dǎo)航解算的誤差，充分利用了車輛運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，可有效提高載波相位短時(shí)間內(nèi)變化量的參考精度，從而提高周跳檢測(cè)的成功率，可靠性強(qiáng)。此外，在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，利用現(xiàn)有的車載導(dǎo)航系統(tǒng)已廣泛設(shè)置的低成本MIMU和車載里程計(jì)所收集的信息，同時(shí)結(jié)合車輛運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在衛(wèi)星載波相位周跳檢測(cè)過(guò)程中，不需要額外增加設(shè)備，周跳檢測(cè)計(jì)算中使用的信息可直接來(lái)源于原車載導(dǎo)航系統(tǒng)中收集的信息而無(wú)需額外采集，即可以實(shí)現(xiàn)周跳的檢測(cè)和修復(fù)，因此，本發(fā)明還具有計(jì)算簡(jiǎn)單、容易實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高可靠性、小計(jì)算量和低成本的車載衛(wèi)星載波相位周跳的檢測(cè)與修復(fù)，保證了載波相位信息的連續(xù)性和正確性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法的一個(gè)實(shí)施例的步驟流程圖。

圖2是本發(fā)明提供的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

參見(jiàn)圖1，是本發(fā)明提供的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法的一個(gè)實(shí)施例的步驟流程圖。

在本實(shí)施例中，所述的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法，主要包括以下步驟S1～S6：

步驟S1：將通過(guò)北斗衛(wèi)星接收機(jī)接收的當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值與上一歷元的載波相位觀測(cè)值進(jìn)行比較，獲得載波相位周跳檢測(cè)量。

首先讀取車載北斗衛(wèi)星接收機(jī)當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值，然后與上一個(gè)歷元對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值作差，得到載波相位周跳檢測(cè)量作為第一檢測(cè)量。

具體實(shí)施時(shí)，若當(dāng)前歷元為t_i(i為歷元數(shù)目，且i>1)，則t_i時(shí)刻北斗衛(wèi)星接收機(jī)接收到第j顆衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值為Φ^j(t_i)，上一個(gè)歷元t_i-1時(shí)刻的第j顆衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值為Φ^j(t_i-1)，于是第j顆衛(wèi)星周跳的第一檢測(cè)量，即，載波相位周跳檢測(cè)量ΔΦ^j(t_i)為：

ΔΦ^j(t_i)＝Φ^j(t_i)-Φ^j(t_i-1) (1)

步驟S2：采用車載微慣性測(cè)量單元檢測(cè)獲得當(dāng)前的車體姿態(tài)，以及，通過(guò)車載里程計(jì)測(cè)量出車輛行進(jìn)速度。

具體實(shí)施時(shí)，車載微慣性測(cè)量單元(MIMU)所測(cè)量的車體姿態(tài)信息主要包括車輛運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)角，內(nèi)設(shè)三軸微加速度計(jì)的各個(gè)軸的加速度計(jì)零偏，以及內(nèi)設(shè)三軸微陀螺的各個(gè)軸的陀螺零漂。而車載里程計(jì)主要用于測(cè)量出車輛行進(jìn)速度；車輛運(yùn)動(dòng)約束信息主要決定于車輛約束方程所限制的參數(shù)。

步驟S3：根據(jù)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量。

在一種可實(shí)現(xiàn)的方式中，步驟S3包括以下實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

步驟S31：根據(jù)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息，構(gòu)建組合導(dǎo)航濾波器。具體地，微慣性測(cè)量單元的慣性測(cè)量值通過(guò)慣性導(dǎo)航計(jì)算，與車載里程計(jì)、車輛約束方程構(gòu)成組合導(dǎo)航濾波器。具體實(shí)施時(shí)，組合導(dǎo)航濾波算法的物理模型優(yōu)選采用卡爾曼濾波器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

步驟S32：根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的誤差狀態(tài)方程計(jì)算出系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量，以及，根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的觀測(cè)方程，計(jì)算出速度誤差觀測(cè)矢量。

