[發明專利]一種用于復合GNSS信號的穩健DUPLL載波跟蹤方法

有效

• 申請號: 201710820573.2
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107576976B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 樓生強;林紅磊;唐小妹;黃仰博;歐鋼;李彩華;李蓬蓬;陳雷;左勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;G01S19/29
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

1.一種用于復合GNSS信號的穩健DUPLL載波跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，GNSS信號依次經過接收機中的天線、射頻前端、AD轉換器后轉變為數字中頻信號r(t)；

步驟2，通過本地載波生成裝置NCO產生頻率控制字為f_NCO的兩路信號，分別為同相信號s_I(t)和正交信號s_Q(t)：

s_I(t)＝cos(2πf_NCO·t)

s_Q(t)＝-sin(2πf_NCO·t)

通過本地偽碼生成裝置產生導頻支路偽碼信號c_p(t)和數據支路偽碼信號c_d(t)；

將數字中頻信號r(t)分為相同的兩路信號，一路信號與同相信號s_I(t)相乘混合為s_I(t)·r(t)，再將s_I(t)·r(t)分別與導頻支路偽碼信號c_p(t)、數據支路偽碼信號c_d(t)相乘混合后，得到信號為s_I(t)·c_p(t)·r(t)、s_I(t)·c_d(t)·r(t)；另一路信號與正交信號s_Q(t)相乘混合為s_Q(t)·r(t)，再將s_Q(t)·r(t)分別與導頻支路偽碼信號c_p(t)、數據支路偽碼信號c_d(t)相乘混合后，得到信號為s_Q(t)·c_p(t)·r(t)、s_Q(t)·c_d(t)·r(t)；

步驟3，相關器進行相關處理，相關器用于將輸入的接收信號進行相干積累，設相干積分時間為T_c；

對步驟2中得到的四路信號s_I(t)·c_p(t)·r(t)、s_I(t)·c_d(t)·r(t)、s_Q(t)·c_p(t)·r(t)和s_Q(t)·c_d(t)·r(t)分別進行相關處理后得到的輸出信號分別為I_p,k,I_d,k,Q_p,k,Q_d,k，其中下標k表示跟蹤環路中第k個跟蹤歷元，每個歷元對應的時長為T_c，故輸出信號I_p,k,Q_p,k,I_d,k,Q_d,k的積分區間均為(k-1)·T_c到k·T_c：

步驟4，鑒別器處理，用于計算步驟3中輸出信號中的誤差參數，鑒別器包括數據支路鑒相器和導頻支路鑒相器，數據支路鑒相器記為第一鑒別器；導頻支路鑒相器記為第二鑒別器；

將步驟3中的相關器輸出信號I_d,k,Q_d,k輸入第一鑒別器，經第一鑒別器處理后輸出為ε_d,k，將步驟3中的相關器輸出信號I_p,k,Q_p,k分別輸入第二鑒別器，經第二鑒別器處理后輸出為ε_p,k：

ε_d,k＝a tan(Q_d,k/I_d,k)

M為第二鑒別器的相干積累次數；因此第一鑒別器在每個歷元均有結果輸出，而第二鑒別器每隔M個歷元輸出一次結果；

步驟5，RDUPLL跟蹤環路進行濾波處理，將濾波結果反饋至載波生成裝置中用于更新頻率控制字f_NCO，其中RDUPLL跟蹤環路進行濾波處理，包括以下步驟：

步驟51，根據步驟4中兩個鑒別器的輸出結果獲取量測信息，量測信息包括RDUPLL的新息增量Y_k,量測矩陣H_k，量測噪聲矩陣R_k；

a.當第一鑒別器和第二鑒別器均有結果輸出時，量測信息中RDUPLL的新息增量Y_k,量測矩陣H_k，量測噪聲矩陣R_k的表達式為：

H_d和H_p分別為第一鑒別器和第二鑒別器對應的量測矩陣，分別表示為：

第一鑒別器和第二鑒別器的輸出結果的噪聲方差自適應估計，分別表示為：

其中N_w為自適應估計窗長度，和為自適應估計窗長度內ε_d,k和ε_p,k的均值，分別表示為

基于分段函數的自適應因子的兩鑒別器輸出噪聲方差計算，分別如下：

R_p,k＝σ_p,k²

其中α_d,k為第一鑒別器的自適應方差因子；

其中c₀和c₁為分段點，c₀＝0.3，c₁＝0.85；為歸一化的第一鑒別器的標準差，具體為

σ_s為第一鑒別器輸出結果的最大值，第一鑒別器采用二象限反正切鑒別器或者四象限反正切鑒別器，第一鑒別器采用二象限反正切鑒別器時，σ_s＝0.144，第一鑒別器采用四象限反正切鑒別器時，σ_s＝0.289；

b.當某跟蹤歷元中僅有第一鑒別器有結果輸出時，Y_k，H_k和R_k為

步驟52，RDUPLL跟蹤濾波器濾波迭代過程，如下：

RDUPLL跟蹤濾波器的系統方程為：

X_k+1＝Φ·X_k+w_k

其中X_k＝[θ_k,f_k,α_k]^T，分別為第k個歷元時的系統狀態向量，上標T表示矩陣轉置運算符號；θ_k,f_k,α_k分別表示信號的載波相位、頻率和頻率變化率，單位分別為周、Hz和Hz/s；w_k＝[ω_rf·w_b ωr_f·w_d(ω_rf/c)·w_a]^T為系統噪聲，其中w_b和w_d分別為由接收機中晶體振蕩器引起的相位噪聲和頻率噪聲，其噪聲譜密度分別為q_b和q_d；w_a是系統頻率變化率噪聲，其功率譜密度為q_a；ω_rf是載波頻率；c為光速，取值為3×10⁸m/s；Φ是系統狀態轉移矩陣，表示為：

Q是w_k對應的系統噪聲協方差矩陣，具體為：

結合步驟51中獲取的量測信息，RDUPLL濾波過程為：

Step 1：計算系統狀態向量預測值

Step 2：計算系統狀態向量協方差矩陣的預測值

Step 3：根據對應量測信息中的R_k，H_k計算卡爾曼濾波器增益G_k：

Step 4：根據新息增量Y_k更新系統狀態向量值：

Step 5：更新系統狀態向量協方差矩陣：

步驟53，根據系統狀態向量X_k的估計結果，反饋輸出至本地載波生成裝置NCO用于更新頻率控制字f_NCO，即

f_NCO＝f_k

其中f_k為向量X_k中的第二個元素，即信號載波頻率；

至此，完成了一次RDUPLL的濾波處理過程。