[發明專利]一種基于模糊控制的高動態GPS接收機載波跟蹤環路

無效

• 申請號: 201010288587.2
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101975957A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 王新龍;紀新春
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種基于模糊控制的高動態GPS接收機載波跟蹤環路，其特征在于，主要包括偽碼數控振蕩器、解擴器、混頻器、相關單元、鑒頻器、鑒相器、智能環路濾波器和載波數控振蕩器；

偽碼數控振蕩器生成本地C/A碼序列，解擴器對C/A碼序列和GPS數字中頻信號進行相關運算，剝離GPS數字中頻信號中調制的偽碼數據，得到解擴后的GPS數字中頻信號；

載波數控振蕩器產生正弦載波信號和余弦載波信號，解擴后的GPS數字中頻信號與正弦載波信號進入混頻器進行混頻處理，得到正交信號Q，解擴后的GPS數字中頻信號與余弦載波信號進行混頻處理，得到同相信號I；

相關單元對正交信號Q、同相信號I在預檢測積分時間內進行累加、平均，濾除其中的高頻分量，然后輸出給環路鑒別單元；

環路鑒別單元包括鑒頻器、鑒相器，鑒頻器通過式(1)得到本地載波頻率誤差ω_k的鑒別結果：

ωk=arctan2{[I(k-1)Q(k)-I(k+)Q(k-1)][I(k-1)I(k)-Q(k)Q(k-1)]}+ωn,k---(1)]]>

式中：ω_k為鑒別出的頻率誤差，取值范圍為(-π，π)，ω_n，k為噪聲引起的頻率誤差；I(k)和I(k-1)分別是第k和k-1時刻同相信號；Q(k)和Q(k-1)分別是第k和k-時刻正交信號；鑒相器通過式(2)得到相位誤差的鑒別結果：

式中：為鑒別出的相位誤差，取值范圍為(-π，π)，為噪聲引起的相位誤差；環路鑒別單元將鑒別產生的頻率誤差ω_k和相位誤差輸送給誤差處理單元；

智能環路濾波器包括誤差處理單元、模糊控制器、精度改善單元和JR濾波器，其中：誤差處理單元對頻率誤差ω_k和相位誤差的鑒別結果以π為單位進行模運算，初步去除由噪聲產生的誤差測量野值；

誤差處理單元將處理后的頻率誤差ω_k和相位誤差輸入到模糊控制器，模糊控制器依據控制經驗離線生成模糊控制量集合，每一個頻率誤差ω_k和相位誤差組成的二維誤差值坐標點對應集合中的一個模糊控制量，從而使在線模糊運算變成二維查表過程；模糊控制器根據輸入的二維誤差值坐標點，查詢模糊控制量集合后輸出距離輸入二維誤差坐標點最近的四個量化誤差值點所對應的模糊控制量，并將這四個模糊控制量送至精度改善單元；

誤差處理單元還將處理后的頻率誤差ω_k和相位誤差輸入到精度改善單元，精度改善單元包括插值模塊和論域變換模塊；插值模塊根據輸入的二維誤差值坐標點與其周圍四個量化誤差值點間的距離大小，調整四個模糊控制量的權值，計算出輸入二維誤差值坐標點所對應的實際模糊控制量值u(ω_k，)，插值過程如下：

其中：ω_i-1≤ω_k≤ω_i，u_i-1，j-1為量化誤差值點(ω_j-1)所對應的模糊控制量值，u_i-1，j為控制表中量化誤差值點(ω_j)所對應的模糊控制量值，u_i，j-1為控制表中量化誤差值點(ω_j-1)所對應的模糊控制量值，u_i，j為控制表中量化誤差值點(ω_j)所對應的模糊控制量值；

插值模塊將產生的模糊控制量u(ω_k)輸出給論域變換模塊，論域變換模塊根據輸入頻率誤差ω_k和相位誤差的動態情況，引入論域伸縮因子α自適應調整模糊控制量u(ω_k)的論域范圍；

論域變換模塊將精度改善后的模糊控制量值輸出給JR濾波器，JR濾波器進一步的去除輸入模糊控制量中的高頻成分，對本地載波信號實際的相位誤差做出精確估計，估計出的相位誤差量用來驅動GPS接收機內部的載波數控振蕩器，載波數控振蕩器生成本地正弦載波信號和余弦載波信號，保持對輸入GPS數字中頻信號的跟蹤。