在本實(shí)施例中，所述組合導(dǎo)航濾波器的誤差狀態(tài)方程為：

其中，系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量為X＝[δψ,δV,δR,b_g,b_a]^T，δψ為失準(zhǔn)角矢量，δV為速度誤差矢量，δR為位置誤差矢量，b_g為三個(gè)軸的陀螺零漂，b_a為三個(gè)軸的加速度計(jì)零偏，為系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量X的導(dǎo)數(shù)，組合導(dǎo)航的誤差狀態(tài)方程表征了系統(tǒng)誤差狀態(tài)變化的自身規(guī)律和數(shù)學(xué)表達(dá)式，F(xiàn)為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣：

其中，ω_iε為地球自轉(zhuǎn)角速度，Lati為車輛當(dāng)前的緯度值，V_n為北向速度，V_ε為東向速度，V_d為地向速度，r₀為地球半徑，h為高程，為的反對(duì)稱矩陣，0_3×3為3×3維的零矩陣，為從載體坐標(biāo)系至導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦陣，fⁿ為導(dǎo)航坐標(biāo)系下的微加速度計(jì)輸出值，fⁿ×為fⁿ的反對(duì)稱矩陣，矩陣p_v為：

由于且則可以獲得MIMU導(dǎo)航解算得到的速度值通過(guò)坐標(biāo)變換后的車體前向速度V_MIMU，其中，V_MIMU各個(gè)方向的分量分別為：

另一方面，所述根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的觀測(cè)方程，計(jì)算出速度誤差觀測(cè)矢量，包括：

a.通過(guò)車載里程計(jì)測(cè)量當(dāng)前車體前向速度，獲得里程計(jì)輸出速度值V_odo；

b.采用車載微慣性測(cè)量單元檢測(cè)車體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中各個(gè)姿態(tài)方向的速度，包括北向速度V_n，東向速度V_ε，地向速度V_d；

c.根據(jù)從載體坐標(biāo)系至導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦陣將車體在導(dǎo)航坐標(biāo)系各個(gè)姿態(tài)方向的速度進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲得車體前向速度車體側(cè)向速度和垂直向速度

d.計(jì)算出在車體前向速度誤差dV^x、車體側(cè)向速度誤差dV^y、垂直向速度誤差dV^z，獲得速度誤差觀測(cè)矢量Z＝[dV^x,dV^y,dV^z]，其中，

e.根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的觀測(cè)方程：

Z＝HX+ξ (5)

計(jì)算獲得速度誤差觀測(cè)矢量與系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量X的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

其中，為測(cè)量系數(shù)矩陣；ξ為測(cè)量噪聲向量。

步驟S33：根據(jù)所述系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量和所述速度誤差觀測(cè)矢量，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量：

ΔP＝P(t_i)-P(t_i-1) (6)

其中，P(t_i-1)為組合導(dǎo)航濾波器在上一歷元t_i-1時(shí)刻計(jì)算獲得的位移矢量，P(t_i-1)＝R(t_i-1)-δR(t_i-1)，R(t_i-1)為t_i-1時(shí)刻載體的位置矢量，δR(t_i-1)為t_i-1時(shí)刻載體的位置誤差矢量，P(t_i)為組合導(dǎo)航濾波器在當(dāng)前歷元t_i時(shí)刻計(jì)算獲得的位移矢量，P(t_i)＝R(t_i)-δR(t_i)，R(t_i)為t_i時(shí)刻載體的位置矢量，δR(t_i)為t_i時(shí)刻載體的位置誤差矢量。

步驟S4：基于接收機(jī)至北斗衛(wèi)星之間的單位視線矢量，將所述運(yùn)動(dòng)位移矢量轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，將該載波相位變化值作為第二檢測(cè)量。

具體實(shí)施時(shí)，所述步驟S4，具體為：根據(jù)方程(6)，利用所述組合導(dǎo)航濾波器計(jì)算出車輛在單位時(shí)間的運(yùn)動(dòng)位移矢量ΔP；

