一種基于北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)的民用雙頻定位接收機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，尤其涉及一種基于北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)的民用雙頻定位 接收機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是繼美國 GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲Galileo之后的全球第四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是我國自主研發(fā)、發(fā) 展、獨(dú)立運(yùn)行的、可與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是我國最關(guān) 鍵的國家基礎(chǔ)設(shè)施之一。
[0003] 當(dāng)前，衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用已發(fā)展成為全球性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并正經(jīng)歷著以專用、車載 應(yīng)用等為主體的市場(chǎng)格局轉(zhuǎn)變?yōu)橐远嘈袠I(yè)、個(gè)人消費(fèi)應(yīng)用為主流的市場(chǎng)格局。中國北斗衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)隨著自身的發(fā)展和民用頻段信號(hào)的逐漸開放，也越來越廣泛地被應(yīng)用到民用基 礎(chǔ)建設(shè)、經(jīng)濟(jì)、車載導(dǎo)航等民生領(lǐng)域，并同時(shí)衍生進(jìn)入大數(shù)據(jù)智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等 "互聯(lián)網(wǎng)+"城市戰(zhàn)略部署應(yīng)用中。
[0004] 目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已有成功發(fā)射的在軌工作衛(wèi)星20顆，可提供覆蓋區(qū)范圍 的定位精度優(yōu)于10米，可滿足導(dǎo)航定位的基本需求。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在從區(qū)域覆蓋到全 球覆蓋的逐漸發(fā)展過程中，將逐漸脫離對(duì)其他導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，實(shí)現(xiàn)真正的獨(dú)立自主。相應(yīng) 地，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民用產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用也會(huì)更廣，而民用接收機(jī)對(duì)定位精度和可靠性的 需求會(huì)更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種基于北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)的民用雙頻定位接收機(jī)，其具有較高的定 位精度，能獲得更加有效和可靠的定位結(jié)果。方案如下：
[0006] -種基于北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)的民用雙頻定位接收機(jī)，包括系統(tǒng)控制模塊、雙射頻 模塊、基帶處理通道模塊、電文收集解譯模塊、參數(shù)提取模塊、雙頻測(cè)量量處理模塊、時(shí)間維 護(hù)模塊以及定位定速模塊;所述雙射頻模塊用于接收來自衛(wèi)星的雙射頻信號(hào)，并進(jìn)行下變 頻以輸出中頻信號(hào);所述基帶處理通道模塊，與所述系統(tǒng)控制模塊和所述雙射頻模塊連接， 用于進(jìn)行基帶處理的通道分配以及通道參數(shù)的配置，并對(duì)所述中頻信號(hào)進(jìn)行基帶處理以輸 