[發(fā)明專(zhuān)利]一種高動(dòng)態(tài)GPS載波環(huán)跟蹤方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110153022.8
• 申請(qǐng)日: 2011-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102253396A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳熙源;王景建
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/29
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/29
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高動(dòng)態(tài)GPS載波環(huán)路跟蹤算法，可應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的GPS軟件接收機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤。?

技術(shù)背景

早在50年代末期，世界上第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們就開(kāi)始利用衛(wèi)星進(jìn)行定位和導(dǎo)航的研究，到今天為止，要數(shù)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展最為成熟和廣泛，其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)所獲得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也迅速增加，尤其是在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，這更激起了許多國(guó)家開(kāi)發(fā)、應(yīng)用GPS的熱潮。?

我國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面較發(fā)達(dá)國(guó)家晚，而美國(guó)等歐美國(guó)家出于保障國(guó)家安全和維護(hù)軍事強(qiáng)國(guó)的需要，有關(guān)高動(dòng)態(tài)的技術(shù)對(duì)我國(guó)采取封鎖政策。目前GPS在我國(guó)的應(yīng)用具有如下明顯不足：①在國(guó)內(nèi)GPS應(yīng)用產(chǎn)品市場(chǎng)上，有相當(dāng)部分產(chǎn)品直接來(lái)自國(guó)外；②主要是進(jìn)行產(chǎn)品的二次開(kāi)發(fā)；③主要側(cè)重中、低動(dòng)態(tài)環(huán)境的應(yīng)用研究，高動(dòng)態(tài)應(yīng)用領(lǐng)域的研究涉及不多。低動(dòng)態(tài)，中動(dòng)態(tài)和高動(dòng)態(tài)是按目標(biāo)載體的運(yùn)動(dòng)速度歸納的：低動(dòng)態(tài)接收機(jī)，其載體運(yùn)動(dòng)速度為每秒幾米至幾十米；中動(dòng)態(tài)接收機(jī)，運(yùn)動(dòng)速度為100m/s至1km/s；高動(dòng)態(tài)接收機(jī)，運(yùn)動(dòng)速度一般大于1km/s。由于以上原因，我國(guó)正在發(fā)展自己的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)將會(huì)由目前的區(qū)域?qū)Ш阶罱K發(fā)展為全球?qū)Ш健Ｔ撓?統(tǒng)的建立與運(yùn)營(yíng)，必然要求科技工作者研發(fā)出各種類(lèi)型的導(dǎo)航接收機(jī)，而導(dǎo)航接收機(jī)的跟蹤環(huán)路在高動(dòng)態(tài)條件下的性能研究必然是研發(fā)的重點(diǎn)。另外，由于國(guó)外的很多武器都裝備了GPS高動(dòng)態(tài)用戶機(jī)，搞清楚GPS高動(dòng)態(tài)用戶機(jī)的工作原理，也可以為設(shè)計(jì)出高效的GPS高動(dòng)態(tài)用戶機(jī)提供理論依據(jù)。?

出于國(guó)家安全的需要，為了在衛(wèi)星導(dǎo)航方面擺脫對(duì)它國(guó)的依賴，我們應(yīng)該研究并掌握高動(dòng)態(tài)條件下的導(dǎo)航接收機(jī)的跟蹤技術(shù)，為我國(guó)開(kāi)發(fā)自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供技術(shù)支持。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種新的高動(dòng)態(tài)GPS跟蹤算法。該算法融合了PLL/FLL算法與卡爾曼算法，將FLL鑒相器的輸出信號(hào)作為卡爾曼濾波算法的輸入，經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波估計(jì)出載波相位誤差，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波后然后反饋載波生成器，以調(diào)整本地復(fù)現(xiàn)的載波頻率。?

1、本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種高動(dòng)態(tài)GPS載波環(huán)跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟：?

(1)從功能上說(shuō)，該算法既利用了FLL鑒別器，又采用了卡爾曼濾波算法；?

(2)FLL鑒別器采用了四象限反正切鑒別器，該鑒別器在高何地信噪比時(shí)最佳，且斜率與信號(hào)幅度無(wú)關(guān)；利用卡爾曼濾波對(duì)相位差進(jìn)行估計(jì)。?

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高動(dòng)態(tài)GPS載波環(huán)跟蹤方法，其特征在于既利用了FLL鑒別器，又采用了卡爾曼濾波算法：?

(a)將輸入的中頻信號(hào)剝離C/A碼，然后通過(guò)與載波生成器的輸出相交，得到同相信號(hào)和正交信號(hào)；?

(b)將同相信號(hào)和正交信號(hào)作為FLL鑒相器的輸入，通過(guò)鑒相器鑒相，將?所得結(jié)果送入卡爾曼濾波器；?

(c)將鑒相器輸出作為卡爾曼濾波器的觀測(cè)值，建立載波相位的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程；

(d)將卡爾曼濾波器輸出經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波后然后反饋載波生成器，以調(diào)整本地復(fù)現(xiàn)的載波頻率。?

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是融合了FLL鑒別器及卡爾曼濾波算法，首先通過(guò)對(duì)中頻輸入的同相和正交信號(hào)分量通過(guò)FLL鑒相器從而得到相位Δθ(k)，經(jīng)過(guò)鑒相器后，相位只與多普勒頻率有關(guān)，使得進(jìn)行估計(jì)時(shí)計(jì)算更加方便和簡(jiǎn)單，通過(guò)卡爾曼濾波(KF)算法對(duì)相位、其導(dǎo)數(shù)(即多普勒頻率)以及多普勒頻率變化率進(jìn)行估計(jì)，即設(shè)立x(k)＝[Δθ(k)Δω(k)Δα(k)]的狀態(tài)向量。卡爾曼濾波器的輸出信號(hào)作為相位補(bǔ)償值經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波反饋至載波生成器，來(lái)調(diào)整本地復(fù)現(xiàn)載波的頻率，是頻率鎖定輸入信號(hào)載波的頻率。本發(fā)明所用的卡爾曼濾波的載波跟蹤環(huán)中選用了線性較好的四相限反正切鑒別器的輸出相位差作為量測(cè)值，利用卡爾曼濾波對(duì)相位差進(jìn)行估計(jì)，提高了載波跟蹤環(huán)的靈敏度。?

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的總體框圖；?

圖2為離散線性系統(tǒng)；?

圖3為離散線性簡(jiǎn)化系統(tǒng)；?

圖4為環(huán)路濾波器。?

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種高動(dòng)態(tài)GPS跟蹤方法，包括以下步驟：?

(a)將輸入的中頻信號(hào)剝離C/A碼，然后通過(guò)與載波生成器的輸出相交，得到同相信號(hào)和正交信號(hào)。?

(b)將同相信號(hào)和正交信號(hào)作為FLL鑒相器的輸入，通過(guò)鑒相器鑒相，將所得結(jié)果送入卡爾曼濾波器。FLL鑒相器公式為：?