CN106908817A - 辅助导航定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助导航定位方法及系统。所述方法包括：接收机接收当前GNSS信号，在所述当前GNSS信号的功率小于预设功率，并且所述当前GNSS信号的载噪比小于预设载噪比时，获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息，根据所述GNSS辅助信息完成对当前GNSS信号的捕获、跟踪及计算伪距差值以确定所述接收机的位置向量，并根据所述位置向量确定所述接收机的位置信息，以实现辅助导航定位。本发明通过CDRadio信道发送的GNSS信号辅助信息来实现辅助导航定位，解决了移动互联网来传送GNSS信号辅助信息的不稳定问题，显著提升了高灵敏度GNSS接收机的实际应用范围和用户体验。

Description

辅助导航定位方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种辅助导航定位方法及系统。

背景技术

进入21世纪后，卫星导航技术在市场上取得了巨大的成功，随着卫星导航技术的广泛应用，人们对它的要求也越来越高，例如人们希望在穿越浓密植被的山区或者在室内实时地获取自己的位置；但一般在浓密植被的山区或者在室内时，GNSS信号都比较弱，当卫星信号非常微弱时，由于信噪比极低，传统的接收机无法捕获到卫星信号；在弱GNSS信号情况下，会使用高灵敏度GNSS接收机往往需要采用累积的方法来提高被捕获、跟踪GNSS信号的信噪比，只有当GNSS信号的信噪比超过一定门限后才可完成对该GNSS信号的捕获和跟踪。高灵敏度GNSS接收机在捕获到至少五颗GNSS卫星信号后即可通过解粗时导航方程来进行定位，但如果直接解这样的粗时导航方程会存在整毫秒数翻转问题。目前针对整毫秒数模糊问题最常见的解决方案是给高灵敏度GNSS接收机提供辅助参考站的位置坐标、卫星星历以及参考时间，接收机根据这些先验信息就可以消除整毫秒数翻转问题，从而得到对应卫星的全伪距，再通过解重构的粗时导航方程就可得到接收机的定位结果。

现有技术中，GNSS信号辅助信息的主流传输方案是通过用移动互联网来完成的，由于互联网复杂的拓扑结构以及移动通信固有的覆盖范围小、延迟动态范围大、小区切换、多用户并发等特点，往往会导致GNSS辅助信息传输的不稳定，极大地影响了高灵敏度GNSS接收机的实际应用和用户体验。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种基于CDRadio的辅助导航定位方法及系统，旨在解决现有技术中传输GNSS信号辅助信息不稳定的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种辅助导航定位方法，所述方法包括：

接收机接收当前GNSS信号，在所述当前GNSS信号的功率小于预设功率，并且所述当前GNSS信号的载噪比小于预设载噪比时，获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息；

从所述GNSS辅助信息中提取当前可见星星号、所述GNSS辅助参考站观测卫星的载波多普勒频率、卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间；

当所述载波多普勒频率、当前GNSS信号扩频码的相位和所述当前可见星星号满足预设条件时，捕获所述当前GNSS信号并对在所述参考时间内的当前GNSS信号进行跟踪，将所述参考时间内的当前GNSS信号作为目标GNSS信号；

根据所述GNSS辅助参考站的位置信息确定所述目标GNSS信号的先验估计伪距；

根据所述卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间计算各卫星的预期分数伪距，选取一颗卫星作为参考卫星，并根据所述参考卫星的预期分数伪距及其他卫星的预期分数伪距生成全伪距；

计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量，并根据所述接收机的位置向量确定所述接收机的位置信息，以实现辅助导航定位。

优选地，所述获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息之后，所述方法还包括：

对所述当前GNSS信号进行验证，若验证通过，则确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

优选地，所述对所述辅助当前GNSS信号进行验证，具体包括：

根据所述GNSS辅助信息将所述当前GNSS信号的载波多普勒频率进行解调和剥离，将解调和剥离后的所述GNSS信号进行相干和非相干积累后，与本地复现码进行相关，将相关后的结果与预设门限值进行比较，当所述相关后的结果大于等于所述预设门限值时，则验证通过，确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

优选地，所述将相关后的结果与预设门限值进行比较之后，所述方法还包括：

当所述相关后的结果小于所述预设门限值时，则验证不通过，重新接收当前GNSS信号。

优选地，所述计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值之后，所述方法还包括：

判断所述伪距差值是否小于预设差值，确定所述伪距差值是否为所需要的伪距差值；

当所述伪距差值小于所述预设差值时，确定所述伪距差值为所述所需要的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量；

当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，重新选取一颗卫星为所述参考卫星，重新生成所述全伪距，进而重新计算所述伪距差值。

为实现上述目的，本发明还提供一种辅助导航定位系统，所述系统包括：接收信号模块，用于接收当前GNSS信号，在所述当前GNSS信号的功率小于预设功率，并且所述当前GNSS信号的载噪比小于预设载噪比时，获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息；

辅助信息提取模块，用于从所述GNSS辅助信息中提取当前可见星星号、所述GNSS辅助参考站观测卫星的载波多普勒频率、卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间；

