CN104181555A - 卫星定位的定位质量判断方法和接收机 - Google Patents

卫星定位的定位质量判断方法和接收机 Download PDF

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CN104181555A CN201310199806.3A CN201310199806A CN104181555A CN 104181555 A CN104181555 A CN 104181555A CN 201310199806 A CN201310199806 A CN 201310199806A CN 104181555 A CN104181555 A CN 104181555A
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Abstract

本发明实施例公开了一种卫星定位的定位质量判断方法和接收机。该卫星定位的定位质量判断方法包括以下步骤：对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息；根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值；以及确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值。本实施例提供的方法和接收机能够快速准确的确定定位质量的好坏。

Description

卫星定位的定位质量判断方法和接收机
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种卫星定位的定位质量判断方法和接收机。
背景技术
对于卫星导航***，为了使接收机能快速、准确地输出其坐标信息、速度信息等参数至用户端，需要在定位之后尽快检查定位的可靠性，即卫星定位质量的好坏，以缩短接收机的首次定位时间（Time To First Fix，TTFF）、快速恢复时间（Fast recovery time）以及提高定位准确度。
现有技术中，通常通过卫星个数的多少、卫星信号的强弱、通道质量指标的高低、精度衰减因子（Dilution of Precision，DOP）以及多次判决等方式来判断卫星定位质量的好坏。
其中，卫星个数、卫星信号强度以及通道质量指标均选择经验值，由于没有量化，很多情况下仍然会发生误判，从而导致接收机输出的坐标信息不准确。而多次判决方式虽然能够判断出定位抖动较大的情况，但是耗时较长，且无法解决定位持续偏的问题。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种卫星定位的定位质量判断方法和接收机，以快速准确的确定定位质量。
解决方案
为了解决上述技术问题，根据本发明的实施例，提供的一种卫星定位的定位质量判断方法，包括以下步骤：
对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息；
根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值；以及
确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值。
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，所述观测值包括伪距观测值，所述估计值包括伪距估计值，所述对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息，包括：
对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式1计算所述接收机的坐标信息和钟差；
ρ i j = ( x ij - x u ) 2 + ( y ij - y u ) 2 + ( z ij - z u ) 2 + c · t ui 公式1
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距观测值；
tui表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差；
(xij,yij,zij)表示所述接收机支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
(xu,yu,zu)表示所述接收机的坐标信息。
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值，包括：
根据计算出的所述接收机的坐标信息、钟差以及公式2计算所述伪距估计值；
ρ i j ^ = ( x ij - x u ^ ) 2 + ( y ij - y u ^ ) 2 + ( z ij - z u ^ ) 2 + c · t ui ^ 公式2
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距估计值；
表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差的估计值；
(xij,yij,zij)表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
表示所述接收机的坐标信息的估计值。
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤包括：
根据公式3计算所述伪距观测值与伪距估计值的伪距残差Δρij，并确定所述伪距残差是否不小于第一预设阈值；
Δρ ij = | ρ ij - ρ ^ ij | 公式3
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，所述观测值包括接收机相对于卫星在径向上的速度观测值，所述估计值包括所述接收机相对于卫星在径向上的速度估计值，所述对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息的步骤包括：
对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式4计算所述速度观测值；
d ij = c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z 公式4
