觀測(cè)量平滑系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種觀測(cè)量平滑系統(tǒng)，包括用于生成復(fù)位信號(hào)及切換信號(hào)的控制模塊，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波模塊以及用于輸出濾波得到的信號(hào)的信號(hào)輸出模塊；本發(fā)明還提供了一種觀測(cè)量平滑方法。本發(fā)明利用載波的觀測(cè)量高的特點(diǎn)，通過聯(lián)合濾波的方法，降低了偽距信號(hào)的噪聲，從而提高了定位精度。
【專利說明】觀測(cè)量平滑系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位領(lǐng)域，尤其涉及一種觀測(cè)量平滑系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，目前廣泛使用的基本觀測(cè)量主要有碼相位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量，通過碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)所確定的站星距離都不可避免地含有衛(wèi)星時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘非同步誤差的影響，含時(shí)鐘差影響的距離通常稱為偽距。偽距觀測(cè)量噪聲主要由多路徑和接收機(jī)電路噪聲組成，除此之外還有一些未剔除干凈的對(duì)流層延遲誤差以及相位觀測(cè)產(chǎn)生的影響。接收機(jī)的很多部分都可能產(chǎn)生噪聲，如天線、放大器和電纜等。偽距觀測(cè)量由同步偽隨機(jī)測(cè)距碼后獲得，偽隨機(jī)碼(即PN碼)具有較低的頻率，從而具有較長(zhǎng)的碼片長(zhǎng)度，以GPS L1C/A為例，其頻率為1.023MHz，碼片長(zhǎng)度約300米，假定碼片對(duì)齊能力為I %，則測(cè)量精度為3米；載波觀測(cè)量是通過同步載波相位獲得，載波具有較高的頻率，從而具有較短的載波波長(zhǎng)，仍以GPS LI為例，其頻率為1575.42MHz，波長(zhǎng)約0.2米，假定載波相位同步能力為1%，則測(cè)量精度為2毫米。綜上所述，載波觀測(cè)量比偽距觀測(cè)量高2至3個(gè)量級(jí)；但是，載波觀測(cè)量有一個(gè)缺點(diǎn)，即其含有固定的模糊度；而偽距觀測(cè)量不含有模糊度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是，提供一種觀測(cè)量平滑系統(tǒng)及方法，以降低偽距觀測(cè)量的噪聲，從而提聞定位精度。
[0004]本發(fā)明公布了 一種觀測(cè)量平滑系統(tǒng)，上述系統(tǒng)包括控制模塊、濾波模塊以及信號(hào)輸出模塊，上述
[0005]控制模塊，用于生成復(fù)位信號(hào)，發(fā)送給上述濾波模塊；以及生成切換信號(hào)，發(fā)送給上述信號(hào)輸出模塊；
[0006]濾波模塊，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波；
[0007]信號(hào)輸出模塊，用于輸出濾波得到的信號(hào)。
[0008]優(yōu)選地，上述濾波模塊包括2個(gè)或2個(gè)以上濾波器。
[0009]優(yōu)選地，濾波器包括第一乘法器、第二乘法器、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第一積分器以及第二積分器，上述
[0010]第一加法器的一個(gè)輸入端與第一積分器的輸入端連接，另一輸入端與第一積分器的輸出端連接，輸出端與第二加法器的一個(gè)輸入端連接；
[0011]第二加法器的另一輸入端與第二積分器的輸出端連接，輸出端與第二乘法器的輸入端連接；
[0012]第二乘法器的輸出端與第三加法器的一個(gè)輸入端連接；
[0013]第三加法器的另一輸入端與第一乘法器的輸出端連接，輸出端與第二積分器的輸入端連接。[0014]本發(fā)明進(jìn)一步公開了一種觀測(cè)量平滑方法，上述方法為:
[0015]控制模塊按序循環(huán)控制濾波模塊中的每個(gè)濾波器復(fù)位；
[0016]復(fù)位的濾波器對(duì)輸入的偽距信號(hào)進(jìn)行濾波；
[0017]信號(hào)輸出模塊將上述復(fù)位濾波器濾波后的偽距信號(hào)輸出。
[0018]優(yōu)選地，上述方法還包括以下步驟:
[0019]預(yù)先為濾波器設(shè)置深度α及序號(hào)。
[0020]優(yōu)選地，上述濾波器通過如下公式濾波:
[0021]ζ (η) = α *χ(η) + (1_α )*((y(n) - y (n_l))+ζ (n_l))；
[0022]其中，n為自然數(shù)，z(n)為濾波后的偽距信號(hào)；α為濾波器的深度；χ(η)為偽距信號(hào)；y(n)為載波信號(hào)。
[0023]優(yōu)選地，上述控制模塊通過周期性生成復(fù)位信號(hào)控制濾波器復(fù)位，具體為:
[0024]生成切換信號(hào)；
