[發明專利]一種基于慣性信息輔助與參數估計的GNSS反欺騙環路跟蹤方法

有效

• 申請號: 201611251034.3
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106772455B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 許睿;丁夢羽;戴偉昊;祁雅;劉建業;曾慶化;李榮冰;韓志鳳
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 張耀文

1.一種基于慣性信息輔助與參數估計的GNSS反欺騙環路跟蹤方法，其特征在于：分為前向支路，輔助信息支路與反饋支路；

所述前向支路能夠獲得接收信號每一顆衛星信號的幅值、相位與碼延時參數，對于受欺騙干擾的衛星信號，經過信號參數估計器能夠獲得兩組信號幅值、相位與碼延時參數；前向支路包括天線、接收前端、混頻器、相關器組、信號參數估計器以及融合器；具體工作步驟如下：

步驟(1-1)，GNSS信號經過天線模塊的接收和放大，輸入接收前端使模擬射頻信號轉換為數字中頻信號：

sIF,iau(k)=Aiau(k)Ci(kTs-τiau(k))Di(kTs-τiau(k))cos((ωIF+ωD,iau(k))kTs+φiau(k))---(1)]]>

其中，上標au表示真實衛星信號；下標i表示第i顆衛星信號；s_IF，i(k)表示接收機在第k個采樣時刻獲得的第i顆衛星的中頻信號；A_i(k)表示第i顆衛星信號在第k個采樣時刻的幅值；C_i(kT_s-τ_i(k))表示碼延時為τ_i(k)的第i顆衛星信號的偽碼序列,T_s表示采樣周期；D_i(kT_s-τ_i(k))表示延時為τ_i(k)的第i顆衛星信號的導航數據碼；cos((ω_IF+ω_D(k))kT_s+φ_i(k))表示載波，ω_IF、ω_D(k)與φ_i(k)分別表示中頻頻率，多普勒頻率與相位偏差；

當接收信號包含欺騙信號時，對于單顆衛星信號而言，接收機接收到的數字中頻信號表示為：

sIF,i(k)=sIF,iau(k)+sIF,isp(k)+n(k)---(2)]]>

其中，n(k)表示接收機噪聲；上標sp表示欺騙信號，表示接收機在第k個采樣時刻獲得的第i顆衛星的中頻欺騙信號，與真實信號有相同的結構，但偽碼延時、載波多普勒和相位延時會不同，具體表示為：

sIF,isp(k)=Aisp(k)Ci(kTs-τisp(k))Di(kTs-τisp(k))cos((ωIF+ωD,isp(k))kTs+φisp(k))---(3)]]>

步驟(1-2)，數字中頻信號依次通過同相-正交相混頻器與多路相關器，獲得剝離載波后的一組具有不同延時時間的自相關值；多路相關器個數為2M+1個，相關器碼片間隔為Δ碼片，則第m個相關器，m∈[-M，-(M-1)…，-1，0，1，…，M-1，M；]，輸出同相信號I_m(l)與正交相信號Q_m(l)為：

Im(l)=Σk=lNcoh+1lNcohsIF,icos((ωIF+ω^D,i(l-1))kTs+φ^i(l-1))Ci(kTs-τm(k))Qm(l)=Σk=lNcoh+1lNcohsIF,isin((ωIF+ω^D,i(l-1))kTs+φ^i(l-1))Ci(kTs-τm(k))---(4)]]>

其中，l表示第l個相干積分時間，N_coh表示一個相干積分周期內所需的采樣點個數；與表示前一相干積分時間估算的多普勒與相位偏差；τ_m表示第m個相關器的碼延時，τ_m＝mΔ；

步驟(1-3)，信號參數估計器利用極大似然估計方法獲取真實信號與欺騙信號的信號幅值、相位與碼延時信息，同時將估計參數輸出至融合器；參數估計方法如下：

τ^x=max[Re{[Rxx(τ)-Σy=1y≠x2a^yR(t-τ^y)ejφ^y]}]---(5)]]>

a^x=Re{[Rxx(τ^x)-Σy=1y≠x2a^yR(τ^x-τ^y)ejφ^y]e-jφ^x}---(6)]]>

φ^x=arg[Rxx(τ^x)-Σy=1y≠x2a^yR(τ^x-τ^y)ejφ^y]---(7)]]>

其中，^表示估計量；x＝1表示真實信號，x＝2表示欺騙信號；R_xx(τ)表示通過I_m與Q_m獲得的實際相關函數；R(τ)為理想相關函數曲線；在具體解(5)、(6)與(7)時，通過不斷調整理想相關曲線疊加后與測量相關曲線無線趨近獲得；

步驟(1-4)，融合器利用信號參數估計器輸出的各信號參數，與輔助信息支路輸入的輔助信號參數信息，即碼延時與載波多普勒，進行檢驗，從而獲得真實信號參數與欺騙信號參數；同時，融合器輸出真實信號至輔助信息支路的碼延時估計器，并將信號強度較大的信號認為須跟蹤信號，輸出至反饋支路的碼生成器；

所述輔助信息支路用于提供輔助的碼延時信息，供前向支路的融合器檢測欺騙信號；

所述反饋支路用于給GNSS接收機碼跟蹤環路提供控制量。