目标信号确认模块，用于当所述载波多普勒频率、当前GNSS信号扩频码的相位和所述当前可见星星号满足预设条件时，捕获所述当前GNSS信号并对在所述参考时间内的当前GNSS信号进行跟踪，将所述参考时间内的当前GNSS信号作为目标GNSS信号；

先验估计伪距确定模块，用于根据所述GNSS辅助参考站的位置信息确定所述目标GNSS信号的先验估计伪距；

全伪距生成模块，用于根据所述卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间计算各卫星的预期分数伪距，选取一颗卫星作为参考卫星，并根据所述参考卫星的预期分数伪距及其他卫星的预期分数伪距生成全伪距；

确定位置模块，用于计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量，并根据所述接收机的位置向量确定所述接收机的位置信息，以实现辅助导航定位。

优选地，所述系统还包括：

信号验证模块，用于对所述当前GNSS信号进行验证，若验证通过，则确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

相应地，所述信号验证模块，还用于根据所述GNSS辅助信息将所述当前GNSS信号的载波多普勒频率进行解调和剥离，将解调和剥离后的所述GNSS信号进行相干和非相干积累后，与本地复现码进行相关，将相关后的结果与预设门限值进行比较，当所述相关后的结果大于等于所述预设门限值时，则验证通过，确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

相应地，所述信号验证模块，还用于当所述相关后的结果小于所述预设门限值时，则验证不通过，重新接收当前GNSS信号。

相应地，所述确定位置模块，还用于判断所述伪距差值是否小于预设差值，确定所述伪距差值是否为所需要的伪距差值；

当所述伪距差值小于所述预设差值时，确定所述伪距差值为所述所需要的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量；

当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，重新选取一颗卫星为所述参考卫星，重新生成所述全伪距，进而重新计算所述伪距差值。

本发明通过CDRadio信道发送的GNSS信号辅助信息来实现辅助导航定位，解决了移动互联网来传送GNSS信号辅助信息的不稳定问题，显著提升了高灵敏度GNSS接收机的实际应用范围和用户体验。

附图说明

图1为本发明一种辅助导航定位方法流程框图；

图2为本发明一种辅助导航定位方法中GNSS辅助信息验证的流程示意图；

图3为本发明一种辅助导航定位方法中伪距差值确认的流程示意图；

图4为本发明一种辅助导航定位方法中生成全伪距的流程示意图；

图5为本发明一种辅助导航定位方法实现场景流程示意图；

图6为本发明一种辅助导航定位系统第一实施例功能模块示意图；

图7为本发明一种辅助导航定位系统第二实施例功能模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一种辅助导航定位方法流程框图，参照图1，所述方法包括：

S1、接收机接收当前GNSS信号，在所述当前GNSS信号的功率小于预设功率，并且所述当前GNSS信号的载噪比小于预设载噪比时，获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息；

需要说明的是，所述GNSS信号的功率小于预设功率且载噪比小于预设载噪比是指在弱GNSS信号的情况下，一般为接收功率<-150dBm，C/N0<25dB·Hz的情况下，此时普通的卫星导航接收机不能在这些环境中工作，所以一般使用高灵敏度GNSS接收机，但高灵敏度GNSS接收机往往需要采用累积的方法来提高被捕获、跟踪GNSS信号的信噪比，只有当GNSS信号的信噪比超过一定门限后才可以完成对该GNSS信号的捕获和跟踪；

可理解的是，所述GNSS辅助信息包括：所述GNSS辅助站参考时间、所述GNSS辅助站位置坐标、当前可见星号、对应卫星的电文、所述GNSS辅助站观测到的卫星的多普勒频率、卫星星历等；应理解的是，所述GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System)，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。

可理解的是，所述CDRadio是中国数字音频(China Digital Radio)的简称。它是针对中国调频广播而专门设计的，通过使用非规则频谱分配、OFDM调制、LDPC纠错编码、时间分片和分层调制等关键技术，能够更有效地利用现有模拟调频频段间的频谱间隙、具有接收灵敏度高、抗干扰能力强等特点，同时使数字信号与模拟信号共生在同一频段，是全球独创的先进技术；

S2、从所述GNSS辅助信息中提取当前可见星星号、所述GNSS辅助参考站观测卫星的载波多普勒频率、卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间；可理解的是，所述辅助信息包括所述辅助参考站时间、所述辅助站先验位置、和所述卫星星历，还包括当前可见星卫星号、电文、多普勒频率等能够对导航定位产生辅助作用的信息；

S3、当所述载波多普勒频率、当前GNSS信号扩频码的相位和所述当前可见星星号满足预设条件时，捕获所述当前GNSS信号并对在所述参考时间内的当前GNSS信号进行跟踪，将所述参考时间内的当前GNSS信号作为目标GNSS信号；

需要说明的是，所述捕获过程为在所述辅助参考时间内通过CDRadio信道将当前GNSS信号的载波多普勒频率和电文信息发送给接收机的过程，相比于现有技术中通过移动通信网发送的方式，采用本发明的通过CDRadio信道发送，能够及时、准确和稳定的获取GNSS信号的载波多普勒频率和电文信息，能够缩短进行相干累计和非相干累计的累计时间，从而更快的提高GNSS信号的信噪比；