其中，dij为接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j卫星在径向上的速度观测值，为已知数；
fij表示所述接收机对第i卫星导航***的第j卫星的接收频率；
fTij表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的发射频率；
c表示光速；
(vij_x,vij_y,vij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的速度信息；
为所述接收机的速度信息；
为所述接收机的时钟的钟漂；以及
(aij_x,aij_y,aij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j定位卫星相对于所述接收机的方向向量。
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值的步骤包括：
根据公式5和公式6计算所述速度估计值；
c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + a u · a ij _ z - cf ij t u · f Tij 公式5
d ij ^ = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + z u · a ij _ z - c · t u · 公式6
其中，表示所述接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j颗卫星在径向上的速度估计值。
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤包括：
根据公式7计算所述速度观测值与速度估计值的速度残差，并确定所述速度残差是否不小于第二预设阈值；
Δd ij = | d ij - d ^ ij | 公式7
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，该方法还包括：
检测当前应用需要解算伪距残差还是速度残差；以及
根据检测结果确定解算所需的卫星个数，根据确定的卫星个数从接收到信号的卫星中确定用于解算的卫星。
对于上述卫星定位的定位质量判断方法，在一种可能的实现方式中，所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值的步骤还包括：
根据所述卫星信息选择跟踪质量最好的一颗或多颗卫星，为所选择的卫星计算估计值；
则所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤中还包括：为所选择的卫星计算残差，并确定所计算的残差是否不小于预设阈值；或
所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值还包括：根据所述卫星信息为每一颗用于解算的卫星计算估计值；
则所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤中还包括：为每一颗用于解算的卫星计算残差，并确定各残差的平均值是否不小于所述预设阈值。
为了解决上述技术问题，根据本发明的实施例，提供了一种接收机，包括：
跟踪捕获模块，用于对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息；
估计值计算模块，用于根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值；以及
残差确定模块，用于确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值。
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，所述观测值包括伪距观测值，所述估计值包括伪距估计值，所述跟踪捕获模块具体用于；对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式1计算所述接收机的坐标信息和钟差；
ρ i j = ( x ij - x u ) 2 + ( y ij - y u ) 2 + ( z ij - z u ) 2 + c · t ui 公式1
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距观测值；
tui表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差；
(xij,yij,zij)表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
(xu,yu,zu)表示所述接收机的坐标信息。
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，所述估计值计算模块具体用于：根据计算出的所述接收机的坐标信息、钟差以及公式2计算对应于所述伪距观测值的伪距估计值；
ρ i j ^ = ( x ij - x u ^ ) 2 + ( y ij - y u ^ ) 2 + ( z ij - z u ^ ) 2 + c · t ui ^ 公式2
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距估计值；
表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差的估计值；
(xij,yij,zij)表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
表示所述接收机的坐标信息的估计值。
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，所述残差确定模块具体用于：根据公式3计算所述伪距观测值与伪距估计值的伪距残差Δρij，并确定所述伪距残差是否不小于第一预设阈值；
Δρ ij = | ρ ij - ρ ^ ij | 公式3
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，所述观测值包括接收机相对于卫星在径向上的速度观测值，所述估计值包括所述接收机相对于卫星在径向上的的速度估计值，所述跟踪捕获模块具体用于：对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式4计算所述接收机相对于卫星在径向上的速度观测值；
