一种基于北斗二代导航系统的民用双频定位接收机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种基于北斗二代导航系统的民用双频定位 接收机。
【背景技术】
[0002] 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是继美国 GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo之后的全球第四大卫星导航系统，是我国自主研发、发 展、独立运行的、可与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统，也是我国最关 键的国家基础设施之一。
[0003] 当前，卫星导航应用已发展成为全球性的高新技术产业，并正经历着以专用、车载 应用等为主体的市场格局转变为以多行业、个人消费应用为主流的市场格局。中国北斗卫 星导航系统随着自身的发展和民用频段信号的逐渐开放，也越来越广泛地被应用到民用基 础建设、经济、车载导航等民生领域，并同时衍生进入大数据智慧城市、物联网、车联网等 "互联网+"城市战略部署应用中。
[0004] 目前，北斗卫星导航系统已有成功发射的在轨工作卫星20颗，可提供覆盖区范围 的定位精度优于10米，可满足导航定位的基本需求。北斗卫星导航系统在从区域覆盖到全 球覆盖的逐渐发展过程中，将逐渐脱离对其他导航系统的依赖，实现真正的独立自主。相应 地，北斗卫星导航系统在民用产业的应用也会更广，而民用接收机对定位精度和可靠性的 需求会更高。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种基于北斗二代导航系统的民用双频定位接收机，其具有较高的定 位精度，能获得更加有效和可靠的定位结果。方案如下：
[0006] -种基于北斗二代导航系统的民用双频定位接收机，包括系统控制模块、双射频 模块、基带处理通道模块、电文收集解译模块、参数提取模块、双频测量量处理模块、时间维 护模块以及定位定速模块;所述双射频模块用于接收来自卫星的双射频信号，并进行下变 频以输出中频信号;所述基带处理通道模块，与所述系统控制模块和所述双射频模块连接， 用于进行基带处理的通道分配以及通道参数的配置，并对所述中频信号进行基带处理以输 出信号的测量量和比特信息;所述电文收集解译模块与所述基带处理通道模块连接，用于 对所述比特信息进行解译以得到电文信息;其中，所述电文信息包括星历部分和历书部分； 所述参数提取模块，与所述基带处理通道模块、所述电文收集解译模块和所述系统控制模 块连接，用于提取所述电文信息和所述测量量，并把测量量按卫星号进行分组;所述双频测 量量处理模块，与所述参数提取模块、所述定位定速模块以及所述系统控制模块连接，用于 对当前所有有效通道输出的测量量进行可靠性增强处理，并将进行可靠性增强处理之后的 测量量输出至所述定位定速模块;所述时间维护模块，与所述系统控制模块和所述定位定 速模块连接，用于从所述定位定速模块中提取时间参数，计算时间误差，更新时间参数并反 馈给所述系统控制模块调整系统时间以使所述民用双频定位接收机的所有模块的工作时 间一致;所述定位定速模块，与所述参数提取模块、所述双频测量量处理模块以及所述系统 控制模块连接，用于根据所述电文信息和经可靠性增强处理之后的测量量，来构建多维高 阶测量方程和状态方程，并对所述多维高阶测量方程和所述状态方程进行定位定速解算， 以获得定位结果。
[0007] 本发明提供的上述民用双频定位接收机，具有以下有益效果:通过基于北斗二代 民用双频信号，采用所述基带处理通道模块可实现有效基带处理，并通过优化硬件资源灵 活提高通道容量;通过所述双频测量量处理模块，对通过跟踪双频信号而提取到的测量量 进行可靠性增强处理，以获得更加可靠的测量量，从而为定位定速模块进行定位定速解算 提供更可靠和更小抖动、更小误差的参数基础，同时，定位定速模块可有效提高定位精度， 减小定位误差抖动，且在卫星信号质量较差或卫星颗数较少时，与单频方案相比，定位结果 输出的有效性和可靠性都有明显提尚。
