[發明專利]一種集群自主協同中的GNSS并行基帶信號處理方法

有效

• 申請號: 202010131520.1
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111239781B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張雷;楊余;沈國琛;董德存
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/29
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

1.一種集群自主協同中的GNSS并行基帶信號處理方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：通道復用

在多天線接收機中，使用一個硬件通道，通過復用得到64個獨立的衛星跟蹤通道，每個通道同時跟蹤來自同一顆衛星的9路獨立的信號，共計576路衛星信號，將每個跟蹤通道靈活配置為GNSS系統中的任意一顆衛星，同時跟蹤576路獨立的衛星信號，并利用FPGAXC7Z020實現；

步驟二：輔助跟蹤

根據步驟一，一個復用通道同時跟蹤來自同一顆衛星的9路信號，把九個信號接入同一個通道，九個信號中，將一個信號作為主頻點，其它信號由主頻點信號輔助跟蹤，主頻點采用自適應的KALMAN濾波跟蹤，承擔載體的動態，其它頻點由于采用輔助跟蹤，只跟蹤該頻點與主頻點之間的動態殘留部分，由于該殘留動態通常較小，故將輔助跟蹤的帶寬做窄，提高觀測量的精度；

步驟三：信號的相對跟蹤

以主頻點的載波為本振跟蹤其他頻點載波，多天線接收機的主頻點承擔載體動態和衛星動態的跟蹤，主天線的其余兩個頻點與主頻點的相對動態為0，而其它天線與主天線只有載體旋轉帶來的相對動態，故各被輔助頻點可使用窄帶寬的相對跟蹤，提高相對觀測量的精度，在相對跟蹤中，不同天線相應頻點所含的電離層誤差，衛星鐘差均在跟蹤過程中自然消除，故其觀測量即為單差；

步驟四：載波相位的快速恢復

載波相位的維護和測量是高精度接收機基帶設計的核心，實際應用中，載體經常要經過復雜的路段，信號的強度發生劇烈的變化甚至消失，當信號變弱后，環路不能維持對載波相位的跟蹤，只能進入鎖頻跟蹤或失鎖重捕狀態，這時載波相位不可用，RTK定位不能進行，當信號恢復時，需要幾秒鐘的時間，在動態條件下，該過程更長，這就導致在車載應用過橋洞時通常要在信號恢復一段時間后才能恢復RTK定位，為改善這一情況，采用寬帶鑒頻鑒相器，使用改進的寬帶鑒相器(-16π，16π)，在頻差和相差大的情況下直接計算出載波的瞬時頻率和瞬時相位，并修改環路的參數使環路直接進入鎖相跟蹤的狀態，這個過程只有0.02秒到0.04秒的時間；

步驟五：載波相位跟蹤的自適應調整

經典的環路設計并不考慮信號強度對環路跟蹤的影響，通常只是根據應用場合設置統一的參數帶寬，而實際情況，載波的瞬時相位測量精度和信號的強度直接相關，所以將信號的瞬時信噪比也輸入環路，在信號強時增強信號的動態適應性，在信號弱時降低帶寬以提高精度，采用三階KALMAN濾波跟蹤，根據實時信號強度調整噪聲矩陣，在大動態時得到精準的載波相位測值；

步驟六：基帶抗多徑

多路徑效應一直是困擾高精度GNSS測量領域的主要尚未解決的誤差源，所以，采用抗多徑技術包括：多徑識別和多徑修復，多徑識別基于多徑信號和直射信號存在相位偏差的情況下，在硬件設計中，將信號的頭部和尾部分別取出并跟蹤這兩個信號的相位差，如不為0則認為該信號存在多徑；多徑修復基于有直射信號，并且直射信號存在于入射信號頭部的情況下，在硬件中將該信號取出作為鑒相器的輸入，如果信號較強，則縮短頭部的長度來降低多徑的影響。

2.根據權利要求1所述的一種集群自主協同中的GNSS并行基帶信號處理方法，其特征在于：所述步驟二中，一顆衛星有三個頻點B1、B2、B3，通過三個天線形成9個信號，由于信號同源，這九個信號之間有相關性。

3.根據權利要求1所述的一種集群自主協同中的GNSS并行基帶信號處理方法，其特征在于：所述步驟二中，使用輔助跟蹤降低CPU的負擔，其計算量僅相當于2個獨立頻點跟蹤的計算量，而不是9個。

4.根據權利要求1所述的一種集群自主協同中的GNSS并行基帶信號處理方法，其特征在于：所述步驟三中，和普通接收機求單差不一樣的是，普通接收機的環路由于載體動態和衛星動態的限制，帶寬不能窄，而相對跟蹤只對兩個頻點的相對動態跟蹤，通過縮小帶寬來獲得更高的跟蹤精度，方差小。

5.根據權利要求1所述的一種集群自主協同中的GNSS并行基帶信號處理方法，其特征在于：所述步驟四中，當信號恢復時，環路要經歷鎖頻--頻差減小--鎖相--相差減小階段。