d ij = c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z 公式4
其中，dij为接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j卫星在径向上的速度观测值，为已知数；
fij表示所述接收机对第i卫星导航***的第j卫星的接收频率；
fTij表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的发射频率；
c表示光速；
(vij_x,vij_y,vij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的速度信息；
为所述接收机的速度信息；
为所述接收机的时钟的钟漂；以及
(aij_x,aij_y,aij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j定位卫星相对于所述接收机的方向向量。
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，所述估计值计算模块具体用于：根据公式5和公式6计算所述速度估计值；
c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + a u · a ij _ z - cf ij t u · f Tij 公式5
d ij ^ = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + z u · a ij _ z - c · t u · 公式6
其中，表示所述接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j颗卫星在径向上的速度估计值。
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，所述残差确定模块具体用于：根据公式7计算所述速度观测值与速度估计值的速度残差，并确定所述速度残差是否不小于第二预设阈值；
Δd ij = | d j - d ^ j | 公式7
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，还包括：
检测模块，用于检测当前应用需要解算伪距残差还是速度残差；以及
卫星确定模块，用于根据所述检测模块的检测结果确定解算所需的卫星个数，根据确定的卫星个数从接收到信号的卫星中确定用于解算的卫星。
对于上述接收机，在一种可能的实现方式中，所述估计值计算模块具体用于；根据所述卫星信息选择跟踪质量最好的一颗或多颗卫星，为所选择的卫星计算估计值；
则所述残差确定模块还用于为所选择的卫星计算残差，并确定所计算的残差是否不小于预设阈值；或
所述估计值计算模块具体用于根据所述卫星信息为每一颗用于解算的卫星计算估计值；
则所述残差确定模块还用于为每一颗用于解算的卫星计算残差，并确定各残差的平均值是否不小于所述预设阈值。
技术效果
本发明实施例提供的卫星定位的定位质量判断方法和接收机，通过对卫星的伪距和/或接收机相对于卫星在径向上的速度计算观测值和估计值，并通过将观测值和估计值的残差与预设阈值进行比较，能够快速准确的确定定位质量的好坏。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的卫星定位的定位质量判断方法的流程图；
图2是本发明另一个实施例提供的卫星定位的定位质量判断方法的流程图；
图3是本发明又一个实施例提供的卫星定位的定位质量判断方法的流程图；
图4是本发明一个实施例提供的接收机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的卫星定位的定位质量判断方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S11、对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息；
步骤S12、根据所述卫星信息确定对应于观测值的估计值；以及
步骤S13、确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值。
如图2所示，在本实施例中，观测值为伪距观测值，估计值为伪距估计值，该方法具体包括：
步骤S21、对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据该卫星信息和公式1-11～公式1-kp计算接收机的坐标信息和钟差。卫星信息包括卫星的伪距观测值、坐标信息、速度信息和频率信息。
ρ 11 = ( x 11 - x u ) 2 + ( y 11 - y u ) 2 + ( z 11 - z u ) 2 + c · t u 1 公式1-11
ρ 12 = ( x 12 - x u ) 2 + ( y 12 - y u ) 2 + ( z 12 - z u ) 2 + c · t u 1 公式1-12
….
ρ 1 m = ( x 1 m - x u ) 2 + ( y 1 m - y u ) 2 + ( z 1 m - z u ) 2 + c · t u 1 公式1-1m
ρ 21 = ( x 21 - x u ) 2 + ( y 21 - y u ) 2 + ( z 21 - z u ) 2 + c · t u 2 公式1-21
ρ 22 = ( x 22 - x u ) 2 + ( y 22 - y u ) 2 + ( z 22 - z u ) 2 + c · t u 2 公式1-22
….
ρ 2 n = ( x 2 n - x u ) 2 + ( y 2 n - y u ) 2 + ( z 2 n - z u ) 2 + c · t u 2 公式1-2n
….
ρ k 1 = ( x k 1 - x u ) 2 + ( y k 1 - y u ) 2 + ( z k 1 - z u ) 2 + c · t uk 公式1-k1
ρ k 2 = ( x k 2 - x u ) 2 + ( y k 2 - y u ) 2 + ( z k 2 - z u ) 2 + c · t uk 公式1-k2
….