可理解的是GNSS导航信号可表示为：

其中√2P为信号幅度，D(t)为当前GNSS信号的扩频码，C(t)为伪随机噪声码(PN),cos(2πf_IFt+θ)为载波信号。

由上式可知，完整的GNSS信号主要由三个部分组成的，当前GNSS信号扩频码的相位D(t)，PN码C(t)，载波cos(2πf_IF t+θ)。GNSS信号的载波部分可通过接收机本地产生的载波来解调，剥离掉载波后的GNSS信号在与本地复现的PN码作相关，将相关后的结果与门限进行比较，如果超过门限，即可认为捕获成功，反之，则是捕获失败；上述的GNSS捕获过程实质上就是在频率和PN码相位这两个维度上，对目标GNSS信号作二维相关和搜索，当二维相关结果的最大值通过预设门限时，则说明捕获成功，此最大值对应的频率和码相位就是被捕获GNSS信号的载波多普勒频率和PN码相位初值；

在具体实现中，当GNSS信号为弱信号时，一次二维搜索得到的最大值往往无法通过门限，常常会通过一段时间的相干和非相干累积的方法来提高GNSS信号的信噪比。但是如果在累积时间段内的GNSS信号的载波多普勒频率是未知的话，则接收机要么需要耗费很长时间来猜测和试错，才能确定被捕获GNSS信号的载波多普勒频率，要么通过采用非常复杂的信号处理模型来估计载波多普勒频率，而无论哪个方案都不能给用户提供满意的客户体验。因此在捕获弱GNSS信号时，通过CDRadio信道将辅助参考时间内GNSS信号的载波多普勒频率和电文信息给接收机，能够很好的解决上述问题。

应理解的是，当对GNSS信号捕获成功后，对捕获成功的GNSS信号进行跟踪，与本地生成的两路正交载波相乘，完成载波的解调操作，然后再分别与本地PN码发生器生成的即时码、超前半码片的超前码、滞后半码片的滞后码进行积分操作，将积分后的结果传给载波跟踪环路和码跟踪环路进行跟踪，得到的跟踪结果再反馈给本地载波和本地码的发生器进行调整；

在具体实现中，当GNSS信号为弱信号时，一次积分的结果信噪比往往很差，从而导致跟踪不能锁定或者跟踪环路失锁，这时就需要通过一段时间的相干和非相干累积的方法来提高跟踪环路的输入信噪比。但是如果在累积时间段内的GNSS信号的导航电文是未知的话，则接收机需要耗费很长时间来猜测和试错，才能确定被跟踪GNSS信号的的导航电文，而这样的方法是不能给用户提供满意的客户体验。因此在跟踪弱GNSS信号时，相比于现有技术中移动通信传输，通过CDRadio信道能够及时、准确和稳定地向GNSS接收机提供这些辅助信息，正好解决了上述问题。

S4、根据所述GNSS辅助参考站的位置信息确定所述目标GNSS信号的先验估计伪距；

需要说明的是，所述先验估计伪距为通过所述辅助参考站的位置信息估计所述辅助参考站的先验状态的伪距；

可以理解的是，所述伪距为GNSS卫星能够按照星载时钟发射某一结构为“伪随机噪声码”的信号，称为测距码信号(即粗码C/A码或精码P码)；该信号从卫星发射经时间Δt后，到达接收机天线；用上述信号传播时间Δt乘以电磁波在真空中的速度c，就是卫星至接收机的空间几何距离ρ，即ρ＝Δtc；实际上，由于传播时间Δt中包含有卫星时钟与接收机时钟不同步的误差、卫星星历误差、接收机测量噪声以及测距码在大气中传播的延迟误差等等，由此求得的距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称之为“伪距”；

S5、根据所述卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间计算各卫星的预期分数伪距，选取一颗卫星作为参考卫星，并根据所述参考卫星的预期分数伪距及其他卫星的预期分数伪距生成全伪距；

S6、计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量，并根据所述接收机的位置向量确定所述接收机的位置信息，以实现辅助导航定位。

在具体实现中，所述根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量一般将所述位置向量代入到粗时导航方程中，得出所述位置向量；

可理解的是，高灵敏度GNSS接收机在捕获到至少五颗GNSS卫星信号后即可通过解粗时导航方程来进行定位，但如果直接解这样的粗时导航方程会存在整毫秒数翻转问题。目前针对整毫秒数模糊问题最常见的解决方案是给高灵敏度GNSS接收机提供辅助参考站的位置坐标、卫星星历以及参考时间，接收机根据这些先验信息就可以消除整毫秒数翻转问题，从而得到对应卫星的全伪距，再通过解重构的粗时导航方程就可得到接收机的定位结果；

需要说明的是，在粗时导航方程中，粗时是指粗略时间，指的是时间精度低于10ms的参考时间，先验状态更新向量中将引入一个新的状态变量tc来表示未知的粗时误差，那么现在的状态更新向量为δx＝[δ_x,δ_y,δ_z,δ_b,δ_tc]^T。新的矩阵方程可表示为：

