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专利名称：定位装置与其信号处理方法
定位装置与其信号处理方法
技术领域：
本发明有关于一种信号处理方法，特别有关于一种定位装置与其信号处理方法。背景技术：
利用全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite Systems, GNSS)载波相位观测量进行相对定位是目前最普遍使用的精密定位方法，可以精确的测量观测站的坐标达到公分等级。当卫星信号受到树木等物遮蔽、电离层效应、多路径效应、接收仪本身问题等因素干扰或中断，会导致接收仪无法锁定信号造成卫星失锁，接收信号产生一整数周波的偏差量，即周波脱落。周波脱落在相对定位时是普遍出现的测量误差，于定位时必须对周波脱落进行补偿方能确保定位的准确性，用来处理周波脱落的方法有许多种，大多是侦测信号于时间轴中的不连续处。此时需要精确的观测时间方能确保不连续的现象是由周波脱落造成，而不是因为时间尺度不均匀造成，此限制使得较低价的GNSS接收器，难以应用于GNSS高精度定位的场合，故此类型的周波脱落修正方式仍有其改善空间。

发明内容本发明所揭示的一种定位装置的信号处理方法，包括下列步骤。接收一卫星信号，以产生至少一距离信息。依据至少一距离信息，产生一相位观测时间修正值。依据相位观测时间修正值，依序校正卫星信号的一相位数据。接收相位数据且达到预定数量，对相位数据进行第一低阶多项式拟合及第一卡方测试，以产生预估参数。依据预估参数，预估卫星信号的下一笔相位数据，以产生一预估相位数据。取得实际相位数据。依据预估相位数据与实际相位数据，进行周波脱落的侦测与补偿，以输出校正后的相位观测值。本发明另揭示一种定位装置，包括接收单元、计算单元与处理单元。接收单元用以接收一卫星信号。计算单元 耦接接收单元，依据卫星信号，产生至少一距离信息，并依据至少一距离信息，计算出一相位观测时间修正值。处理单元耦接该计算单元，用以接收并依据相位观测时间修正值，依序校正卫星信号的一相位数据，并接收这些卫星信号且达到一预定数量，且对这些相位数据进行一第一多项式拟合及一第一卡方测试，以产生一预估参数，再利用该预估参数，预估卫星信号的下一笔相位数据，以产生预估相位数据，之后取得实际相位数据，并依据预估相位数据与实际相位数据，进行周波脱落的侦测与补偿，以输出校正后的相位观测值。相较于现有技术，本发明所揭示的定位装置及其信号处理方法，可有效地降低定位装置其本身的时钟误差，使相位观测量修正周波脱落的误差，进而使得定位装置的定位信息更为准确。

图1为第一实施例的定位装置的方块图。
图2为第二实施例的定位装置的信号处理方法流程图。图3为图2的定位装置的信号处理方法的详细流程图。图4为第三实施例的定位装置的信号处理方法流程图。
具体实施方式请参考图1所示，其为第一实施例的定位装置的方块图。本实施例的定位装置100可以是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems,GNSS),且例如是低成本的全球导航卫星系统。定位装置100包括接收单元110、计算单元120与处理单元130。接收单元110用以接收一卫星信号。也就是，定位装置100通过接收单元110与卫星连接，以接收卫星所发送的卫星信号。计算单元120耦接接收单元110，用以依据卫星信号，以产生至少一距离信息，并依据至少一距离信息，计算出一相位观测时间修正值。其中，前述距离信息为定位装置100与卫星之间的虚拟距离。处理单元130耦接计算单元120，用以利用 前述相位观测时间修正值，依序校正卫星信号的相位数据，例如校正接收单元110接收卫星信号的取样时间。接着，处理单元130依序接收位相位数据，且相位数据的数量达到一预定数量，则对此预定数量的相位数据进行第一低阶多项式拟合及第一卡方(Ch1-square)测试，以产生一预估参数，并依据此预估参数，预估卫星信号的下一笔相位数据，以产生一预估相位数据。之后，处理单元130取得相对于预估相位数据的实际相位数据，并依据预估相位数据与实际相位数据，进行周波脱落的侦测与补偿，以产生校正后的相位观测值。如此一来，可有效降低定位装置100因为其本身时钟偏差过大(即取样时间误差过大)而造成连续性侦测的错误，使得定位装置100能修正相位观测量周波脱落的误差，提供相对定位使用，以产生准确的定位信息，如定位的误差范围约在公分等级。