[发明专利]一种基于北斗RDSS双向通信功能的多路径检测方法

摘要

本发明涉及的是一种基于北斗RDSS双向通信功能的多路径检测方法。本发明在半径为30km的目标区域内授权合作基准站，收集各颗卫星信号的原始观测量，通过北斗RDSS上行信道回传给北斗地面控制站，在控制站对原始观测量做统计分析处理，获得原始观测量载噪比的阈值。本发明充分抑制受多路径影响比较严重的卫星信号，从而提高用户定位的精度。

主权项

一种基于北斗RDSS双向通信功能的多路径检测方法，其特征在于：(1)在半径为30km的目标区域内授权合作基准站，收集各颗卫星信号的原始观测量，通过北斗RDSS上行信道回传给北斗地面控制站，在控制站对原始观测量做统计分析处理，获得原始观测量载噪比的阈值；S_i表示i号卫星的载噪比值，则n个基准站观测到的i号卫星的载噪比值S_1i、S_2i、S_3i、…、S_ni是S_i的观测值，S_i服从正态分布，即S_i～N(μ_i，σ_i²)，其中μ_i为载噪比均值，为载噪比方差，${\mathrm{\&mu;}}_i=\frac{S_{1i}+S_{2i}+S_{3i}+...+S_{\mathrm{ni}}}{n};$${\mathrm{\&sigma;}}_i^2=\frac{{(S_{1i}-{\mathrm{\&mu;}}_i)}^2+{(S_{2i}-{\mathrm{\&mu;}}_i)}^2+{(S_{3i}-{\mathrm{\&mu;}}_i)}^2+...+{(S_{\mathrm{ni}}-{\mathrm{\&mu;}}_i)}^2}{n};$(2)在获得i号卫星载噪比值分布函数后，为均值μ_i设定置信水平α，对应分位数为Th_i，从而获得置信区间[μ_i‑Th_i，μ_i+Th_i]，将置信区间的下限μ_i‑Th_i设定为载噪比阈值，在有效历元周期内，若用户接收机观测到i号卫星，将卫星信号载噪比与阈值作比较，当载噪比值大于或等于阈值时，卫星信号基本不受多路径影响，为合格信号；否则，卫星信号受多路径影响比较严重，为不合格信号；(3)获得各颗卫星信号的载噪比阈值后，通过北斗RDSS下行信道向目标区域内的用户接收机播发对应每颗卫星的载噪比阈值信息；(4)用户接收机接收到载噪比阈值信息后，根据定位精度要求，与对应卫星的载噪比阈值比较：(4.1)判断历元接收到的所有共视卫星信号数目是否少于4颗，若少于4颗，则无法对该历元实现定位解算；若不少于4颗，则执行下一步骤；(4.2)若所有共视卫星数目n只有4颗，执行步骤(4.4)；否则，执行步骤(4.3)；(4.3)若所有共视卫星数目n大于4颗，使用所有的卫星信号进行加权最小二乘法定位解算，以获得几何精度因子GDOP_o值，根据GDOP_o值设定GDOP值损失门限值，记为Th_GDOP，GDOP值损失门限值Th_GDOP由所需导航性能定义的完好性参数推导获取，GDOP_o值为：对于观测到的n颗卫星，可得观测量的线性模型为：$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&rho;}}_1\\ {\mathrm{\&rho;}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&rho;}}_n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\&alpha;}}_1& {\mathrm{\&beta;}}_1& {\mathrm{\&gamma;}}_1& -1\\ {\mathrm{\&alpha;}}_2& {\mathrm{\&beta;}}_2& {\mathrm{\&gamma;}}_2& -1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ {\mathrm{\&alpha;}}_n& {\mathrm{\&beta;}}_n& {\mathrm{\&gamma;}}_n& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_u\\ y_u\\ z_u\\ \mathrm{c\&delta;t}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&epsiv;}}_1\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_n\end{array}\right];$式中，ρ表示伪距观测量，α、β、γ为对应卫星和用户之间的方向余弦矢量，x_u、y_u和z_u为规定坐标系下的用户坐标，c为光速时间常量，δt代表用户钟差项，ε为观测量噪声，线型模型的等效矩阵形式为：Y＝GX+ε；得到权系数矩阵为：H＝(G^TG)^‑1；从而获得定位几何精度因子为：${\mathrm{GDOP}}_o=\sqrt{\mathrm{trace}\left(H\right)};$式中，trace表示取矩阵的迹，将接收到的卫星信号的载噪比与相应卫星信号的载噪比阈值作比较，检测出合格信号卫星集Q_g和不合格信号卫星集，将所有不合格卫星集卫星所引入的GDOP损失与GDOP门限值Th_GDOP进行比较，第i颗卫星引入的GDOP损失GDOP_loss为：GDOP_loss＝GDOP_i‑GDOP_o；式中，GDOP_i为排除第i颗卫星后的GDOP值，比较GDOP_loss与Th_GDOP，若GDOP_loss≤Th_GDOP，即排除掉第i颗卫星后，GDOP损失GDOP_loss在可接受的范围之内，纳入卫星集Q_b，设有l颗；否则，将其纳入卫星集Q_d，设有m颗；若l+m≥4，则直接将Q_g和Q_d中的卫星加入到最终参与定位的卫星集，对Q_d中的卫星进行降权处理，执行步骤(4.4)；若l+m<4，需将Q_b中的卫星进行排序处理，并从中选取GDOP损失最小的4‑(l+m)颗卫星，对Q_d中的卫星和从Q_b中挑选出的卫星进行降权处理，并加入到最终参与定位的卫星集；(4.4)利用所挑选出的卫星信号进行加权最小二乘法定位解算，获得用户的位置用户位置的加权最小二乘解为：X＝(G^TWG)^‑1G^TWY；式中，W为加权对角矩阵：$W=\left[\begin{array}{ccc}{W}_{l\&times;l}& & \\ & W_{m\&times;m}& \\ & & W_{[4-(l+m)]\&times;[4-(l+m)]}\end{array}\right];$其中$\begin{array}{c}{W}_{l\&times;l}=\left[\begin{array}{ccccc}{w}_1^l& & & & \\ & .& & & \\ & & .& & \\ & & & .& \\ & & & & w_l^l\end{array}\right]\\ W_{m\&times;m}=\left[\begin{array}{ccccc}{w}_1^m& & & & \\ & .& & & \\ & & .& & \\ & & & .& \\ & & & & w_m^m\end{array}\right]\\ W_{[4-(l+m)]\&times;[4-(l+m)]}+{\left[\begin{array}{ccccc}{w}_1^{4-(l+m)}& & & & \\ & .& & & \\ & & .& & \\ & & & .& \\ & & & & w_{4-(l+m)}^{4-(l+m)}\end{array}\right]}_{[4-(l+m)]\&times;[1-(l+m)]}\end{array};$式中，分别是卫星集Q_g，l颗卫星、卫星集Q_d，m颗卫星和从卫星集Q_b中挑选出的4‑(l+m)颗卫星的加权系数；卫星对GDOP值的贡献越大，对应的加权系数值也越大，应有加权系数值；最终检测并抑制用户端受多路径影响的卫星信号，提高用户定位的精度。