δz＝Hδx+ε

其中，为新的观测矩阵,为伪距速率，γ^(k)为卫星的速度向量，表示k号卫星的时钟偏差速率；

如果H中至少有5个独立的行，那么我们就能解出δx，因此需要至少从5颗不同的卫星上获取伪距测量值。但由于引入了未知的偏差，解上面的五状态方程会存在毫秒整周期模糊问题。

在具体实现中，当人们在穿越浓密植被的山区或者在室内或者在进行高速移动时想要实时地获取自己的位置，但通过用一般移动互联网来完成辅助参考站的GNSS信号辅助信息传输，因为互联网复杂的拓扑结构以及移动通信固有的覆盖范围小、延迟动态范围大、小区切换、多用户并发等特点，往往会导致GNSS辅助信息传输的不稳定，极大地影响了高灵敏度GNSS接收机的实际应用和用户体验，但是采用本实施例中的CDRadio广播技术可将GNSS辅助参考站的参考时间、位置坐标、当前可见星卫星号、电文、观测多普勒频率、星历等辅助信息及时、准确、稳定地传送给GNSS接收机，解决了移动互联网来传送GNSS信号辅助信息的不可靠性问题，显著提升了高灵敏度GNSS接收机的实际应用范围和用户体验。

图2为本发明一种辅助导航定位方法中GNSS辅助信息验证流程示意图；基于上述图1所示的方法，参照图2，所述方法包括：

S11、对所述当前GNSS信号进行验证，若验证通过，则确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号；

可以理解的是，若没有对当前GNSS信号进行验证的过程，那么当前GNSS信号不一定是最适合最好的GNSS信号，用这样一个并不准确的GNSS信号进行后续的计算的话，得出的结果肯定是不准确的，即最后的定位不是准确的，甚至有可能跟实际位置相差很大，因此很有必要对当前的GNSS信号进行验证，从而筛选出比较符合要求的GNSS信号，能够后面定位时更加精确。

S12、根据所述GNSS辅助信息将所述当前GNSS信号的载波多普勒频率进行解调和剥离，将解调和剥离后的所述GNSS信号进行相干和非相干积累后，与本地复现码进行相关；

需要说明的是，GNSS信号的载波部分可通过接收机本地产生的载波来解调，剥离掉载波后的GNSS信号在与本地复现码作相关，将相关后的结果与门限进行比较，如果超过门限，即可认为捕获成功，反之，则是捕获失败；上述的GNSS捕获过程实质上就是在频率和码相位这两个维度上，对目标GNSS信号作二维相关和搜索，当二维相关结果的最大值通过预设门限时，则说明捕获成功，此最大值对应的频率和码相位就是被捕获GNSS信号的载波多普勒频率和码相位初值；

S13、判断相关后的结果是否大于等于预设门限值；

S14、当所述相关后的结果大于等于所述预设门限值时，则验证通过，确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号；当所述相关后的结果小于所述预设门限值时，则验证不通过，重新接收当前GNSS信号；

在具体实现中，当GNSS信号为弱信号时，一次二维搜索得到的最大值往往无法通过门限，常常会通过一段时间的相干和非相干累积的方法来提高GNSS信号的信噪比。但是如果在累积时间段内的GNSS信号的载波多普勒频率是未知的话，则接收机要么需要耗费很长时间来猜测和试错，才能确定被捕获GNSS信号的载波多普勒频率，要么通过采用非常复杂的信号处理模型来估计载波多普勒频率，而无论哪个方案都不能给用户提供满意的客户体验。因此在捕获弱GNSS信号时，通过CDRadio信道将辅助参考时间内GNSS信号的载波多普勒频率和电文信息给接收机，能够很好的解决上述问题。

应理解的是，当对GNSS信号捕获成功后，对捕获成功的GNSS信号进行跟踪，与本地生成的两路正交载波相乘，完成载波的解调操作，然后再分别与本地PN码发生器生成的即时码、超前半码片的超前码、滞后半码片的滞后码进行积分操作，将积分后的结果传给载波跟踪环路和码跟踪环路进行跟踪，得到的跟踪结果再反馈给本地载波和本地码的发生器进行调整；

在具体实现中，当GNSS信号为弱信号时，一次积分的结果信噪比往往很差，从而导致跟踪不能锁定或者跟踪环路失锁，这时就需要通过一段时间的相干和非相干累积的方法来提高跟踪环路的输入信噪比。但是如果在累积时间段内的GNSS信号的导航电文是未知的话，则接收机需要耗费很长时间来猜测和试错，才能确定被跟踪GNSS信号的导航电文，而这样的方法是不能给用户提供满意的客户体验。因此在跟踪弱GNSS信号时，相比于现有技术中移动通信传输，通过CDRadio信道能够及时、准确和稳定地向GNSS接收机提供这些辅助信息，正好解决了上述问题。

