[發明專利]一種穩健無偏的導航信號矢量跟蹤方法

有效

• 申請號: 201610320934.2
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN105954772B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 林紅磊;黃仰博;唐小妹;孫廣福;王勇;李蓬蓬;李垣陵;蘇印雪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新

技術領域

本發明涉及導航接收機設備研制領域，具體的說是一種提高導航接收機矢量跟蹤技術穩健性的方法，其可運用在衛星導航系統中接收終端類設備的研制中。

背景技術

隨著衛星導航系統應用領域的不斷擴大，傳統導航接收機在弱信號等復雜環境不能較好的滿足定位等服務的需求。為了提高導航接收機弱信號下的跟蹤靈敏度及跟蹤動態，矢量跟蹤環路(VTL:Vector Tracking Loop)受到了廣泛的研究，研究表明，矢量跟蹤技術在提高弱信號下跟蹤性能的同時，還能大大縮短信號失鎖重捕的時間，提高接收機的可用性。但是傳統的矢量跟蹤方法對初值比較敏感當初始偏差較大時可能導致矢量跟蹤算法收斂到錯誤的地方，甚至導致濾波發散，跟蹤失敗。

目前提高矢量跟蹤技術穩健性的方法有兩大類：一類是增強矢量跟蹤算法中解算濾波器的穩健性，另一類是增強反饋環路的穩健性。通過采用更穩健的解算濾波器，如迭代不敏卡爾曼濾波器(IUKF:Iterated Unsented Kalman Filter)、自適應的迭代擴展卡爾曼濾波器(Adaptive Iterated Extended Kalman Filter)等，雖然可以增強矢量跟蹤算法的穩健性，但是算法復雜，計算開銷大，不利于工程應用。對于通過增強反饋環路的穩健性方法中，大多采用傳統標量跟蹤環路和矢量跟蹤環路相結合的方法，需要同時保留矢量環路和標量環路，增加了接收機的設計復雜度。

發明內容

背景技術中介紹的兩種方法均不具備較高的工程實用價值，針對現有技術存在的缺陷，本發明提出了一種穩健無偏的導航信號矢量跟蹤方法，具體的說是一種基于對角加權矩陣的穩健矢量跟蹤環路(RVTL:Robust Vector Tracking Loop)。該方法利用對角加權矩陣進行各個通道的反饋控制，通過對角矩陣消除通道間誤差估計結果的相互傳遞，保證算法具有無偏性，從而提高矢量跟蹤方法的穩健性。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種穩健無偏的導航信號矢量跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟101，獲取導航信號的數字中頻信號S_r(t)；

導航信號經過接收機中的天線，射頻前端，AD轉換器后變為數字中頻信號S_r(t)。

步驟102，接收機中包括N條信號跟蹤通道，N等于進入矢量跟蹤環路中的衛星數，一個信號跟蹤通道跟蹤一顆衛星的一個頻點。每條信號跟蹤通道包括一個數字控制振蕩器、一個相關器和一個鑒別器，數字中頻信號S_r(t)和數字控制振蕩器生成的本地復制信號為信號跟蹤通道中相關器的輸入信號，相關器對各輸入信號進行相干積分處理，得到各輸入信號對應的相關值，相關值輸入鑒別器，鑒別器將各通道的鑒別誤差結果輸出給穩健矢量跟蹤環路；

步驟103，將步驟102得到的鑒別誤差結果輸入到穩健矢量跟蹤環路，穩健矢量跟蹤環路由步驟102給出的鑒別誤差結果以及當前時刻接收機運動狀態參數和衛星運動參數，生成各條信號跟蹤通道中數字控制振蕩器中的頻率控制字，各條信號跟蹤通道中的本地復制信號的載波頻率和偽碼頻率通過各條信號跟蹤通道中數字控制振蕩器中的頻率控制字控制，其中當前接收機的運動狀態由接收機實時解算得到，衛星運動參數從衛星星歷中提取獲得。

本發明中，其步驟102具體包括如下步驟：

步驟201：

信號跟蹤通道中的數字控制振蕩器，用來生成本地復制信號，本體復制信號的載波頻率和偽碼頻率通過數字控制振蕩器中的頻率控制字控制，以保證本地復制信號和接收的導航信號間的同步；

步驟202：

本地復制信號包括由同相支路(I)和正交支路(Q)的載波信號和超前支路(E),準時支路(P)，滯后支路(L)三路不同碼相位的偽碼信號合成的六路信號，分別為同相超前支路S_IE(t)，正交超前支路S_QE(t)，同相準時支路S_IP(t)，正交準時支路S_QP(t)，同相滯后支路S_IL(t)，正交滯后支路S_QL(t)信號。

步驟203：