出信號(hào)的測(cè)量量和比特信息;所述電文收集解譯模塊與所述基帶處理通道模塊連接，用于 對(duì)所述比特信息進(jìn)行解譯以得到電文信息;其中，所述電文信息包括星歷部分和歷書部分； 所述參數(shù)提取模塊，與所述基帶處理通道模塊、所述電文收集解譯模塊和所述系統(tǒng)控制模 塊連接，用于提取所述電文信息和所述測(cè)量量，并把測(cè)量量按衛(wèi)星號(hào)進(jìn)行分組;所述雙頻測(cè) 量量處理模塊，與所述參數(shù)提取模塊、所述定位定速模塊以及所述系統(tǒng)控制模塊連接，用于 對(duì)當(dāng)前所有有效通道輸出的測(cè)量量進(jìn)行可靠性增強(qiáng)處理，并將進(jìn)行可靠性增強(qiáng)處理之后的 測(cè)量量輸出至所述定位定速模塊;所述時(shí)間維護(hù)模塊，與所述系統(tǒng)控制模塊和所述定位定 速模塊連接，用于從所述定位定速模塊中提取時(shí)間參數(shù)，計(jì)算時(shí)間誤差，更新時(shí)間參數(shù)并反 饋給所述系統(tǒng)控制模塊調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間以使所述民用雙頻定位接收機(jī)的所有模塊的工作時(shí) 間一致;所述定位定速模塊，與所述參數(shù)提取模塊、所述雙頻測(cè)量量處理模塊以及所述系統(tǒng) 控制模塊連接，用于根據(jù)所述電文信息和經(jīng)可靠性增強(qiáng)處理之后的測(cè)量量，來構(gòu)建多維高 階測(cè)量方程和狀態(tài)方程，并對(duì)所述多維高階測(cè)量方程和所述狀態(tài)方程進(jìn)行定位定速解算， 以獲得定位結(jié)果。
[0007] 本發(fā)明提供的上述民用雙頻定位接收機(jī)，具有以下有益效果:通過基于北斗二代 民用雙頻信號(hào)，采用所述基帶處理通道模塊可實(shí)現(xiàn)有效基帶處理，并通過優(yōu)化硬件資源靈 活提高通道容量;通過所述雙頻測(cè)量量處理模塊，對(duì)通過跟蹤雙頻信號(hào)而提取到的測(cè)量量 進(jìn)行可靠性增強(qiáng)處理，以獲得更加可靠的測(cè)量量，從而為定位定速模塊進(jìn)行定位定速解算 提供更可靠和更小抖動(dòng)、更小誤差的參數(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)，定位定速模塊可有效提高定位精度， 減小定位誤差抖動(dòng)，且在衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量較差或衛(wèi)星顆數(shù)較少時(shí)，與單頻方案相比，定位結(jié)果 輸出的有效性和可靠性都有明顯提尚。
[0008] 更進(jìn)一步地，所述基帶處理通道模塊包括以下三個(gè)子模塊:模式識(shí)別子模塊，對(duì)射 頻輸出的中頻信號(hào)的信號(hào)模式進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別;模式參數(shù)配置子模塊，與所述模式識(shí)別子模 塊連接，依據(jù)所述信號(hào)模式，對(duì)通道進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)配置，以對(duì)相應(yīng)的中頻信號(hào)進(jìn)行基帶處 理，基帶處理包括捕獲、跟蹤和同步;通道分配控制子模塊，用于對(duì)當(dāng)前待處理的通道配置 進(jìn)行狀態(tài)維護(hù)，并在通道緊張時(shí)通過分時(shí)處理來控制進(jìn)行通道分時(shí)復(fù)用，以提高基帶處理 容量。
