[发明专利]基于数据融合的GNSS系统联合定位装置及联合定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤其涉及基于数据融合的GNSS系统联合定位装置及联 合定位方法。

背景技术

目前导航接收机一般基于单系统导航定位技术，以GPS为例：如果完成三维定位， 需要至少获取4颗卫星的相关信息；如果完成二维定位，需要至少获取3颗卫星的相关信息， 这是由卫星导航系统被动定位的基本原理决定的。因此，单系统导航定位技术受其灵敏度 的限制，当导航接收机处于遮挡比较恶劣的环境，诸如城市密集建筑群中、茂密森林遮蔽处 和隧道内等环境时，即可观测的卫星数可能出现少于4的情况，导致接收机无法完成三维定 位；当可观测的卫星数少于3，接收机无法完成二维定位，因此提高导航接收机在遮挡恶劣 环境下的适应能力显得十分必要。

目前全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)主要包含 美国的GPS、欧盟的Galileo系统、中国的COMPASS系统、俄罗斯的GLONASS，系统建成后，可用 的卫星数目达到100颗以上，相对单系统导航定位技术，其可观测的卫星提到了数倍，因此 研制GNSS多模导航接收机，利用多个导航系统，通过数据融合技术实现联合定位，能够改善 导航接收机的应用范围，提升其恶劣环境下的适应能力。

发明内容

针对现有单模导航接收机在遮挡(城市密集建筑群中、茂密森林遮蔽处和隧道内 等)比较严重的环境下，可观测的卫星数少于4的情况，无法完成三维定位；当可观测的卫星 数少于3，无法完成二维定位的问题，本发明通过设计GNSS多模导航接收机，利用多个导航 系统，通过数据融合技术实现联合定位，能够改善导航接收机的应用范围，提升其恶劣环境 下的适应能力。具体如下：

基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，由天线单元1、低噪声放大器单元2、射频 滤波器单元3、频综器单元4、镜像抑制混频器单元5、信号处理单元6、CPU7和显示单元8组 成。镜像抑制混频器单元5包括四个单元，由第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混 频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53和第四镜像抑制混频器单元54组成，信号处理单 元6包括四个子单元，即第一信号处理子单元61、第二信号处理子单元62、第三信号处理子 单元63和第四信号处理子单元64组成。每个信号处理子单元均由中频滤波单元65、中频放 大单元66、ADC采样单元67、数字下变频单元68和基带处理单元69依次串联而成。

天线单元1的信号输出端与低噪声放大器单元2的信号输入端相连接，低噪声放大 器单元2的信号输出端与射频滤波器单元3的信号输入端相连接，射频滤波器单元3的输出 端与第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元 53和第四镜像抑制混频器单元54的输入端并联相连接。

第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器 单元53和第四镜像抑制混频器单元54的另一输入端分别与频综器单元4相连接。

第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器 单元53和第四镜像抑制混频器单元54的输出端依次与第一信号处理子单元61、第二信号处 理子单元62、第三信号处理子单元63和第四信号处理子单元64相串联。第一信号处理子单 元61、第二信号处理子单元62、第三信号处理子单元63和第四信号处理子单元64的信号输 出端分别与CPU7的输入端与相连接，CPU7和显示单元8相连接。

采用本发明所述任一基于数据融合的GNSS系统联合定位装置的联合定位方法，按 如下的步骤进行：

步骤1：启动导航接收机，搜索包含4个导航卫星系统的全部可观测卫星：

假设导航接收机通过遍历共搜索到j颗导航卫星，若j不小于4，则进入步骤2；反 之，持续搜索导航卫星。

步骤2：若存在4颗导航卫星属于同一导航卫星系统，则进入单系统定位模式。否 则，进入步骤3。

设导航卫星的三维位置s_j(x_j,y_j,z_j)、伪距ρ_j与导航接收机的三维位置坐标u(x_u, y_u,z_u)之间的关系如图5所示。

在单系统定位模式下，将图5所示的伪距测量定位示意图用解析表示：由下式表 示：