需要说明的是，对弱GNSS信号累积的方法主要有相干累积和非相干累积两种；由于GNSS电文翻转和接收机与卫星之间未知多普勒频率的存在，相干累积的相干时间会受到很大的限制(一般不会超过40ms)；虽然非相干累积不受GNSS电文翻转的影响，但是在弱GNSS信号条件下的纯非相干累积会有很大的平方损耗，从而导致非相干累积的效率很低；实际操作中，人们常常先进行一段时间的相干累积后，再使用非相干累积才会得到比较好的累积效果。

可以理解的是，由于CDRadio采用了LDPC信道编码、信道估计均衡、OFDM调制等关键技术，在保证较低的接收门限的同时，仍然维持了很低的误码率，因此根据所述CDRadio设置所述预设门限值能够相对地使捕获的所述GNSS信号数量跟多，更快速的找到符合要求的GNSS信号；

图3为本发明一种辅助导航定位方法中伪距差值确认流程示意图；基于上述图1所示的方法，参照图2，所述方法包括：

S51、计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值；

可理解的是，所述伪距差值是一个可调变量，根据预估的先验状态，预测在此状态下的伪距，进行实际的伪距测量后，根据预计的伪距和实际伪距间的偏差来调整预估状态；

需要说明的是，所述先验估计伪距为通过所述辅助参考站的位置信息估计所述辅助参考站的先验状态的伪距；所述伪距为GNSS卫星能够按照星载时钟发射某一结构为“伪随机噪声码”的信号，称为测距码信号(即粗码C/A码或精码P码)；该信号从卫星发射经时间Δt后，到达接收机天线；用上述信号传播时间Δt乘以电磁波在真空中的速度c，就是卫星至接收机的空间几何距离ρ，即ρ＝Δtc；实际上，由于传播时间Δt中包含有卫星时钟与接收机时钟不同步的误差、卫星星历误差、接收机测量噪声以及测距码在大气中传播的延迟误差等等，由此求得的距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称之为“伪距”；

S52、判断所述伪距差值是否小于预设差值，确定所述伪距差值是否为所需要的伪距差值；

S53、当所述伪距差值小于所述预设差值时，确定所述伪距差值为所述所需要的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量；当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，重新选取一颗卫星为所述参考卫星，重新生成所述全伪距，进而重新计算所述伪距差值；当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，调整所述辅助站先验位置或所述辅助站参考时间，重新计算出所述预期分数伪距，并结合所述参考卫星的分数伪距重新生成所述全伪距。

可理解的是，通过本实施例中利用CDRadio信道相比较于现有技术中移动通信的传输方式接收灵敏度高和抗干扰能力强的优点能够快速、稳定和准确的传输辅助信息；根据辅助信息得到的伪距差值更加精确，比较伪距差值与预设差值的大小具有比较明显作用，如果在伪距差值过大时输出定位结果，此时的定位结果并不能够准确的反映此时接收机的位置，进行比较能够有效避免这种误差的存在，有一定的筛选作用。

图4为本发明一种辅助导航定位方法中生成全伪距的流程示意图；基于上述图1所示的方法，参照图4，所述方法包括：

获取所述CDRadio发出的所述辅助站参考时间、卫星星历和辅助站先验位置计算出预期的分数伪距，结合参考卫星的分数伪距生成全伪距，将所述先验估计伪距与所述全伪距进行比较，获得伪距差值，利用所述伪距差值解粗时导航方程获得位置向量，当所述伪距差值小于预设差值时，根据所述位置向量输出定位结果。

需要说明的是，计算出所有测量卫星的期望全伪距，然后选择一颗卫星作为参考卫星，为了区别参考卫星和其他卫星，将使用上标(0)来表示参考卫星，用上标(k)表示其他卫星。给参考卫星赋一个整数值N⁽⁰⁾,则它重构的全伪距为N⁽⁰⁾+Z⁽⁰⁾ms，Z⁽⁰⁾指测量的亚毫秒伪距，以毫秒为单位表示。接下来我们可以用这个指定的整数来构造其他的整毫秒值。

N⁽⁰⁾的赋值中包含有重构的全伪距中的公共偏差，可用下面的方程来表示

这里r⁽⁰⁾是到卫星的真实几何距离，是从先验的(粗)发射时刻到先验位置估计的几何距离，d⁽⁰⁾是中存在的误差，是由先验的位置和时间误差引起的，是(已知)卫星时钟偏差，b是公共偏差，ε⁽⁰⁾是测量误差。所有的长度单位都用光毫秒(光在一毫秒时间内传播的距离，接近300km)来表示。

对于卫星k则有：

将上面的两式相减，得到

从上式可以看出，公共偏差b被正确地消除了，d^(k)，d⁽⁰⁾值取决于先验位置和时间的误差，如果-d^(k)-δ^(k)+b+ε^(k)小于0.5光毫秒(约150km)，则经过四舍五入操作后就变成了0，于是有