在本实施例中，处理单元130可以是微处理器、多核心微处理器或数组、信号处理器或组件可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)。上述以大略说明了处理单元130的操作，以下将进一步说明处理单元的详细操作流程。首先，接收单元110接收卫星信号。计算单元120会依据卫星信号，取得一距离信息，并依据距离信息与坐标信息，以求得相位观测时间修正值。在本实施例中，定位装置100例如为固定位置的全球导航卫星系统，亦即定位装置100本身的坐标信息为已知的。计算单元120会通过式(I)来获得相位观测时间修正值，而式(I)如下所示I = R-C* At(I)其中，7为距离信息，例如虚拟距离，R为第一坐标信息，例如实际距离，c为光速(例如约3*108m/s)、A t为相位观测时间修正值。在另一实施例中，定位装置100例如为未知位置的全球导航卫星系统，亦即定位装置100本身的坐标位置为未知的。因此，计算单元120除了取得第一距离信息外，还会取得空中可视卫星的距离信息，即可以数学方法(如平差法)的概念，同时求得位置及观测时间修正值。当计算单元120计算出此相位观测时间修正值A t后，并将此相位观测时间修正值At传送至处理单元130。接着,处理单元130会依据此相位观测时间修正值,校正接收单元Iio接收卫星信号的取样时间。也就是说，处理单元130会根据前述计算出来的相位观测时间，依序校正定位装置100所接收到的相位数据。接着，处理单元130会依序接收多个相位数据，且相位数据的数量达到一预定数量，则处理单元130会利用第一平差法对前述预定数量的相位数据进行第一低阶多项式拟合，以获得一第一拟合参数与一第一残差值(Residual)。之后，处理单元130将第一残差值进行第一卡方测试，以判断是否完成定位装置100的初始化动作。在本实施例中，前述此预定数量例如10笔，但本实施例不限于此，而使用者可视其需求而自行调整。当判断第一残差值未通过第一卡方测试，处理单元130会删除该预定数量的这些相位数据中的最旧一笔相位数据(例如10笔相位数据中的第I笔相位数据)，并接收最新一笔的相位数据(例如第11笔相位数据)，且最新一笔的相位数据重新利用第一平差法进行第一低阶多项式拟合，以获得后续的第一拟合参数与第一残差值，再将后续的第一残差值进行第一卡方测试，直到后续的第一残差值通过第一卡方测试为止，使第一拟合参数可视为预估参数。另一方面，当判断第一残差值通过第一卡方测试，处理单元130会将此第一拟合参数视为一预估参数。接着，处理单元130会依据此预估参数，预估卫星信号的下一笔相位数据，以产生一预估相位数据。接着，处理单元130取得对应此预估相位数据的实际相位数据，并依据预估相位数据与实际相位数据，进行周波脱落的侦测与补偿，以产生校正后的相位观测值。在本实施例中，处理单元130会将实际相位数据减去预估相位数据，以获得一差值，即—if) = (p{t)—歹(0。其中，实际相位数据，(p (t)为预估相位数据,Acp(t)
为差值。接着，处理单元会将差值Ap(X)取绝对值并与一阈值(Threshold Value)进行比较，以侦测定位装置100是否产生周波脱落的情况。其中，前述阈值例如为0. 5。当判断出差值取绝对值大于阈值时，处理单元130会以差值Ap(X)作为周波脱落补偿值，以对实际相位数据进行周波脱落补偿，以获得补偿后的相位数据。接着，处理单元130会将补偿后的相位数据视为校正后的相位观测值并输出，使得定位装置100所呈现的定位信息更为准确。另一方面，当判断误差值取绝对值小于阈值时，表示实际相位数据并无周波脱落的现象产生，处理单元130会将此实际相位信息视为校正后的相位观测值并输出，使得定位装置100所呈现的定位信息更为准确。接着，当输出校正后的相位观测值之后，处理单元130还可删除前述预定数量的相位数据中的最旧一笔相位数据(例如第I笔相位数据)，并将剩余的相位数据(例如第2 10笔相位数据)与实际相位数据(第11笔相位数据)视为更新后的预定数量的相位数据。之后，处理单元130利用第二平差法，对更新后的预定数量的相位数据(即第2 11笔相位数据)进行第二低阶多项式拟合，以获得第二拟合参数与第二残差值。此时，处理单元130亦会对第二残差值进行第二卡方测试，以判断第二残差值是否通过卡方测试。若第二残差值未通过卡方测试，处理单元130会删除更新后的预定数量的相位数据中的最旧一笔相位数据(例如第2 11笔相位数据中的第2笔相位数据)，并再次接收新的相位数据(例如第12笔相位数据)，并对这些相位数据(即第3 12笔相位数据)进行第二低阶多项式拟合，直到所取得的第二残差值通过第二卡方测试为止。