[發(fā)明專利]一種導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的信號載波環(huán)跟蹤方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011608093.8
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112748450A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉衛(wèi);顧明星;牟明會(huì);胡媛;王勝正
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29;G01S19/37
• 代理公司: 上海互順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31332
• 代理人: 裴姣姣

本發(fā)明公開了一種導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的信號載波環(huán)跟蹤方法，包括：獲取衛(wèi)星信號的中頻信號；獲取同相信號和正交信號；通過載波頻率鑒別器鑒別k?1和k兩相鄰時(shí)刻的頻率差Δf_k；獲得當(dāng)前時(shí)刻的載波頻率f_k，旨在提高載波環(huán)的穩(wěn)定性，即利用無跡卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)載波環(huán)路跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的信號載波環(huán)跟蹤方法。

背景技術(shù)

導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號后，需經(jīng)捕獲、跟蹤和解算環(huán)節(jié)獲得導(dǎo)航電文并實(shí)現(xiàn)定位解算。其中，跟蹤環(huán)節(jié)是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation SatelliteSystem,GNSS)中最脆弱的環(huán)節(jié)，其易在高動(dòng)態(tài)、弱信號等環(huán)境下出現(xiàn)環(huán)路失鎖現(xiàn)象。

當(dāng)前衛(wèi)星信號載波環(huán)的跟蹤方法以比例積分濾波器(proportional-integralfilter,PIF)為基礎(chǔ)，是一種經(jīng)典的衛(wèi)星接收機(jī)的信號解調(diào)方法。該跟蹤方法通過設(shè)定的噪聲帶寬和阻尼系數(shù)，實(shí)現(xiàn)載波的跟蹤。但該方法易在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下因噪聲帶寬過窄出現(xiàn)環(huán)路失鎖現(xiàn)象，或在弱信號環(huán)境下因噪聲帶寬過寬導(dǎo)致載噪比過低，使得導(dǎo)航電文解調(diào)失敗，且在跟蹤過程中各通道相互獨(dú)立。

基于無跡卡爾曼濾波器(Unscented Kalman filter，UKF)的載波環(huán)路能根據(jù)接收機(jī)與各可見衛(wèi)星間的動(dòng)態(tài)應(yīng)力、載噪比等，動(dòng)態(tài)調(diào)整濾波參數(shù)，實(shí)現(xiàn)載波環(huán)在高動(dòng)態(tài)、弱信號環(huán)境下的持續(xù)跟蹤。并結(jié)合矢量跟蹤，利用各可見衛(wèi)星與接收機(jī)間的多普勒頻移變化更新導(dǎo)航結(jié)果，提高導(dǎo)航結(jié)果的魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的信號載波環(huán)跟蹤方法，旨在提高衛(wèi)星信號的環(huán)路穩(wěn)定性，即利用無跡卡爾曼濾波器輔助載波環(huán)路跟蹤。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一種導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的信號載波環(huán)跟蹤方法，所述方法包括：

步驟一：獲取衛(wèi)星信號的中頻信號，并與本地載波信號混頻，獲取同相信號即I信號，和正交信號即Q信號；

步驟二：根據(jù)所述的I信號和Q信號，經(jīng)載波頻率鑒別器獲得k-1和k兩相鄰時(shí)刻的頻率差

其中，下標(biāo)k表示k時(shí)刻，I_k表示k時(shí)刻的同相信號，Q_k表示k時(shí)刻的正交信號，T表示k-1和k兩相鄰時(shí)刻的時(shí)間間隔；

步驟三：根據(jù)角頻率差，確定載波環(huán)的更新方程

其中，A_k為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，為k時(shí)刻載波狀態(tài)量，f_k為接收到的衛(wèi)星信號的載波頻率,為接收到的衛(wèi)星信號的載波頻率率，n_k為系統(tǒng)噪聲，H_k為量測轉(zhuǎn)移矩陣，v_k為量測噪聲；

步驟四：根據(jù)載波環(huán)的更新方程，確定無跡卡爾曼濾波的采樣點(diǎn)和權(quán)值

其中，為采樣點(diǎn)，n為狀態(tài)量的維度，λ＝α²(n+κ)-n為比例因子，α確定采樣點(diǎn)的分布，P_k為狀態(tài)量x_k的方差，為矩陣平方根的第i列；

步驟五：根據(jù)無跡卡爾曼濾波中的比例修正方法，確定sigma點(diǎn)的權(quán)重

其中，和分別為sigma點(diǎn)均值和方差的權(quán)值，β為非線性高階信息的參數(shù)。

步驟六：根據(jù)載波環(huán)的更新方程，無跡卡爾曼濾波更新過程為

一步預(yù)測狀態(tài)值的均值為