[发明专利]一种高动态卫星导航接收机精确测速方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航接收机领域，特别涉及一种用于高动态卫星导航接收机精确测速方法。

背景技术

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、俄罗斯格洛纳斯(Global Navigation Satellite System，GLONASS)及欧盟伽利略(GALILEO)系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

卫星导航接收机可以确定载体的位置、速度和时间，广泛应用于导航、测量与授时等领域。其中，测速技术需要提取卫星信号载波多普勒频率值。提取的卫星多普勒频率值会由于载波跟踪环路的热噪声而存在随机抖动；另外由于卫星运动、卫星健康状况或者信号干扰、遮挡等原因会引起卫星信号跟踪失锁、频率抖动，提取的多普勒频率会有较大误差和错误，从而引起计算的速度误差变大。现在有些导航接收机采用一些滤波算法平滑处理，但会影响接收机的动态性能，使接收机在高速、高加速度运动场景时，测速误差变大。

测速是卫星导航接收机的重要功能，是移动目标导航基本需求，尤其对于高动态飞行器导航，常用惯性导航与卫星导航接收机组合的工作模式。在这种应用场合卫星导航接收机的测速结果实时修正惯性导航的结果，消除惯性导航的积累误差，对接收机的测速精度具有较高的要求，一般要求测速误差小于0.2m/s。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种高动态卫星导航接收机精确测速方法，用以解决目前导航系统测速研究存在的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种高动态卫星导航接收机精确测速方法。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、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；

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；

步骤4：设计一种针对速度求解的接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，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。

所述多档α-β-γ滤波器由α-β-γ滤波器模块、状态判决模块、档位切换模块、输出切换模块组成；

所述α-β-γ滤波器模块输入端口与所述档位切换模块输出端口相连，所述α-β-γ滤波器模块输出端口与所述输出切换模块输入端口相连，用于对提取的卫星载波频率差值进行滤波处理；

所述状态判决模块输入端口与所述输出切换模块相连，用于反馈滤波结果；

所述状态判决模块输出端口分别与所述档位切换模块、输出切换模块相连，用于判断接收机状态是否满足切换到其他档位进行滤波的条件。

所述使用多档α-β-γ滤波器的具体步骤：

步骤21：对卫星载波频率差值，通过第1档α-β-γ滤波器开始滤波；

步骤22：分析滤波结果及导航结算结果，判断接收机状态是否满足切换到其他档位进行滤波的条件，并将其反馈至档位切换模块；

步骤23：根据状态判决模块的反馈，在档位切换模块估算当前信息的方差，判决适合使用哪个档位的滤波器；

步骤24：将卫星载波频率差值，通过档位切换模块确定的合适档位滤波器进行滤波处理；

步骤25：循环步骤22至步骤24，直至收敛到稳定工作状态时，由输出切换模块输出滤波结果。

所述速度求解的RAIM算法的具体步骤：

步骤41：先用位置解算使用的那几颗卫星的多普勒观测量做一次速度最小二乘解算，然后开始执行速度RAIM算法；

步骤42：如果解算的卫星数小于或等于4颗，则速度RAIM算法无法检测故障星，直接输出计算的速度结果；

步骤43：若卫星数超过4颗，则根据速度最小二乘法的计算结果，算出多普勒残余误差向量ε及速度RAIM算法统计检测量T_X；