另一方面，若第二残差值通过第二卡方测试，处理单元130会将第二拟合参数视为预估参数，以便于预估更新的下一笔相位数据，以进行后续的处理。举例来说，第二拟合参数为第2 11笔相位数据所拟合出来，而欲预估的下一笔相位数据即为第12笔相位数据。而当第二拟合参数视为预估参数以预估下一笔相位数据的处理方式，可参照前述的说明，在此不再赘述之。如此一来，本实施例通过计算出的相位观测时间修正值，依序校正每一笔相位数据的取得时间，以避免定位装置100本身的时钟误差，而导致定位成果变差。在本实施例中，第一低阶多项式拟合与第二低阶多项式拟合可以是相同的，而第一卡方测试与第二卡方测试也可以是相同的。表I为定位装置100的观测时间及对应的相位观测数据。而本实施例的定位装置100使用ublox 4t芯片组所接收的一组观测数据，且观测地区位于台湾汐止地区，而观测时间为GNSS Time 2010. 5. 25/00:54:10，卫星编号为7号。其中，时间(s) “/”的左侧为未经本实施例的相位观测时间修正值校正的定位装置取得相位数据的时间，时间(s) “/”的左侧为经本实施例的相位观测时间修正值校正的定位装置取得相位数据的时间。
权利要求
1.一种定位装置的信号处理方法，其特征在于，包括 接收一卫星信号，以产生至少一距离信息； 依据该至少一距离信息，产生一相位观测时间修正值； 依据该相位观测时间修正值，依序校正该卫星信号的多个相位数据； 接收这些相位数据且这些相位数据的一数量达到一预定数量，对该预定数量的这些相位数据进行一第一低阶多项式拟合及一第一卡方测试，以产生一预估参数； 依据该预估参数，预估该卫星信号的下一笔相位数据，以产生一预估相位数据； 取得一实际相位数据； 依据该预估相位数据与该实际相位数据，进行一周波脱落的侦测与补偿，以输出一校正后的相位观测值。
2.如权利要求1所述的定位装置的信号处理方法，其特征在于，当这些相位数据达到该预定数量，则对这些相位数据进行该第一低阶多项式拟合及该第一卡方测试，以产生该预估参数的步骤包括 接收该预定数量的这些相位数据； 利用一第一平差法，对这些相位数据进行该第一低阶多项式拟合，以产生一第一拟合参数与一第一残差值； 对该第一残差值进行该第一卡方测试； 若该第一残差值通过该第一卡方测试，将该第一拟合参数视为该预估参数；以及若该第一残差值未通过该第一卡方测试，则删除该预定数量的这些相位数据中的最旧一笔相位数据，并取得最新一笔的该相位数据以进行另一次的该第一低阶多项式拟合，直到后续的该第一残差值通过该第一卡方测试为止。
3.如权利要求1所述的定位装置的信号处理方法，其特征在于，依据该预估相位数据与该实际相位数据，进行该周波脱落的侦测与补偿，以输出该校正后的相位观测值的步骤包括 将该预估相位数据减去该实际相位数据，以获得一差值； 判断该差值的绝对值是否小于一阈值； 若判断该差值的绝对值大于该阈值，将该差值视为一周波脱落值；以及依据该周波脱落值，对该实际相位数据进行一周波脱落补偿，以获得一补偿后的相位数据； 将该补偿后的相位数据视为该校正后的相位观测值；以及 输出该校正后的相位观测值。
4.如权利要求3所述的定位装置的信号处理方法，其特征在于，判断该差值的绝对值是否小于一阈值的步骤还包括 若判断该差值的绝对值小于该默认值，则将该实际相位数据视为该校正后的相位观测值。
5.如权利要求3所述的定位装置的信号处理方法，其特征在于，该差值作为一周波脱落值的步骤还包括以四舍五入的方式，使该差值成为一整数值。
6.如权利要求1所述的定位装置的信号处理方法，其特征在于，输出该校正后的相位观测值的步骤之后还包括删除该预定数量的这些相位数据中的最旧一笔相位数据； 将剩余的这些相位数据与该实际相位数据视为更新后的该预定数量的这些相位数据； 利用一第二平差法，将更新后的该预定数量的这些相位数据进行一第二低阶多项式拟合，以产生一第二拟合参数与一第二残差值； 对该第二残差值进行一第二卡方测试； 若该第二残差值通过该第二卡方测试，将该第二拟合参数视为该预估参数；以及 若该第二残差值未通过该第二卡方测试，则删除该剩更新后的该预定数量的这些相位数据中的最旧一笔相位数据，并取得最新一笔的该相位数据以进行另一次的该第二低阶多项式拟合，直到后续的该第二残差值通过该第二卡方测试为止。
