[發明專利]具有定點西格瑪羅濾波器的衛星導航接收機

有效

• 申請號: 201680052717.8
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN108027442B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 俞煒;理查德·G·基根;羅納德·R·黑奇
• 申請（專利權）人: 迪爾公司
• 主分類號: G01S19/01
• 分類號: G01S19/01;G01S19/13;G01S19/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 倪斌

描述了具有改進的穩定性的使用定點西格瑪羅(sigma rho)濾波器(42)進行載波和碼字跟蹤的多頻帶衛星導航接收機(11)。接收機(11)簡化并加速了濾波器(42)中的數據處理，以自適應地容納來自聚合頻帶的公共信息并且實時獲得接收機(11)的準確位置。濾波器(42)可以在確定自適應縮放因子時使用標準偏差函數和互相關函數，以確保濾波器(42)是穩定且可靠的。

技術領域

本申請一般涉及具有定點西格瑪羅濾波器的衛星導航接收機。具體地，本申請涉及具有改進的穩定性的使用定點西格瑪羅(sigma rho)濾波器進行載波和碼字跟蹤的多頻帶衛星導航接收機。

背景技術

全球導航衛星系統(GNSS)利用衛星使得接收機能夠使用從衛星發射的信號以非常高的準確度和精度確定位置、速度和時間。這種GNSS包括全球定位系統(GPS)、GLONASS和伽利略。從衛星發射的信號包括在分離的已知頻率處的一個或多個載波信號，例如在GPS中的第一載波(L1)、第二載波(L2)和附加的第三載波(L5)。諸如調制有信息的偽隨機(PN)噪聲碼之類的碼字可以調制信號的載波，并且對于每個衛星可以是獨特的。因為衛星具有相對于時間已知的軌道位置，所以可以基于從三個或更多個衛星接收的一個或多個信號的傳播時間，使用信號來估計接收機的天線與每個衛星之間的相對位置。具體地，接收機可以將載波的本地副本與信號中傳輸的碼字進行同步以估計相對位置。

典型的接收機利用針對每個衛星的載波跟蹤環和碼字跟蹤環來測量接收機與特定衛星之間的距離和速度。載波和碼字的本地副本可以由本地信號發生器生成，該本地信號發生器由載波跟蹤環和碼字跟蹤環驅動。在一些接收機中，可以利用擴展卡爾曼濾波器(EKF)通過聯合估計來估計載波和碼字的相位。傳統的EKF可以結合來自多個頻率的信息以最優地估計接收機與衛星之間的距離和速度。但是，由于需要執行浮點計算，EKF不一定適合用作用于載波和碼字跟蹤的聚合預測濾波器。例如，EKF可能具有與最小化數據參數的均方誤差相關聯的嚴苛的或過度的計算要求，所述數據參數具有與衛星導航接收機中的信號處理相關聯的典型動態范圍。此外，用于信號處理的EKF濾波器可能需要復雜度為O(n³)的逆矩陣計算，其中n為矩陣的維度。這種快速迭代要求阻礙了具有復雜的矩陣計算的EKF使用實時信號處理。

EKF的一種替代表示是西格瑪羅濾波器。在一些接收機中也可以使用西格瑪羅濾波器來估計載波和碼字的相位。西格瑪羅濾波器可以使用標準偏差項(例如，σ參數)和互相關項(例如，ρ參數)來替代典型EKF中的協方差矩陣。標準偏差項的使用可以減小數值范圍，并且可以導致節省邏輯門和/或降低對寄存器寬度的要求。互相關項的使用自然保證了協方差矩陣的對稱性，這與典型EKF相反，典型EKF使用需要額外的對稱檢驗的協方差矩陣。然而，使用浮點計算的西格瑪羅濾波器可能難以使用數字電路來實現，并且在沒進行特殊處理的情況下可能存在可靠性和穩定性方面的問題，諸如存在互相關項在西格瑪羅濾波器的動態傳播和/或測量更新期間可能沒被正確限制的可能性。

因此，衛星導航接收機有機會解決這些問題。更具體地，衛星導航接收機有機會簡化和加速用于載波跟蹤和碼字跟蹤的穩定的多頻帶預測濾波器中的數據處理，以自適應地容納來自聚合頻帶的公共信息并實時獲得接收機的準確位置。

發明內容

本文描述的衛星導航接收機包括接收機前端、模數轉換器、多個信號發生器、多個接收機模塊以及聚合預測濾波器。所述接收機前端可以用于對包括多個載波信號的復合接收信號進行下變頻，以及所述模數轉換器可以用于將下變頻的復合接收信號轉換成數字復合接收信號。所述多個信號發生器可以各自用于基于載波校正控制數據和碼字校正控制數據生成本地參考載波信號和本地參考測距碼字，其中，所述本地參考載波信號和所述本地參考測距碼字與所述多個載波信號之一相關聯。所述多個接收機模塊可以各自包括相關器，所述相關器用于確定所述數字復合接收信號與所述本地參考載波信號和所述本地參考測距碼字的多個相關之一，其中，所述多個相關中的每一個包括同相相關和正交相關，并且與所述多個載波信號之一相關聯。所述聚合預測濾波器可以與所述多個信號發生器通信，并且用于基于所述多個相關來估計所述載波校正控制數據和所述碼字校正控制數據。