在當(dāng)前歷元t_i時(shí)刻獲得接收機(jī)至第j顆北斗衛(wèi)星的單位視線矢量為h^j(t_i)；

將車輛在單位時(shí)間的運(yùn)動(dòng)位移矢量轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星的載波相位變化值

其中，norm()為求模運(yùn)算，λ為對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星信號(hào)的波長(zhǎng)。

步驟S5：根據(jù)所述載波相位周跳檢測(cè)量和所述北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，計(jì)算獲得車載北斗載波相位的周跳值。

具體地，將所述載波相位周跳檢測(cè)量(第一檢測(cè)量)減去述北斗衛(wèi)星的載波相位變化值(第二檢測(cè)量)：

將計(jì)算獲得的差值進(jìn)行取整運(yùn)算，將得到的整數(shù)值作為車載北斗載波相位的周跳值。具體地，t_i時(shí)刻第j顆衛(wèi)星載波相位的周跳值N^j(t_i)為：

N^j(t_i)＝round(ΔΦ) (9)

其中，round()為取整運(yùn)算。

步驟S6：在當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值中扣除所述周跳值，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前歷元的車載北斗載波相位周跳的修復(fù)。

具體實(shí)施時(shí)，車載北斗載波相位周跳修復(fù)計(jì)算方程為：

其中，Φ^j(t_i)為第j顆衛(wèi)星原始載波相位值，為第j顆衛(wèi)星周跳修復(fù)后的載波相位值。

本發(fā)明實(shí)施例的工作原理是：利用車載微慣性測(cè)量單元(MIMU)、里程計(jì)和車輛運(yùn)動(dòng)約束方程，進(jìn)行組合導(dǎo)航計(jì)算得到在當(dāng)前歷元與上一個(gè)歷元之間車輛的運(yùn)動(dòng)位移矢量估計(jì)，通過(guò)接收機(jī)至衛(wèi)星的單位視線矢量轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，由于MIMU慣性導(dǎo)航具有短期高精度和連續(xù)性，所以以此為參考值檢測(cè)是否周跳，并完成周跳的修復(fù)，可使得本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有計(jì)算量小、周跳檢測(cè)成功率高、容錯(cuò)能力強(qiáng)和周跳修復(fù)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于車載城市環(huán)境下的北斗衛(wèi)星周跳探測(cè)和周跳修復(fù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

另一方面，與上述圖1實(shí)施例提供的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)系統(tǒng)。

參看圖2，是本發(fā)明提供的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括：

北斗衛(wèi)星接收機(jī)21，用于接收當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值與上一歷元的載波相位觀測(cè)值并進(jìn)行比較，獲得載波相位周跳檢測(cè)量；

車載微慣性測(cè)量單元22，用于檢測(cè)獲得當(dāng)前的車體姿態(tài)；

車載里程計(jì)23，用于測(cè)量出車輛行進(jìn)速度；

計(jì)算單元24，用于根據(jù)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量；基于接收機(jī)至北斗衛(wèi)星之間的單位視線矢量，將所述運(yùn)動(dòng)位移矢量轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的北斗衛(wèi)星的載波相位變化值；

周跳檢測(cè)單元25，用于根據(jù)所述載波相位周跳檢測(cè)量和所述北斗衛(wèi)星的載波相位變化值，計(jì)算獲得車載北斗載波相位的周跳值；

周跳修復(fù)單元26，用于在當(dāng)前歷元的載波相位觀測(cè)值中扣除所述周跳值，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前歷元的車載北斗載波相位周跳的修復(fù)。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，所述計(jì)算單元24包括組合導(dǎo)航濾波器41。具體實(shí)施時(shí)，組合導(dǎo)航濾波器41的物理模型優(yōu)選為卡爾曼濾波器。此外，計(jì)算單元24還包含用于接入MIMU單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的慣性導(dǎo)航計(jì)算單元。