[0025]在上述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為奇數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)；在上述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為偶數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)。
[0026]優(yōu)選地，上述控制模塊通過周期性生成復(fù)位信號(hào)控制濾波器復(fù)位，具體為:
[0027]生成切換信號(hào)；
[0028]在上述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為奇數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)；在上述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為偶數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)。
[0029]優(yōu)選地，上述切換信號(hào)為占空比為1:2，周期t = 2T/m的方波，T為復(fù)位信號(hào)生成周期，m為濾波器個(gè)數(shù)。
[0030]優(yōu)選地，上述切換信號(hào)為占空比為1:2，周期t = 2T/m的方波，T為復(fù)位信號(hào)生成周期，m為濾波器個(gè)數(shù)。
[0031]優(yōu)選地,上述信號(hào)輸出模塊在上述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為偶數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)；在上述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為奇數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)。
[0032]優(yōu)選地,上述信號(hào)輸出模塊在上述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為偶數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)；在上述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為奇數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)。
[0033]本發(fā)明利用載波的觀測(cè)量高的特點(diǎn)，通過聯(lián)合濾波的方法，降低了偽距信號(hào)的噪聲，從而提聞了定位精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0035]圖1是本發(fā)明所述觀測(cè)量平滑系統(tǒng)的原理框圖；
[0036]圖2是圖1中濾波器的電路原理圖；
[0037]圖3是切換信號(hào)與復(fù)位信號(hào)示意圖；
[0038]圖4是本發(fā)明所述觀測(cè)量平滑方法流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0039]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚、明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0040]如圖1所示，是本發(fā)明所述觀測(cè)量平滑系統(tǒng)的原理框圖；包括控制模塊10、濾波模塊20以及信號(hào)輸出模塊30，其中，
[0041]控制模塊10，分別與濾波模塊20及信號(hào)輸出模塊30連接，用于生成復(fù)位信號(hào)，發(fā)送給濾波模塊20 ；以及生成切換信號(hào)，發(fā)送給信號(hào)輸出模塊30 ；
[0042]濾波模塊20，包括濾波器A和濾波器B，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波；在其他實(shí)施例中，根據(jù)需要，濾波模塊20可包含2個(gè)以上的濾波器；
[0043]信號(hào)輸出模塊30,用于輸出濾波得到的信號(hào)。
[0044]如圖2所示，是圖1中濾波器的電路原理圖；包括第一乘法器01、第二乘法器02、第一加法器03、第二加法器04、第三加法器05、第一積分器06以及第二積分器07，其中
[0045]第一加法器03的一個(gè)輸入端與第一積分器06的輸入端連接,偽距信號(hào)輸入到該端，另一輸入端與第一積分器06的輸出端連接,輸出端與第二加法器04的一個(gè)輸入端連接；
[0046]第二加法器04的另一輸入端與第二積分器07的輸出端連接,輸出端與第二乘法器02的輸入端連接；
[0047]第二乘法器02的輸出端與第三加法器05的一個(gè)輸入端連接,載波信號(hào)輸入到第二乘法器02的輸入端；
[0048]第三加法器05的另一輸入端與第一乘法器01的輸出端連接,輸出端與第二積分器07的輸入端連接。
[0049]濾波器工作過程如下:
[0050]1、偽距信號(hào)X (η)經(jīng)過第一乘法器，得到a*x (η)，其中，a為第一乘法器01的系數(shù)；