ρ kp = ( x kp - x u ) 2 + ( y kp - y u ) 2 + ( z kp - z u ) 2 + c · t uk 公式1-kp
其中，ρ11～ρ1m分别表示接收机所支持的第一卫星导航***的m个卫星的伪距观测值；
ρ21～ρ2n分别表示接收机所支持的第二卫星导航***的n个卫星的伪距观测值；
ρk1～ρkp分别表示接收机所支持的第k卫星导航***的p个星的伪距观测值；伪距观测值能够通过跟踪环路测量得到，k为不小于或者等于1的整数；
(x1i,y1i,z1i)表示第一卫星导航***的各卫星的坐标信息，其中1≤i≤m；
(x2j,y2j,z2j)表示第二卫星导航***的各卫星的坐标信息，其中1≤j≤n；
(xko,yko,zko)表示第k卫星导航***的各卫星的坐标信息，1≤o≤p，各坐标信息能够通过相应的卫星的轨道参数和定位时间计算得到；
c为光速；
tu1表示接收机相对于第一卫星导航***的钟差；
tu2表示接收机相对于第二卫星导航***的钟差；
tuk表示接收机相对于第k卫星导航***的钟差，各钟差为未知数；
(xu,yu,zu)表示接收机的坐标信息，为未知数。
本实施例中的接收机可以为单模接收机，即只能接收到一个卫星导航***的卫星信号的接收机，也可以为多模接收机，即能够接收到一个以上的卫星导航***的卫星信号的接收机。本实施例中所述的卫星导航***均为接收机能够支持的卫星导航***。对于单模接收机，至少需要四颗卫星的参数即可计算出接收机的坐标信息和钟差。通常根据信号接收强度以及跟踪指标从接收到信号的卫星中确定出至少四颗跟踪质量较可靠的卫星，来计算接收机的坐标信息和钟差。多模接收机的解算所需的卫星个数依此类推。
实际运算过程中，由于每颗卫星的伪距观测值都包含接收机的测量误差、卫星钟的误差以及大气延迟误差等各种误差，所以对公式1-11～公式1-kp一般采用最小二乘估计、卡尔曼滤波等算法来解算。因此，解算结果只是对接收机的坐标信息以及钟差的估计结果。
步骤S22、根据步骤S21计算出的接收机的坐标信息、钟差以及公式组2-11～公式2-kp计算卫星的伪距估计值；
ρ 11 ^ = ( x 11 - x u ^ ) 2 + ( y 11 - y u ^ ) 2 + ( z 11 - z u ^ ) 2 + c · t u 1 ^ 公式2-11
ρ 12 ^ = ( x 12 - x u ^ ) 2 + ( y 12 - y u ^ ) 2 + ( z 12 - z u ^ ) 2 + c · t u 1 ^ 公式2-12
….
ρ 1 m ^ = ( x 1 m - x u ^ ) 2 + ( y 1 m - y u ^ ) 2 + ( z 1 m - z u ^ ) 2 + c · t u 1 ^ 公式2-1m
ρ 21 ^ = ( x 21 - x u ^ ) 2 + ( y 21 - y u ^ ) 2 + ( z 21 - z u ^ ) 2 + c · t u 2 ^ 公式2-21
ρ 22 ^ = ( x 22 - x u ^ ) 2 + ( y 22 - y u ^ ) 2 + ( z 22 - z u ^ ) 2 + c · t u 2 ^ 公式2-22
….
ρ 2 n ^ = ( x 2 n - x u ^ ) 2 + ( y 2 n - y u ^ ) 2 + ( z 2 n - z u ^ ) 2 + c · t u 2 ^ 公式2-2n
….
ρ k 1 ^ = ( x k 1 - x u ^ ) 2 + ( y k 1 - y u ^ ) 2 + ( z k 1 - z u ^ ) 2 + c · t uk ^ 公式2-k1
ρ k 2 ^ = ( x k 2 - x u ^ ) 2 + ( y k 2 - y u ^ ) 2 + ( z k 2 - z u ^ ) 2 + c · t uk ^ 公式2-k2
….