其中，組合導(dǎo)航濾波器41，用于對(duì)當(dāng)前的車體姿態(tài)、行進(jìn)速度和車輛運(yùn)動(dòng)約束信息進(jìn)行處理，包括：根據(jù)誤差狀態(tài)方程計(jì)算出系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量；根據(jù)觀測(cè)方程計(jì)算出速度誤差觀測(cè)矢量；以及，根據(jù)所述系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量和所述速度誤差觀測(cè)矢量，計(jì)算出車輛在當(dāng)前歷元與上一歷元之間的運(yùn)動(dòng)位移矢量。

具體實(shí)施時(shí)，一方面，所述組合導(dǎo)航濾波器41包括系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量計(jì)算單元，用于根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器的誤差狀態(tài)方程(2)，計(jì)算出系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量。

另一方面所述組合導(dǎo)航濾波器41還包括速度誤差觀測(cè)矢量計(jì)算單元，用于獲得速度誤差觀測(cè)矢量Z＝[dV^x,dV^y,dV^z]，根據(jù)組合導(dǎo)航濾波器41的觀測(cè)方程(5)，計(jì)算獲得速度誤差觀測(cè)矢量與系統(tǒng)誤差狀態(tài)矢量X的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

其中，dV^x為車體前向速度誤差，dV^y為車體側(cè)向速度誤差、dV^z為垂直向速度誤差，并且，為從載體坐標(biāo)系至導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦陣，V_odo為通過(guò)車載里程計(jì)測(cè)量獲得的輸出速度值；車體前向速度車體側(cè)向速度和垂直向速度通過(guò)對(duì)采用車載微慣性測(cè)量單元22檢測(cè)獲得的北向速度V_n，東向速度V_ε，地向速度V_d進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得；為測(cè)量系數(shù)矩陣；ξ為測(cè)量噪聲向量。

具體實(shí)施時(shí)，本實(shí)施例提供的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)系統(tǒng)的構(gòu)成與上述圖1實(shí)施例提供的車載北斗載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)方法的各個(gè)步驟對(duì)應(yīng)相同，工作原理一致，在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，基于微慣性測(cè)量單元、里程計(jì)與車輛約束輔助信息，提供了車載北斗衛(wèi)星載波相位周跳檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)方案。實(shí)施本發(fā)明提供的實(shí)施例，可以利用微慣性測(cè)量單元在短時(shí)間內(nèi)(衛(wèi)星輸出原始測(cè)量信息的典型周期為1秒)慣性導(dǎo)航解算的位置精度較高的特點(diǎn)，并且解算頻率高(可達(dá)到100Hz甚至更高)，實(shí)現(xiàn)高精度的位置變化測(cè)量；將車載里程計(jì)提供的車輛行進(jìn)的速度(或距離變化量)和車輛約束信息作為組合導(dǎo)航的觀測(cè)量，進(jìn)一步抑制MIMU(MEMS based IMU，微慣性測(cè)量單元)導(dǎo)航解算的誤差，充分利用了車輛運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，可有效提高載波相位短時(shí)間內(nèi)變化量的參考精度，從而提高周跳檢測(cè)的成功率，自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可靠性更強(qiáng)。

此外，在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，利用現(xiàn)有的車載導(dǎo)航系統(tǒng)已廣泛設(shè)置的低成本MIMU和車載里程計(jì)所收集的信息，同時(shí)結(jié)合車輛運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在衛(wèi)星載波相位周跳檢測(cè)過(guò)程中，不需要額外增加設(shè)備，周跳檢測(cè)計(jì)算中使用的信息可直接來(lái)源于原車載導(dǎo)航系統(tǒng)中收集的信息而無(wú)需額外采集，即可以實(shí)現(xiàn)周跳的檢測(cè)和修復(fù)，因此，本發(fā)明還具有計(jì)算簡(jiǎn)單、容易實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高可靠性、小計(jì)算量和低成本的車載衛(wèi)星載波相位周跳的檢測(cè)與修復(fù)，保證了載波相位信息的連續(xù)性和正確性。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。