[0008] 更进一步地，所述基带处理通道模块包括以下三个子模块:模式识别子模块，对射 频输出的中频信号的信号模式进行自动识别;模式参数配置子模块，与所述模式识别子模 块连接，依据所述信号模式，对通道进行相应的参数配置，以对相应的中频信号进行基带处 理，基带处理包括捕获、跟踪和同步;通道分配控制子模块，用于对当前待处理的通道配置 进行状态维护，并在通道紧张时通过分时处理来控制进行通道分时复用，以提高基带处理 容量。
[0009] 更进一步地，所述通道分配控制子模块包括:通道切换单元，与所述系统控制模 块、所述双射频模块以及所述基带处理通道模块连接，用于控制各基带处理通道的连通或 切断;通道状态维护单元，与所述系统控制模块连接，用于对通道状态参数进行缓存，并向 所述系统控制模块上报通道状态参数;通道分配策略单元，与所述系统控制模块连接，用于 进行通道在不同启动方式下的分配初始化及通道状态变更后的策略切换，并对所述系统控 制模块的命令进行解析以插入新的工作通道或强制关闭工作通道，以及在通道紧张时启动 分时复用；分时复用控制策略单元，用于在通道紧张且出现新的待捕获或跟踪的卫星时，选 择部分或全部通道资源进行分时复用来增加相同时间周期内可处理的卫星颗数。
[0010] 更进一步地，所述双频测量量处理模块通过以下四个子模块来进行所述可靠性增 强处理:线性组合处理子模块、非线性组合处理子模块、周整模糊度估算和补偿子模块以及 合理性判决子模块，其中：
[0011] 线性组合处理子模块，连接至所述参数提取模块以及合理性判决子模块，对同颗 卫星的双频信号进行线性组合，并根据所述测量量的自身波动和相对差异来选择或进行更 新，以提供给所述合理性判决子模块进行测量量矩阵方程组的构建，其中所述测量量至少 包括伪距、多普勒、相位和误差；
[0012] 非线性组合处理子模块，连接至所述参数提取模块以及合理性判决子模块，对不 同颗卫星的双频信号进行非线性组合，并根据所述测量量的物理传输特性来获得或抵消部 分传输延迟误差，完成测量量的补偿和更新，以提供给所述合理性判决子模块进行测量量 矩阵方程组的构建；
[0013] 周整模糊度估算和补偿子模块，连接至所述参数提取模块以及合理性判决子模 块，基于启动后多个定位历元时刻的状态信息量组，对所述测量量的周整模糊度进行估算 和判定，补偿周整模糊度来减小误差;并依据不同时刻获得的测量量推算出虚拟高阶测量 量，其中所述虚拟高阶测量量至少包括所述测量量的变化速度和加速度;输出补偿周整模 糊度后的测量量和所述虚拟高阶测量量至所述合理性判决子模块；
[0014] 合理性判决子模块，与所述参数提取模块以及所述定位定速模块，将经线性组合 处理子模块、非线性组合处理子模块、周整模糊度估算和补偿子模块以及参数提取模块处 理后输出的测量量进行加权，并对来自所述定位定速模块的定位定速历史进行拟合插值， 依据物理合理性和空间几何结构的封闭性，构建所述矩阵方程组，基于所述矩阵方程组的 元素之间的制约关系进行迭代、限定、噪声补偿、平滑滤波以及合理性判决，满足判决条件 或达到迭代次数限定则完成本次判决，将补偿和更新后的测量量缓存提供下次定位时刻的 合理性判决，并提供给所述定位定速模块;其中，所述矩阵方程组的元素至少包括接收机坐 标、卫星坐标、测量量、测量量的变化速度和加速度、噪声能量、误差项。
[0015] 更进一步地，所述定位定速模块包括:多维高阶测量方程子模块，连接至所述双频 测量量处理模块，将经过所述可靠性增强处理后的测量量用于构建所述多维高阶测量方 程，并参与定位定速解算;状态方程子模块，连接至所述参数提取模块、所述双频测量量处 理模块，将所述参数提取模块提取的测量量与经过所述双频测量量处理模块进行可靠性增 强处理之后的测量量进行比较、选择和加权，以对参与定位的卫星状态量进行估计，构建所 述状态方程，并参与定位定速解算;噪声估计子模块，与所述参数提取模块、所