ρ kp ^ = ( x kp - x u ^ ) 2 + ( y kp - y u ^ ) 2 + ( z kp - z u ^ ) 2 + c · t uk ^ 公式2-kp
其中，分别表示接收机所支持的第一卫星导航***的m个卫星的伪距估计值；
分别表示接收机所支持的第二卫星导航***的n个卫星的伪距估计值；
分别表示接收机所支持的第k卫星导航***的p个卫星的伪距估计值；
表示所述接收机的坐标信息(xu,yu,zu)的估计值；
表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差的估计值。
由上，可以计算每颗卫星的伪距估计值。
步骤S23、根据公式3计算卫星的伪距观测值与伪距估计值的伪距残差，并确定该伪距残差是否不小于第一预设阈值。
Δρ ij = | ρ ij - ρ ^ ij | 公式3
公式1-11～公式1-kp和公式2-11～公式2-kp的解算必须考虑地球自转的影响，当根据信号接收强度以及跟踪指标确定为某颗卫星跟踪质量较好时，可以认为计算出的其伪距观测值的误差也较小；若计算出的伪距残差也小，则说明伪距估计值较准确，也就是接收机的坐标信息（位置）与钟差的解算估计比较准，定位质量较好。反之说明接收机位置与钟差的解算估计偏差大，定位质量不够好。由于不同的应用对定位质量有不同的需求，因此可以根据判断结果的不同将不同质量的定位结果应用于不同需要的场合。当伪距残差与第一预设阈值的差值超出一定范围时，可以将本次定位数据舍弃。
此外，上述公式1-11～公式1-kp还可以以下述公式1来表示：
ρ i j = ( x ij - x u ) 2 + ( y ij - y u ) 2 + ( z ij - z u ) 2 + c · t ui 公式1
其中，表示接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距观测值；
tui表示接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的钟差；
(xij,yij,zij)表示接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
(xu,yu,zu)表示接收机的坐标信息。
同理，公式2-11～公式2-kp可以以下述公式2来表示：
ρ i j ^ = ( x ij - x u ^ ) 2 + ( y ij - y u ^ ) 2 + ( z ij - z u ^ ) 2 + c · t ui ^ 公式2
其中，表示接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距估计值；
表示接收机相对于第i卫星导航***的钟差的估计值；
(xij,yij,zij)表示接收机支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
表示接收机的坐标信息的估计值。
如图3所示，在本实施例中，观测值为接收机相对于卫星在径向上的速度观测值，估计值为接收机相对于卫星在径向上的速度估计值，该卫星定位的定位质量判断方法具体包括：
步骤S31、对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据该卫星信息和公式4计算速度观测值；
d ij = c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z 公式4
其中，dij为接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j卫星在径向上的速度观测值，为已知数；
fij表示接收机对第i卫星导航***的第j卫星的接收频率；
fTij表示第i卫星导航***的第j卫星的发射频率；
c表示光速；
(vij_x,vij_y,vij_z)分别表示接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的速度信息；
为接收机的速度信息；
为接收机的时钟的钟漂；以及
(aij_x,aij_y,aij_z)分别表示第i卫星导航***的第j定位卫星相对于接收机的方向向量。
步骤S32、根据公式5和公式6计算接收机相对于卫星在径向上的速度估计值；
c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + a u · a ij _ z - cf ij t u · f Tij 公式5
d ij ^ = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + z u · a ij _ z - c · t u · 公式6
其中，表示接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j颗卫星在径向上的速度估计值。根据公式5可以计算出接收机的速度信息将代入到公式6即可求得接收机相对于卫星在径向上的速度估计值。公式4和公式6由公式5基于fij/fTij可近似为1而变形得到。
步骤S33、根据公式7计算速度观测值与速度估计值的速度残差，并确定该速度残差是否不小于第二预设阈值。
Δd ij = | d ij - d ^ ij | 公式7
本发明实施例中，根据接收机应用的不同来确定采用伪距残差还是速度残差来确定定位质量。例如，在应用于初始化滤波器时，由于只需要知道接收机的位置，因此这种情况下只采用伪距残差来确定定位质量即可。在应用于滤波器建模时，则既需要计算伪距残差也需要计算速度残差，根据两者的判断结果来确定定位质量。
因此，优选地，步骤S21和S31之前还可以包括步骤：