[0009] 更進(jìn)一步地，所述通道分配控制子模塊包括:通道切換單元，與所述系統(tǒng)控制模 塊、所述雙射頻模塊以及所述基帶處理通道模塊連接，用于控制各基帶處理通道的連通或 切斷;通道狀態(tài)維護(hù)單元，與所述系統(tǒng)控制模塊連接，用于對(duì)通道狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行緩存，并向 所述系統(tǒng)控制模塊上報(bào)通道狀態(tài)參數(shù);通道分配策略單元，與所述系統(tǒng)控制模塊連接，用于 進(jìn)行通道在不同啟動(dòng)方式下的分配初始化及通道狀態(tài)變更后的策略切換，并對(duì)所述系統(tǒng)控 制模塊的命令進(jìn)行解析以插入新的工作通道或強(qiáng)制關(guān)閉工作通道，以及在通道緊張時(shí)啟動(dòng) 分時(shí)復(fù)用；分時(shí)復(fù)用控制策略單元，用于在通道緊張且出現(xiàn)新的待捕獲或跟蹤的衛(wèi)星時(shí)，選 擇部分或全部通道資源進(jìn)行分時(shí)復(fù)用來增加相同時(shí)間周期內(nèi)可處理的衛(wèi)星顆數(shù)。
[0010] 更進(jìn)一步地，所述雙頻測(cè)量量處理模塊通過以下四個(gè)子模塊來進(jìn)行所述可靠性增 強(qiáng)處理:線性組合處理子模塊、非線性組合處理子模塊、周整模糊度估算和補(bǔ)償子模塊以及 合理性判決子模塊，其中：
[0011] 線性組合處理子模塊，連接至所述參數(shù)提取模塊以及合理性判決子模塊，對(duì)同顆 衛(wèi)星的雙頻信號(hào)進(jìn)行線性組合，并根據(jù)所述測(cè)量量的自身波動(dòng)和相對(duì)差異來選擇或進(jìn)行更 新，以提供給所述合理性判決子模塊進(jìn)行測(cè)量量矩陣方程組的構(gòu)建，其中所述測(cè)量量至少 包括偽距、多普勒、相位和誤差；
[0012] 非線性組合處理子模塊，連接至所述參數(shù)提取模塊以及合理性判決子模塊，對(duì)不 同顆衛(wèi)星的雙頻信號(hào)進(jìn)行非線性組合，并根據(jù)所述測(cè)量量的物理傳輸特性來獲得或抵消部 分傳輸延遲誤差，完成測(cè)量量的補(bǔ)償和更新，以提供給所述合理性判決子模塊進(jìn)行測(cè)量量 矩陣方程組的構(gòu)建；
[0013] 周整模糊度估算和補(bǔ)償子模塊，連接至所述參數(shù)提取模塊以及合理性判決子模 塊，基于啟動(dòng)后多個(gè)定位歷元時(shí)刻的狀態(tài)信息量組，對(duì)所述測(cè)量量的周整模糊度進(jìn)行估算 和判定，補(bǔ)償周整模糊度來減小誤差;并依據(jù)不同時(shí)刻獲得的測(cè)量量推算出虛擬高階測(cè)量 量，其中所述虛擬高階測(cè)量量至少包括所述測(cè)量量的變化速度和加速度;輸出補(bǔ)償周整模 糊度后的測(cè)量量和所述虛擬高階測(cè)量量至所述合理性判決子模塊；
[0014] 合理性判決子模塊，與所述參數(shù)提取模塊以及所述定位定速模塊，將經(jīng)線性組合 處理子模塊、非線性組合處理子模塊、周整模糊度估算和補(bǔ)償子模塊以及參數(shù)提取模塊處 理后輸出的測(cè)量量進(jìn)行加權(quán)，并對(duì)來自所述定位定速模塊的定位定速歷史進(jìn)行擬合插值， 依據(jù)物理合理性和空間幾何結(jié)構(gòu)的封閉性，構(gòu)建所述矩陣方程組，基于所述矩陣方程組的 元素之間的制約關(guān)系進(jìn)行迭代、限定、噪聲補(bǔ)償、平滑濾波以及合理性判決，滿足判決條件 或達(dá)到迭代次數(shù)限定則完成本次判決，將補(bǔ)償和更新后的測(cè)量量緩存提供下次定位時(shí)刻的 合理性判決，并提供給所述定位定速模塊;其中，所述矩陣方程組的元素至少包括接收機(jī)坐 標(biāo)、衛(wèi)星坐標(biāo)、測(cè)量量、測(cè)量量的變化速度和加速度、噪聲能量、誤差項(xiàng)。
[0015] 更進(jìn)一步地，所述定位定速模塊包括:多維高階測(cè)量方程子模塊，連接至所述雙頻 測(cè)量量處理模塊，將經(jīng)過所述可靠性增強(qiáng)處理后的測(cè)量量用于構(gòu)建所述多維高階測(cè)量方 程，并參與定位定速解算;狀態(tài)方程子模塊，連接至所述參數(shù)提取模塊、所述雙頻測(cè)量量處 理模塊，將所述參數(shù)提取模塊提取的測(cè)量量與經(jīng)過所述雙頻測(cè)量量處理模塊進(jìn)行可靠性增 強(qiáng)處理之后的測(cè)量量進(jìn)行比較、選擇和加權(quán)，以對(duì)參與定位的衛(wèi)星狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)，構(gòu)建所 述狀態(tài)方程，并參與定位定速解算;噪聲估計(jì)子模塊，與所述參數(shù)提取模塊、所