[0051]2、載波信號(hào)y (η)經(jīng)過第一積分器06后，得到y(tǒng) (η_1)；
[0052]3、y (n-1)、y (η)經(jīng)第一加法器 03 求和后,得到(y (n) -y (η-1)；
[0053]4、濾波后的偽距信號(hào)ζ (η)經(jīng)第二積分器07后，得到ζ (η_1)；
[0054]5、(y (n) -y (η-l)和 ζ (η-1)經(jīng)第二加法器 04 后,得到(y (n) -y (η-1)) +ζ (n-1)
[0055]6、(y (n)-y (n-1))+z (n-1)經(jīng)過第二乘法器 02 后，得到 b*((y(n)__y(n-l))+z (n-1))，其中，b為第二乘法器02的系數(shù)；
[0056]7、最后，3朽(11)和 b*((y (n)_y (n_l))+z (η-l))經(jīng)第三加法器 05,得到 ζ (n)為 a*X (n) +b* ((y (η) -y (η-1)) +ζ (η-1))。
[0057]本發(fā)明需要預(yù)先根據(jù)實(shí)際的濾波需求，為濾波器設(shè)置深度α ;并為每個(gè)濾波器設(shè)置序號(hào)；當(dāng)然，若濾波器為2個(gè)，那么在切換信號(hào)為高電平時(shí)，復(fù)位一個(gè)濾波器，在切換信號(hào)為低電平時(shí)，復(fù)位另一個(gè)濾波器即可，兩者交替濾波，故可以不用濾波器設(shè)置序號(hào)。
[0058]如圖3所示，切換信號(hào)與復(fù)位信號(hào)示意圖；1為切換信號(hào)，切換信號(hào)為一占空比為I:2的方波，2為濾波器A的復(fù)位信號(hào)，3為濾波器B的復(fù)位信號(hào)；控制模塊10在切換信號(hào)I的高電平到來時(shí)，生成濾波器A的復(fù)位信號(hào)2 ;在切換信號(hào)I的低電平到來時(shí)，生成濾波器B的復(fù)位信號(hào)3 ;由于濾波器復(fù)位后性能不穩(wěn)定，需要時(shí)間等待濾波器性能穩(wěn)定，故復(fù)位信號(hào)的生成周期需要考慮這段時(shí)間，也就是說，復(fù)位信號(hào)生成周期至少等于濾波器性能穩(wěn)定所需的時(shí)間與完成一次濾波所需的時(shí)間之和；切換信號(hào)的周期需要配合復(fù)位信號(hào)的生成周期，若復(fù)位信號(hào)的生成周期為T，則切換信號(hào)的周期t = 2T/m, m為濾波器個(gè)數(shù)。
[0059]如圖4所示，是本發(fā)明所述觀測(cè)量平滑方法流程圖；本方法是一個(gè)循環(huán)濾波的過程，每循環(huán)一次，執(zhí)行以下步驟:
[0060]步驟SOO:控制模塊10生成切換信號(hào)；
[0061]步驟SOl:切換信號(hào)的高電平到來，控制模塊10生成濾波器A的復(fù)位信號(hào)；信號(hào)輸出模塊30輸出濾波器B濾波后的偽距信號(hào)；
[0062]本發(fā)明中，濾波器通過如下公式濾波:
[0063]ζ (η) = α *χ (η) + (1-α ) * ((y (η) - y (η_1))+ζ (η_1))；
[0064]其中,η為自然數(shù),ζ (η)為濾波后的偽距信號(hào)；α為濾波器的深度；χ(η)為偽距信號(hào)；y(n)為載波信號(hào)。
[0065]步驟S02:濾波器A復(fù)位，對(duì)輸入的偽距信號(hào)和載波信號(hào)濾波；
[0066]步驟S03:切換信號(hào)的低電平到來，控制模塊10生成濾波器B的復(fù)位信號(hào)；信號(hào)輸出模塊30輸出濾波器A濾波后的偽距信號(hào)；
[0067]步驟S04:濾波器B復(fù)位，對(duì)輸入的偽距信號(hào)和載波信號(hào)濾波。
[0068]當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，控制模塊10還可以在切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，生成濾波器B的復(fù)位信號(hào)，在低電平到來時(shí)，生成濾波器A的復(fù)位信號(hào)，用戶可自由設(shè)置。
[0069]上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種觀測(cè)量平滑系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括控制模塊、濾波模塊以及信號(hào)輸出模塊，所述 控制模塊，用于生成復(fù)位信號(hào)，發(fā)送給所述濾波模塊；以及生成切換信號(hào)，發(fā)送給所述信號(hào)輸出模塊； 濾波模塊，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波； 信號(hào)輸出模塊，用于輸出濾波得到的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的觀測(cè)量平滑系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波模塊包括2個(gè)或2個(gè)以上濾波器。