检测当前应用需要计算伪距残差还是速度残差，若检测为需要计算伪距残差则执行步骤S21，若检测为需要计算速度残差则执行步骤S31，若检测为需要计算伪距残差和速度残差则执行步骤S21和S31。
还包括步骤：根据上述检测结果确定伪距残差和/或速度残差的解算所需的卫星个数，根据确定的卫星个数从接收到信号的卫星中确定用于解算的卫星。
在上述实施例中，预设阈值可以为一经验值，也可以为经验值的一个范围。其根据接收机类型、应用、以及环境等因素的不同而不同。可以选出跟踪质量最好的一颗或者多颗卫星来计算估计值和残差，也可以计算对应于每一颗卫星的估计值并分别计算残差，取各残差的平均值与预设阈值进行比较来进行判断。
如图4所示，为本发明一个实施例提供的接收机的结构示意图，该接收机100包括：跟踪捕获模块10、估计值计算模块20和残差确定模块30。
其中，跟踪捕获模块10用于对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息；估计值计算模块20与跟踪捕获模块10连接，用于根据卫星信息确定对应于观测值的估计值；残差确定模块30与估计值计算模块20连接，用于确定该观测值与估计值的残差是否不小于预设阈值。
当所述观测值为伪距观测值，所述估计值为伪距估计值时，跟踪捕获模块10具体用于对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式1计算接收机100的坐标信息和钟差；
ρ i j = ( x ij - x u ) 2 + ( y ij - y u ) 2 + ( z ij - z u ) 2 + c · t ui 公式1
其中，表示接收机100所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距观测值；
tui表示接收机100相对于第i卫星导航***的钟差；
(xij,yij,zij)表示接收机100支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
(xu,yu,zu)表示接收机100的坐标信息。
估计值计算模块20具体用于根据计算出的接收机100的坐标信息、钟差以及公式2计算卫星的伪距估计值；
ρ i j ^ = ( x ij - x u ^ ) 2 + ( y ij - y u ^ ) 2 + ( z ij - z u ^ ) 2 + c · t ui ^ 公式2
其中，表示接收机100所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距估计值；
表示接收机100相对于第i卫星导航***的钟差的估计值；
(xij,yij,zij)表示接收机100所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及
表示接收机100的坐标信息的估计值。
残差确定模块30具体用于根据公式3计算卫星的伪距观测值与伪距估计值的伪距残差Δρij，并确定伪距残差是否不小于第一预设阈值；
Δρ ij = | ρ ij - ρ ^ ij | 公式3
当观测值为接收机100相对于卫星在径向上的速度观测值，估计值为接收机100相对于卫星在径向上的的速度估计值时，跟踪捕获模块10具体用于对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据卫星信息和公式4计算该速度观测值；
d ij = c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z 公式4
其中，dij为接收机100相对于其所支持的第i卫星导航***的第j卫星在径向上的速度观测值，为已知数；
fij表示接收机100对第i卫星导航***的第j卫星的接收频率；
fTij表示第i卫星导航***的第j卫星的发射频率；
c表示光速；
(vij_x,vij_y,vij_z)分别表示接收机100所支持的第i卫星导航***的第j卫星的速度信息；
为接收机100的速度信息；
为接收机100的时钟的钟漂；以及
(aij_x,aij_y,aij_z)分别表示第i卫星导航***的第j定位卫星相对于接收机100的方向向量。
估计值计算模块20具体用于根据公式5和公式6计算速度估计值
c ( f ij - f Tij ) f Tij + v ij _ x a ij _ x + v ij _ y a ij _ y + v ij _ z a ij _ z = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + a u · a ij _ z - cf ij t u · f Tij 公式5
d ij ^ = x u · a ij _ x + y u · a ij _ y + z u · a ij _ z - c · t u · 公式6
残差确定模块30具体用于根据公式7计算速度观测值与速度估计值的速度残差，并确定该速度残差是否不小于第二预设阈值。
Δd ij = | d ij - d ^ ij | 公式7
进一步地，还可以包括：检测模块40，与检测模块40连接的卫星确定模块50。
检测模块40用于检测当前应用需要解算伪距残差还是速度残差；卫星确定模块50还与跟踪捕获模块10连接，用于根据检测模块40的检测结果确定解算所需的卫星个数，根据确定的卫星个数从接收到信号的卫星中确定用于解算的卫星。跟踪捕获模块10对卫星确定模块50确定的卫星进行跟踪捕获以得到卫星信息。
此外，估计值计算模块20具体用于根据卫星信息选择跟踪质量最好的一颗或多颗卫星，为所选择的卫星计算估计值；则残差确定模块30还用于为所选择的卫星计算残差，并确定所计算的残差是否不小于预设阈值；或
估计值计算模块20具体用于根据卫星信息为每一颗用于解算的卫星计算估计值；则残差确定模块30还用于为每一颗用于解算的卫星计算残差，并将各残差的平均值与所述预设阈值进行比较判断。