式中的所有项均为已知的，因此也就消除了粗时导航方程中的毫秒整周期模糊问题。

图5为本发明一种辅助导航定位方法实现场景流程示意图；基于上述图1所示的方法，参照图5，所述方法包括：

辅助参考站100接收由GNSS卫星500发出的GNSS信号200后，提取出辅助信息110；

将所述辅助信息110通过所述CDRadio广播信道300发送给GNSS接收终端400；

所述辅助信息110辅助GNSS接收终端400进行高灵敏度的导航定位。

图6为本发明一种辅助导航定位系统第一实施例功能模块示意图；参照图6，所述系统包括：

接收信号模块10，用于接收当前GNSS信号，在所述当前GNSS信号的功率小于预设功率，并且所述当前GNSS信号的载噪比小于预设载噪比时，获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息；

需要说明的是，所述GNSS信号的功率小于预设功率且载噪比小于预设载噪比是指在弱GNSS信号的情况下，一般为接收功率<-150dBm，C/N0<25dB·Hz的情况下，此时普通的卫星导航接收机不能在这些环境中工作，所以一般使用高灵敏度GNSS接收机，但高灵敏度GNSS接收机往往需要采用累积的方法来提高被捕获、跟踪GNSS信号的信噪比，只有当GNSS信号的信噪比超过一定门限后才可以完成对该GNSS信号的捕获和跟踪；

可理解的是，所述GNSS辅助信息包括：所述GNSS辅助站参考时间、所述GNSS辅助站位置坐标、当前可见星号、对应卫星的电文、所述GNSS辅助站观测到的卫星的多普勒频率、卫星星历等；

辅助信息提取模块20，用于从所述GNSS辅助信息中提取当前可见星星号、所述GNSS辅助参考站观测卫星的载波多普勒频率、卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间；目标信号确认模块30，用于当所述载波多普勒频率、当前GNSS信号扩频码的相位和所述当前可见星星号满足预设条件时，捕获所述当前GNSS信号并对在所述参考时间内的当前GNSS信号进行跟踪，将所述参考时间内的当前GNSS信号作为目标GNSS信号；

可理解的是，所述辅助信息包括所述辅助参考站时间、所述辅助站先验位置、和所述卫星星历，还包括当前可见星卫星号、电文、多普勒频率等能够对导航定位产生辅助作用的信息；

需要说明的是，所述捕获过程为在所述辅助参考时间内通过CDRadio信道将当前GNSS信号的载波多普勒频率和电文信息发送给接收机的过程，相比于现有技术中通过移动通信网发送的方式，采用本发明的通过CDRadio信道发送，能够及时、准确和稳定的获取GNSS信号的载波多普勒频率和电文信息，能够缩短进行相干累计和非相干累计的累计时间，从而更快的提高GNSS信号的信噪比；

需要说明的是GNSS导航信号可表示为：

其中√2P为信号幅度，D(t)为当前GNSS信号扩频码，C(t)为伪随机噪声码(PN),cos(2πf_IF t+θ)为载波信号。

由上式可知，完整的GNSS信号主要由三个部分组成的，当前GNSS信号扩频码的相位D(t)，PN码C(t)，载波cos(2πf_IF t+θ)。GNSS信号的载波部分可通过接收机本地产生的载波来解调，剥离掉载波后的GNSS信号在与本地复现的PN码作相关，将相关后的结果与门限进行比较，如果超过门限，即可认为捕获成功，反之，则是捕获失败；上述的GNSS捕获过程实质上就是在频率和PN码相位这两个维度上，对目标GNSS信号作二维相关和搜索，当二维相关结果的最大值通过预设门限时，则说明捕获成功，此最大值对应的频率和码相位就是被捕获GNSS信号的载波多普勒频率和PN码相位初值；

在具体实现中，当GNSS信号为弱信号时，一次二维搜索得到的最大值往往无法通过门限，常常会通过一段时间的相干和非相干累积的方法来提高GNSS信号的信噪比。但是如果在累积时间段内的GNSS信号的载波多普勒频率是未知的话，则接收机要么需要耗费很长时间来猜测和试错，才能确定被捕获GNSS信号的载波多普勒频率，要么通过采用非常复杂的信号处理模型来估计载波多普勒频率，而无论哪个方案都不能给用户提供满意的客户体验。因此在捕获弱GNSS信号时，通过CDRadio信道将辅助参考时间内GNSS信号的载波多普勒频率和电文信息给接收机，能够很好的解决上述问题。

应理解的是，当对GNSS信号捕获成功后，对捕获成功的GNSS信号进行跟踪，与本地生成的两路正交载波相乘，完成载波的解调操作，然后再分别与本地PN码发生器生成的即时码、超前半码片的超前码、滞后半码片的滞后码进行积分操作，将积分后的结果传给载波跟踪环路和码跟踪环路进行跟踪，得到的跟踪结果再反馈给本地载波和本地码的发生器进行调整；

在具体实现中，当GNSS信号为弱信号时，一次积分的结果信噪比往往很差，从而导致跟踪不能锁定或者跟踪环路失锁，这时就需要通过一段时间的相干和非相干累积的方法来提高跟踪环路的输入信噪比。但是如果在累积时间段内的GNSS信号的导航电文是未知的话，则接收机需要耗费很长时间来猜测和试错，才能确定被跟踪GNSS信号的导航电文，而这样的方法是不能给用户提供满意的客户体验。因此在跟踪弱GNSS信号时，相比于现有技术中移动通信传输，通过CDRadio信道能够及时、准确和稳定地向GNSS接收机提供这些辅助信息，正好解决了上述问题。