7.如权利要求1所述的定位装置的信号处理方法，其特征在于，接收这些相位数据且这些相位数据的该数量达到该预定数量，对该预定数量的这些相位数据进行该第一低阶多项式拟合及该第一卡方测试，以产生该预估参数、依据该预估参数，预估该卫星信号的下一笔相位数据，以产生该预估相位数据、取得该实际相位数据以及依据该预估相位数据与该实际相位数据，进行该周波脱落的侦测与补偿，以输出该校正后的相位观测值的步骤利用一不连续侦测方法实现。
8.—种定位装置，其特征在于，包括 一接收单元，用以接收一卫星信号； 一计算单元，耦接该接收单元，依据该卫星信号，产生至少一距离信息，并依据该至少一距离信息，计算出一相位观测时间修正值； 一处理单元，耦接该计算单元，用以接收并依据该相位观测时间修正值，依序校正该卫星信号的多个相位数据，并接收这些相位数据且这些相位数据的一数量达到一预定数量，对该预定数量的这些相位数据进行一第一多项式拟合及一第一卡方测试，以产生一预估参数，再利用该预估参数，预估该卫星信号的下一笔相位数据，以产生一预估相位数据，之后取得一实际相位数据，并依据该预估相位数据与该实际相位数据，进行一周波脱落的侦测与补偿，以输出一校正后的相位观测值。
9.如权利要求8所述的定位装置，其特征在于，该处理单元接收该预定数量的这些相位数据，并利用一第一平差法，对这些相位数据进行该第一低阶多项式拟合，以产生一第一拟合参数与该第一残差值，且对该第一拟合参数进行该第一卡方测试，其中若该第一残差值通过该第一卡方测试，该处理单元将该第一拟合参数作为该预估参数，若该第一残差值未通过该第一卡方测试，则该处理单元删除该预定数量的这些相位数据中的最旧一笔相位数据，并取得最新一笔的该相位数据以进行另一次的该第一低阶多项式拟合，直到后续的该第一残差值通过该第一卡方测试为止。
10.如权利要求8所述的定位装置，其特征在于，该处理单元将该预估相位数据减去该实际相位数据，以获得一差值，并判断该差值的绝对值是否小于一阈值，其中若判断该差值的绝对值大于该阈值，以该差值视为一周波脱落值，且该处理单元依据该周波脱落值，对该实际相位数据进行一周波脱落补偿，以获得一补偿后的相位数据，并将该补偿后的相位数据视为该校正后的相位观测值并输出。
11.如权利要求10所述的定位装置，其特征在于，若判断该差值的绝对值小于该阈值，则该处理单元将该实际相位数据视为该校正后的相位观测值并输出。
12.如权利要求10所述的定位装置，其特征在于，该处理单元还以四舍五入的方式，使该差值成为一整数值。
13.如权利要求8所述的定位装置，其特征在于，该处理单元删除该预定数量的相位数据中的最旧一笔相位数据，并将剩余的这些相位数据与该实际相位数据作为更新后的该预定数量的这些相位数据，且该处理单元利用一第二平差法，将更新后的该预定数量的这些相位数据进行一第二低阶多项式拟合，以产生一第二拟合参数与一第二残差值，并对该第二残差值进行一第二卡方测试，其中若该第二残差值通过该第二卡方测试，该处理单元将该第二拟合参数视为该预估参数，若该第二残差值未通过该第二卡方测试，该处理单元删除该剩更新后的该预定数量的这些相位数据中的最旧一笔相位数据，并取得最新一笔的该相位数据以进行另一次的该第二低阶多项式拟合，直到后续的该第二残差值通过该第二卡方测试为止。
14.如权利要求8所述的定位装置，其特征在于，该处理单元利用一不连续侦测方法实现接收这些相位数据且这些相位数据的该数量达到该预定数量，对该预定数量的这些相位数据进行该第一多项式拟合及该第一卡方测试，以产生该预估参数，再利用该预估参数，预估该卫星信号的下一笔相位数据，以产生该预估相位数据，之后取得该实际相位数据，并依据该预估相位数据与该实际相位数据，进行该周波脱落的侦测与补偿，以输出该校正后的相位观测值。
全文摘要
本发明揭示一种定位装置与其信号处理方法，该定位装置包括接收单元、计算单元和处理单元，该方法包括下列步骤接收一卫星信号，以产生至少一距离信息。依据至少一距离信息，以产生相位观测时间修正值，并据以依序校正该卫星信号的多个相位数据。接收相位数据且相位数据的数量达到预定数量，对预定数量的相位数据进行第一低阶多项式拟合及第一卡方测试，以产生预估参数。依据预估参数，预估卫星信号的下一笔相位数据，以产生预估相位数据。取得实际相位数据。依据预估相位数据与实际相位数据，进行周波脱落的侦测及补偿，以输出校正后的相位观测值。
文档编号G01S19/21GK103064091SQ20111032014
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者林修国, 刘啸烈 申请人:神讯电脑(昆山)有限公司, 神基科技股份有限公司