本发明提供的卫星定位的定位质量判断方法和接收机，通过对卫星的伪距和/或接收机相对于卫星在径向上的速度计算观测值和估计值，并通过将观测值和估计值的残差与预设阈值进行比较，能够快速准确的确定定位质量的好坏。
该方法和接收机主要应用于：
1、接收机的首次定位。能够缩短TTFF时间并提高定位准确度。
2、诸如出隧道口、下穿口等存在信号遮蔽又快速恢复信号的快速恢复场景。能够缩短快速恢复时间和提高定位准确度。
3、滤波器初始化。能够在确定定位质量之后采用准确的信息快速初始化滤波器。
4、定位过程中的定位质量甄别。在一般定位过程中，对于信号变弱、跟踪质量变差等原因导致的定位偏，采用本方法能够及时确定出当前定位质量，从而及时对滤波器或者输出等做出调整。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，包括以下步骤： 
对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息； 
根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值；以及 
确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值。 
2.根据权利要求1所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述观测值包括伪距观测值，所述估计值包括伪距估计值，所述对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息的步骤包括： 
对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式1计算所述接收机的坐标信息和钟差； 
公式1 
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距观测值； 
tui表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差； 
(xij,yij,zij)表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及 
(xu,yu,zu)表示所述接收机的坐标信息。 
3.根据权利要求2所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值的步骤包括： 
根据计算出的所述接收机的坐标信息、钟差以及公式2计算所述伪距估计值； 
公式2 
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距估计值； 
表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差的估计值； 
(xij,yij,zij)表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及 
表示所述接收机的坐标信息的估计值。 
4.根据权利要求3所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤包括： 
根据公式3计算所述伪距观测值与伪距估计值的伪距残差Δρij，并确定所述伪距残差是否不小于第一预设阈值； 
公式3。 
5.根据权利要求1-4任一项所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述观测值包括接收机相对于卫星在径向上的速度观测值，所述估计值包括所述接收机相对于卫星在径向上的速度估计值，所述对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息，包括： 
对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式4计算所述速度观测值； 
公式4 
其中，dij为接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j卫星在径向上的速度观测值，为已知数； 
fij表示所述接收机对第i卫星导航***的第j卫星的接收频率； 
fTij表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的发射频率； 
c表示光速； 
(vij_x,vij_y,vij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的速度信息； 
为所述接收机的速度信息； 
为所述接收机的时钟的钟漂；以及 
(aij_x,aij_y,aij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j定位卫星相对于所述接收机的方向向量。 
6.根据权利要求5所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值，包括： 
根据公式5和公式6计算所述速度估计值； 
公式5 
公式6 
其中，表示所述接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j颗卫星在径向上的速度估计值。 
7.根据权利要求6所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤包括： 
根据公式7计算所述速度观测值与速度估计值的速度残差，并确定所述速度残差是否不小于第二预设阈值； 
公式7。 
8.根据权利要求5所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述方法还包括： 