先验估计伪距确定模块40，用于根据所述GNSS辅助参考站的位置信息确定所述目标GNSS信号的先验估计伪距；

全伪距生成模块50，用于根据所述卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间计算各卫星的预期分数伪距，选取一颗卫星作为参考卫星，并根据所述参考卫星的预期分数伪距及其他卫星的预期分数伪距生成全伪距；

确定位置模块60，用于计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量，并根据所述接收机的位置向量确定所述接收机的位置信息，以实现辅助导航定位。

应理解的是，所述当前GNSS信号的导航信息是每秒50位的连续的数据流每颗卫星都同时向地面发送以下信息：每个卫星独自将数据流调制成高频信号，数据传输时按逻辑分成不同的页(或称为帧)，每一页有1500位，传输时间需30秒。每一页双分为五个子页(或称子帧)，每子页有300位，传输时间为6秒。为了传输一个完整的历书，需不同的25页(帧)，也就是需要12.5分钟。一个GPS接收机要实现其功能至少要接收一个完整的历书；

需要说明的是，在本实施例基本的GNSS定位计算中，描述状态的有4个量：x,y,z(位置坐标)，b(伪距中常见的偏差)。具体的计算过程如下：

估计先验状态。

预测在此状态下的伪距。

进行实际的伪距测量。

根据预计与实测伪距间的偏差来调整预估状态。

上述过程可用下面的矩阵方程来表示：

那么现在的状态更新向量为δx＝[δ_x,δ_y,δ_z,δ_b,δ_tc]^T。新的矩阵方程可表示为：δz＝Hδx+ε

其中，为新的观测矩阵,为伪距速率，γ^(k)为卫星的速度向量，表示k号卫星的时钟偏差速率；

这里z为实测的伪距向量，为预测的伪距向量。

为观测矩阵，其中-e^(k)是从先验位置到k号卫星方向的单位向量。

δx＝[δ_x,δ_y,δ_z,δ_b,δ_tc]^T表示对先验状态x,y,z,b的更新向量。

ε表示测量误差[ε⁽¹⁾，ε⁽³⁾，…，ε^(k)]^T。

如果H中至少有4个独立的行，那么就可以求解δx，例如最小二乘法解为：

相应地，所述确定位置模块60，还用于判断所述伪距差值是否小于预设差值，确定所述伪距差值是否为所需要的伪距差值；当所述伪距差值小于所述预设差值时，确定所述伪距差值为所述所需要的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量；当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，重新选取一颗卫星为所述参考卫星，重新生成所述全伪距，进而重新计算所述伪距差值。

可理解的是，高灵敏度GNSS接收机在捕获到至少五颗GNSS卫星信号后即可通过解粗时导航方程来进行定位，但如果直接解这样的粗时导航方程会存在整毫秒数翻转问题。目前针对整毫秒数模糊问题最常见的解决方案是给高灵敏度GNSS接收机提供辅助参考站的位置坐标、卫星星历以及参考时间，接收机根据这些先验信息就可以消除整毫秒数翻转问题，从而得到对应卫星的全伪距，再通过解重构的粗时导航方程就可得到接收机的定位结果。

图7为本发明一种辅助导航定位系统第二实施例功能模块示意图；基于图6所示的方法，参照图7，所述系统包括：接收信号模块10、辅助信息提取模块20、目标信号确认模块30、先验估计伪距确定模块40、全伪距生成模块50、确定位置模块60和信号验证模块11；

信号验证模块11，用于对所述当前GNSS信号进行验证，若验证通过，则确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。相应地，所述信号验证模块11，还用于根据所述GNSS辅助信息将所述当前GNSS信号的载波多普勒频率进行解调和剥离，将解调和剥离后的所述GNSS信号进行相干和非相干积累后，与本地复现码进行相关，将相关后的结果与预设门限值进行比较，当所述相关后的结果大于等于所述预设门限值时，则验证通过，确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

相应地，所述信号验证模块11，还用于当所述相关后的结果小于所述预设门限值时，则验证不通过，重新接收当前GNSS信号。

相应地，所述确定位置模块60，还用于判断所述伪距差值是否小于预设差值，确定所述伪距差值是否为所需要的伪距差值；

当所述伪距差值小于所述预设差值时，确定所述伪距差值为所述所需要的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量；

当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，重新选取一颗卫星为所述参考卫星，重新生成所述全伪距，进而重新计算所述伪距差值。

可理解的是，通过本实施例中利用CDRadio信道相比较于现有技术中移动通信的传输方式接收灵敏度高和抗干扰能力强的优点能够快速、稳定和准确的传输辅助信息；根据辅助信息得到的伪距差值更加精确，比较伪距差值与预设差值的大小具有比较明显作用，如果在伪距差值过大时输出定位结果，此时的定位结果并不能够准确的反映此时接收机的位置，进行比较能够有效避免这种误差的存在，有一定的筛选作用。