3.如權(quán)利要求2所述觀測(cè)量平滑系統(tǒng)，其特征在于，濾波器包括第一乘法器、第二乘法器、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第一積分器以及第二積分器，所述 第一加法器的一個(gè)輸入端與第一積分器的輸入端連接，另一輸入端與第一積分器的輸出端連接，輸出端與第二加法器的一個(gè)輸入端連接； 第二加法器的另一輸入端與第二積分器的輸出端連接，輸出端與第二乘法器的輸入端連接； 第二乘法器的輸出端與第三加法器的一個(gè)輸入端連接； 第三加法器的另一輸入端與第一乘法器的輸出端連接，輸出端與第二積分器的輸入端連接。
4.一種觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述方法為: 控制模塊按序循環(huán)控制濾波模塊中的每個(gè)濾波器復(fù)位； 復(fù)位的濾波器對(duì)輸入的偽距信號(hào)進(jìn)行濾波； 信號(hào)輸出模塊將所述復(fù)位濾波器濾波后的偽距信號(hào)輸出。
5.如權(quán)利要求4所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 預(yù)先為濾波器設(shè)置深度α及序號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述濾波器通過如下公式濾波: ζ (η) = α *χ(η) + (1_α )*((y(n) - y (n_l))+z (n_l))； 其中，n為自然數(shù)，z (n)為濾波后的偽距信號(hào)；α為濾波器的深度；χ(η)為偽距信號(hào)；y(n)為載波信號(hào)。
7.如權(quán)利要求4、5或6所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述控制模塊通過周期性生成復(fù)位信號(hào)控制濾波器復(fù)位，具體為: 生成切換信號(hào)； 在所述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為奇數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)；在所述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為偶數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)。
8.如權(quán)利要求4、5或6所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述控制模塊通過周期性生成復(fù)位信號(hào)控制濾波器復(fù)位，具體為: 生成切換信號(hào)； 在所述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為奇數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)；在所述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)為序號(hào)為偶數(shù)的濾波器生成復(fù)位信號(hào)。
9.如權(quán)利要求7所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述切換信號(hào)為占空比為1:2，周期t = 2T/m的方波，T為復(fù)位信號(hào)生成周期，m為濾波器個(gè)數(shù)。
10.如權(quán)利要求8所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述切換信號(hào)為占空比為1:2，周期t = 2T/m的方波，T為復(fù)位信號(hào)生成周期，m為濾波器個(gè)數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述信號(hào)輸出模塊在所述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為偶數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)；在所述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為奇數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的觀測(cè)量平滑方法，其特征在于，所述信號(hào)輸出模塊在所述切換信號(hào)的低電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為偶數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)；在所述切換信號(hào)的高電平到來時(shí)，按序循環(huán)輸出序號(hào)為奇數(shù)的濾波器濾波后的偽距信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S19/40GK103926609SQ201410181779
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】李大勇, 尚潤(rùn)平 申請(qǐng)人:深圳市星耀航威通訊技術(shù)有限公司