检测当前应用需要解算伪距残差还是速度残差；以及 
根据检测结果确定解算所需的卫星个数，根据确定的卫星个数从接收到信号的卫星中确定用于解算的卫星。 
9.根据权利要求8所述的卫星定位的定位质量判断方法，其特征在于，所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值的步骤还包括： 
根据所述卫星信息选择跟踪质量最好的一颗或者多颗卫星，为所选择的卫星计算估计值； 
则在所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤中包括：为所选择的卫星计算残差，并确定所计算的残差是否不小于预设阈值；或 
所述根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值还包括：根据所述卫星信息为每一颗用于解算的卫星计算估计值； 
则所述确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值的步骤中包括：为每一颗用于解算的卫星计算残差，并确定各残差的平均值是否不小于所述预设阈值。 
10.一种接收机，其特征在于，包括： 
跟踪捕获模块，用于对卫星进行跟踪捕获以得到包括观测值的卫星信息； 
估计值计算模块，用于根据所述卫星信息确定对应于所述观测值的估计值；以及 
残差确定模块，用于确定所述观测值与所述估计值的残差是否不小于预设阈值。 
11.根据权利要求10所述的接收机，其特征在于，所述观测值包括伪距观测值，所述估计值包括伪距估计值，所述跟踪捕获模块具体用于；对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式1计算所述接收机的坐标信息和钟差； 
公式1 
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距观测值； 
tui表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差； 
(xij,yij,zij)表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息； 
c表示光速；以及 
(xu,yu,zu)表示所述接收机的坐标信息。 
12.根据权利要求11所述的接收机，其特征在于，所述估计值计算模块具体用于：根据计算出的所述接收机的坐标信息、钟差以及公式2计算对应于所述伪距观测值的伪距估计值； 
公式2 
其中，表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的伪距估计值； 
表示所述接收机相对于第i卫星导航***的钟差的估计值； 
(xij,yij,zij)表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的坐标信息；以及 
表示所述接收机的坐标信息的估计值。 
13.根据权利要求12所述的接收机，其特征在于，所述残差确定模块具体用于：根据公式3计算所述伪距观测值与伪距估计值的伪距残差Δρij，并确定所述伪距残差是否不小于第一预设阈值； 
公式3。 
14.根据权利要求10-13任一项所述的接收机，其特征在于，所述观测值包括接收机相对于卫星在径向上的速度观测值，所述估计值包括所述接收机相对于卫星在径向上的速度估计值，所述跟踪捕获模块具体用于：对卫星进行跟踪捕获得到卫星信息，根据所述卫星信息和公式4计算所述接收机相对于卫星在径向上的速度观测值； 
公式4 
其中，dij为接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j卫星在径向上的速度观测值，为已知数； 
fij表示所述接收机对第i卫星导航***的第j卫星的接收频率； 
fTij表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的发射频率； 
c表示光速； 
(vij_x,vij_y,vij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j卫星的速度信息； 
为所述接收机的速度信息； 
为所述接收机的时钟的钟漂；以及 
(aij_x,aij_y,aij_z)分别表示所述接收机所支持的第i卫星导航***的第j定位卫星相对于所述接收机的方向向量。 
15.根据权利要求14所述的接收机，其特征在于，所述估计值计算模块具体用于：根据公式5和公式6计算所述速度估计值； 
公式5 
公式6 
其中，表示所述接收机相对于其所支持的第i卫星导航***的第j颗卫星在径向上的速度估计值。 
16.根据权利要求15所述的接收机，其特征在于，所述残差确定模块具体用于：根据公式7计算所述速度观测值与速度估计值的速度残差，并确定所述速度残差是否不小于第二预设阈值； 
公式7。 
17.根据权利要求13所述的接收机，其特征在于，还包括： 
检测模块，用于检测当前应用需要解算伪距残差还是速度残差；以及 
卫星确定模块，用于根据所述检测模块的检测结果确定解算所需的卫星个数，根据确定的卫星个数从接收到信号的卫星中确定用于解算的卫星。 
18.根据权利要求17所述的接收机，其特征在于，所述估计值 计算模块具体用于；根据所述卫星信息选择跟踪质量最好的一颗或者多颗卫星，为所选择的卫星计算估计值； 
则所述残差确定模块还用于为所选择的卫星计算残差，并确定所计算的残差是否不小于预设阈值；或 
所述估计值计算模块具体用于根据所述卫星信息为每一颗用于解算的卫星计算估计值； 
则所述残差确定模块还用于为每一颗用于解算的卫星计算残差，并确定各残差的平均值是否不小于所述预设阈值。 
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