可以理解的是，由于CDRadio采用了LDPC信道编码、信道估计均衡、OFDM调制等关键技术，在保证较低的接收门限的同时，仍然维持了很低的误码率，因此根据所述CDRadio设置所述预设门限值能够相对地使捕获的所述GNSS信号数量更多，更快速的找到符合要求的GNSS信号。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种辅助导航定位方法，其特征在于，所述方法包括：

接收机接收当前GNSS信号，在所述当前GNSS信号的功率小于预设功率，并且所述当前GNSS信号的载噪比小于预设载噪比时，获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息；

从所述GNSS辅助信息中提取当前可见星星号、所述GNSS辅助参考站观测卫星的载波多普勒频率、卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间；

当所述载波多普勒频率、当前GNSS信号扩频码的相位和所述当前可见星星号满足预设条件时，捕获所述当前GNSS信号并对在所述参考时间内的当前GNSS信号进行跟踪，将所述参考时间内的当前GNSS信号作为目标GNSS信号；

根据所述GNSS辅助参考站的位置信息确定所述目标GNSS信号的先验估计伪距；

根据所述卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间计算各卫星的预期分数伪距，选取一颗卫星作为参考卫星，并根据所述参考卫星的预期分数伪距及其他卫星的预期分数伪距生成全伪距；

计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量，并根据所述接收机的位置向量确定所述接收机的位置信息，以实现辅助导航定位。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息之后，所述方法还包括：

对所述当前GNSS信号进行验证，若验证通过，则确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述辅助当前GNSS信号进行验证，具体包括：

根据所述GNSS辅助信息将所述当前GNSS信号的载波多普勒频率进行解调和剥离，将解调和剥离后的所述GNSS信号进行相干和非相干积累后，与本地复现码进行相关，将相关后的结果与预设门限值进行比较，当所述相关后的结果大于等于所述预设门限值时，则验证通过，确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将相关后的结果与预设门限值进行比较之后，所述方法还包括：

当所述相关后的结果小于所述预设门限值时，则验证不通过，重新接收当前GNSS信号。

5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值之后，所述方法还包括：

判断所述伪距差值是否小于预设差值，确定所述伪距差值是否为所需要的伪距差值；

当所述伪距差值小于所述预设差值时，确定所述伪距差值为所述所需要的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量；

当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，重新选取一颗卫星为所述参考卫星，重新生成所述全伪距，进而重新计算所述伪距差值。

6.一种辅助导航定位系统，其特征在于，所述系统包括：

接收信号模块，用于接收当前GNSS信号，在所述当前GNSS信号的功率小于预设功率，并且所述当前GNSS信号的载噪比小于预设载噪比时，获取由GNSS辅助参考站通过CDRadio信道发送的GNSS辅助信息；

辅助信息提取模块，用于从所述GNSS辅助信息中提取当前可见星星号、所述GNSS辅助参考站观测卫星的载波多普勒频率、卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间；

目标信号确认模块，用于当所述载波多普勒频率、当前GNSS信号扩频码的相位和所述当前可见星星号满足预设条件时，捕获所述当前GNSS信号并对在所述参考时间内的当前GNSS信号进行跟踪，将所述参考时间内的当前GNSS信号作为目标GNSS信号；

先验估计伪距确定模块，用于根据所述GNSS辅助参考站的位置信息确定所述目标GNSS信号的先验估计伪距；

全伪距生成模块，用于根据所述卫星星历、所述GNSS辅助参考站的位置信息及参考时间计算各卫星的预期分数伪距，选取一颗卫星作为参考卫星，并根据所述参考卫星的预期分数伪距及其他卫星的预期分数伪距生成全伪距；

确定位置模块，用于计算所述先验估计伪距与所述全伪距之间的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量，并根据所述接收机的位置向量确定所述接收机的位置信息，以实现辅助导航定位。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

信号验证模块，用于对所述当前GNSS信号进行验证，若验证通过，则确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号验证模块，还用于根据所述GNSS辅助信息将所述当前GNSS信号的载波多普勒频率进行解调和剥离，将解调和剥离后的所述GNSS信号进行相干和非相干积累后，与本地复现码进行相关，将相关后的结果与预设门限值进行比较，当所述相关后的结果大于等于所述预设门限值时，则验证通过，确认所述当前GNSS信号为所需要的当前GNSS信号。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号验证模块，还用于当所述相关后的结果小于所述预设门限值时，则验证不通过，重新接收当前GNSS信号。

10.如权利要求6～9中任一项所述的系统，其特征在于，所述确定位置模块，还用于判断所述伪距差值是否小于预设差值，确定所述伪距差值是否为所需要的伪距差值；

当所述伪距差值小于所述预设差值时，确定所述伪距差值为所述所需要的伪距差值，根据所述伪距差值确定所述接收机的位置向量；

当所述伪距差值大于等于所述预设差值时，重新选取一颗卫星为所述参考卫星，重新生成所述全伪距，进而重新计算所述伪距差值。