[發(fā)明專利]一種基于無跡卡爾曼濾波的高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110980271.8
• 申請(qǐng)日: 2021-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN115728794A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海杰瑞兆新信息科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S19/26
• 分類號(hào): G01S19/26;G01S19/29;G01S19/30;G01S19/37;G01S19/47
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本發(fā)明公開了一種基于無跡卡爾曼濾波的高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)，包括采用頻率、頻率一階變化率和二階變化率作為狀態(tài)向量的跟蹤模式，狀態(tài)初值由信號(hào)捕獲得到初始頻率偏移，將頻率變化率設(shè)為零，初始協(xié)方差可以選擇為零矩陣，設(shè)置過程噪聲向量，用以取得過程噪聲協(xié)方差矩陣，設(shè)置測(cè)量噪聲，調(diào)整時(shí)間間隔，以設(shè)定初始事件。通過利用無跡卡爾曼濾波代替載波相位鑒別器和環(huán)路濾波器來實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)載波信號(hào)的高精度跟蹤，通過內(nèi)部算法來代替結(jié)構(gòu)上的閉環(huán)，從而擺脫閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)受到的環(huán)路帶寬等因素的限制，使得跟蹤精度和動(dòng)態(tài)跟蹤能力都有所提高，深組合系統(tǒng)的主要任務(wù)是保持碼相位和載波頻率鎖定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無跡卡爾曼濾波的高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)。

背景技術(shù)

當(dāng)前，我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)正在高速發(fā)展，對(duì)北斗系統(tǒng)以及各國(guó)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)的使用場(chǎng)景也在得到不斷的拓展。目前利用GPS對(duì)靜態(tài)和低動(dòng)態(tài)用戶的定位技術(shù)比較成熟，但目前的關(guān)鍵問題之一就是對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下GPS技術(shù)應(yīng)用的研究不夠成熟。

當(dāng)前的在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，傳統(tǒng)的鎖相環(huán)方法通常會(huì)犧牲PLL的跟蹤性能以滿足其動(dòng)態(tài)性能，通過采取這種折衷的辦法以實(shí)現(xiàn)PLL對(duì)高動(dòng)態(tài)信號(hào)的跟蹤能力，但其缺點(diǎn)在于：①傳統(tǒng)鎖相環(huán)鑒相范圍有限；②傳統(tǒng)鎖相環(huán)受環(huán)路帶寬限制嚴(yán)重；③傳統(tǒng)鎖相環(huán)無法適應(yīng)較大范圍的多普勒頻移。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于無跡卡爾曼濾波的高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)，解決了①傳統(tǒng)鎖相環(huán)鑒相范圍有限；②傳統(tǒng)鎖相環(huán)受環(huán)路帶寬限制嚴(yán)重；③傳統(tǒng)鎖相環(huán)無法適應(yīng)較大范圍的多普勒頻移等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于無跡卡爾曼濾波的高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)，包括以下步驟：

S1：采用頻率、頻率一階變化率和二階變化率作為狀態(tài)向量的跟蹤模式，狀態(tài)初值由信號(hào)捕獲得到初始頻率偏移，將頻率變化率設(shè)為零，初始協(xié)方差可以選擇為零矩陣。

S2：設(shè)置過程噪聲向量，用以取得過程噪聲協(xié)方差矩陣，設(shè)置測(cè)量噪聲，調(diào)整時(shí)間間隔，以設(shè)定初始事件。

S3：初始事件設(shè)定好后，根據(jù)載波相位、頻率之間的物理規(guī)律可以進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)。

S4：濾波器設(shè)計(jì)完畢后，根據(jù)狀態(tài)變量與測(cè)量值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到測(cè)量方程。

S5：提高動(dòng)態(tài)性能，碼跟蹤環(huán)采用受載波跟蹤環(huán)輔助的鎖頻環(huán)。

優(yōu)選的，所述碼跟蹤環(huán)采用受載波跟蹤環(huán)輔助的鎖頻環(huán)為二階鎖頻環(huán)，且為了能夠承受較大的加速度和加速度應(yīng)力，保持較高的跟蹤精度，載波跟蹤環(huán)一般采用三階鎖相環(huán)。

優(yōu)選的，所述卡爾曼濾波器可對(duì)實(shí)時(shí)采樣的慣性傳感器和衛(wèi)星接收機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波估計(jì)，并把速度、鐘差等估計(jì)值反饋到接收機(jī)的碼環(huán)及載波跟蹤環(huán)路，構(gòu)成深組合導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)深組合導(dǎo)航。

優(yōu)選的，所述深組合導(dǎo)航系統(tǒng)的主要任務(wù)是保持碼相位和載波頻率鎖定。

優(yōu)選的，所述通道濾波器和主濾波器都用于信號(hào)跟蹤，而主濾波器還負(fù)擔(dān)著導(dǎo)航信息處理的任務(wù)。

優(yōu)選的，所述相關(guān)器輸出的同相、正交信號(hào)經(jīng)過鑒相計(jì)算后，作為通道濾波器的量測(cè)信息，用來估計(jì)偽碼相位和載波頻率等跟蹤誤差；而通道濾波器的狀態(tài)估計(jì)值，作為量測(cè)信息輸入到主濾波器中用于估計(jì)組合系統(tǒng)的導(dǎo)航誤差狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述深組合導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信息處理是由主濾波器完成的，主濾波器接收接收機(jī)跟蹤通道與SINS輸出的量測(cè)信息，對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行更新，并將導(dǎo)航誤差參數(shù)反饋回SINS系統(tǒng)中加以校正。

優(yōu)選的，所述深組合導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)校正后的SINS導(dǎo)航參數(shù)與衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)確定多普勒頻移，計(jì)算接收機(jī)偽碼相位和載波頻率等跟蹤參數(shù)，用來驅(qū)動(dòng)接收機(jī)內(nèi)部的數(shù)控振蕩器，生成本地副本信號(hào)，以保持對(duì)輸入接收機(jī)信號(hào)的跟蹤。