[發(fā)明專利]一種GPS L2C信號(hào)跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310405475.4
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN103439719B
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝雪芬;沈飛;楊陽;楊冬瑞;陳熙源
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/30
• 分類號(hào): G01S19/30
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

1.一種GPS?L2C信號(hào)跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A，數(shù)字中頻接收信號(hào)生成I和Q兩路基帶信號(hào)，I、Q信號(hào)分別與本地 CM碼信號(hào)、CL碼信號(hào)相關(guān)加權(quán)累加，其結(jié)果分別為I(δ)、Q(δ)，I(δ)、Q(δ)作 為量測值輸入無跡卡爾曼濾波器UKF；其中I和Q分別表示同相和正交，δ為接 收碼與本地碼的時(shí)間偏移；

步驟B，無跡卡爾曼濾波器UKF輸出平均碼相位差Δt_m作為碼相位補(bǔ)償值， Δt_m經(jīng)碼濾波器后反饋至碼發(fā)生器；同時(shí)UKF輸出平均載波相位差和載波幅 度平均值分別作為載波相位補(bǔ)償值和標(biāo)準(zhǔn)載波幅度值，和經(jīng)載波濾波 器后反饋至載波數(shù)控振蕩器；

步驟C，Δt_m調(diào)節(jié)本地碼相位至接收信號(hào)碼相位，調(diào)節(jié)本地載波相位至 接收信號(hào)載波相位，作為載波數(shù)控振蕩器下一CL碼導(dǎo)航周期的標(biāo)準(zhǔn)載波幅度 值，實(shí)現(xiàn)GPS?L2C信號(hào)的跟蹤；

步驟B中，所述無跡卡爾曼濾波器UKF，通過構(gòu)建其狀態(tài)方程與測量方程， 對輸入量測值濾波得到接收信號(hào)與本地載波的平均載波相位差、平均碼相位差和 載波幅值平均值，所述狀態(tài)方程包括載波相位狀態(tài)方程、碼相位狀態(tài)方程、載波 幅值狀態(tài)方程，具體描述如下：

步驟B-1，載波相位狀態(tài)方程：

其中，為接收信號(hào)載波相位與本地載波相位差值；X_ω為接收信號(hào)載波多 普勒頻移差；ΔT為累加時(shí)段長度，選為一個(gè)CM碼周期20ms；為2×1的高斯 白噪聲序列；m為當(dāng)前導(dǎo)航數(shù)據(jù)的索引號(hào)；m-1為上一導(dǎo)航數(shù)據(jù)的索引號(hào)；

步驟B-2，碼相位狀態(tài)方程：

其中，t_s為接收機(jī)接收的碼相位與本地碼相位差值；ω_L2為L2C信號(hào)的頻率； G_ts為隨機(jī)模擬白噪聲序列，方差E[G_ts²]＝ΔTq_ts，其中q_ts為白噪聲密度；

步驟B-3，載波幅值狀態(tài)方程：

A_m＝A_m-1+A_Gm-1

其中，A_m為當(dāng)前導(dǎo)航數(shù)據(jù)載波幅值；A_m-1為上一導(dǎo)航數(shù)據(jù)載波幅值； 為上一白噪聲序列幅值；

步驟B-4，測量方程，測量方程是UKF中由輸入量測值得到輸出量的計(jì)算方 程，所述濾波器將累加加權(quán)值I(δ)、Q(δ)作為量測值，得到一個(gè)導(dǎo)航周期20ms 內(nèi)的測量方程；其表達(dá)式如下：

其中，D_,為導(dǎo)航數(shù)據(jù)值；它是一個(gè)幅度為+l和-l的矩形脈沖序列，脈沖寬 度是20ms；為20ms內(nèi)載波幅值的平均值；為20ms內(nèi)載波相位差的平均 值；Δt_m為累加時(shí)段中點(diǎn)上的碼相位差；v_m為一個(gè)零均值高斯白噪聲序列；定義 傳遞函數(shù)R(Δt_m)為相關(guān)函數(shù)， R_e(Δt_m)為超前減滯后的相關(guān)函數(shù)，n為20毫秒周期內(nèi)的采樣個(gè)數(shù)；

步驟B-5，20ms內(nèi)平均載波相位差為：

步驟B-6，20ms內(nèi)平均碼相位差Δt_m為：

Δtm=(ts)m+(ts)m-12-tmidm]]>

其中，t_s為接收機(jī)接收到的信號(hào)碼相位與本地碼相位差；t_midm為累加時(shí)段 中點(diǎn)的碼相位；

步驟B-7，計(jì)算20ms內(nèi)載波幅度平均值

A‾m=Am-1+0.5AGm-1.]]>

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS?L2C信號(hào)跟蹤方法，其特征在于，步驟A中， 所述I、Q信號(hào)分別與本地CM碼信號(hào)、CL碼信號(hào)相關(guān)加權(quán)累加，其過程具體如 下：

步驟A-1，每20ms分別計(jì)算一次CM碼和CL碼的I和Q兩路基帶信號(hào)，將 CM碼和CL碼的I和Q兩路基帶信號(hào)加權(quán)累加，累加結(jié)果為：

ICM(δ)=Σk=mn(m+1)n-1ykCM(tk+δ-ts)×cos[(ωL2-ωd)tk]]]>

QCM(δ)=Σk=mn(m+1)n-1ykCM(tk+δ-ts)×sin[(ωL2-ωd)tk]]]>

ICL(δ)=Σk=mn(m+1)n-1ykCL(tk+δ-ts)×cos[(ωL2-ωd)tk]]]>

QCL(δ)=Σk=mn(m+1)n-1ykCL(tk+δ-ts)×sin[(ωL2-ωd)tk]]]>

其中，n為20毫秒周期內(nèi)的采樣個(gè)數(shù)；m為20ms的導(dǎo)航電文索引號(hào)；下標(biāo) CM指CM碼；下標(biāo)CL指CL碼；y_k為數(shù)字中頻接收信號(hào)；I、Q分別是第m個(gè)相干 積分段的同相和正交積分，積分段從第mn個(gè)采樣點(diǎn)開始，長度為n個(gè)采樣點(diǎn)，k 為采樣點(diǎn)序號(hào)；t_s為接收機(jī)接收的碼相位與本地碼相位差值；ω_L2為L2C信號(hào)的 頻率；ω_dt_k為接收機(jī)對于中頻信號(hào)載波相位值；CM(.)代表CM碼，是周期為20ms、 幅度為+l或-l的矩形脈沖；CL(.)代表CL碼，它的周期為1.5s；

步驟A-2，將CM碼和CL碼的I和Q兩路基帶信號(hào)加權(quán)累加，加權(quán)累加后I 和Q兩路輸出信號(hào)為：

I(δ)＝αI_CM(δ)+βI_CL(δ)

Q(δ)＝αQ_CM(δ)+βQ_CL(δ)

其中，α、β是權(quán)值系數(shù)，α+β＝1，且為CM 碼相位方差，為CL碼相位方差。