[發(fā)明專利]一種基于載噪比自適應(yīng)卡爾曼濾波的弱信號(hào)跟蹤方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210566492.5
• 申請(qǐng)日: 2022-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114895332A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝雪芬;楊慧;羅銥镅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/29
• 分類號(hào): G01S19/29;G01S19/30;G01S19/37
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種基于載噪比自適應(yīng)卡爾曼濾波的弱信號(hào)跟蹤方法，其特征在于，該方法包括：

(1)GPS接收機(jī)接收到數(shù)字中頻信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)入跟蹤階段，并且作為跟蹤環(huán)路的輸入信號(hào)；

(2)步驟(1)的中頻信號(hào)分成兩路，且載波NCO輸出兩路信號(hào)，一路是同相路，為正弦復(fù)制載波，另一路是正交路，為余弦復(fù)制載波，分別與中頻信號(hào)的兩路信號(hào)相乘生成i(n)和q(n)；

(3)步驟(2)生成的i(n)和q(n)分別與C/A碼發(fā)生器生成的偽碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；

(4)積分清除器處理來(lái)自步驟(3)的信號(hào)，得到I_P(n)和Q_P(n)；

(5)將I_P(n)和Q_P(n)作為載波鑒別器的輸入，輸出載波相位誤差；

(6)將相位誤差信號(hào)輸入載噪比自適應(yīng)卡爾曼濾波器中,該濾波器首先計(jì)算出本段數(shù)據(jù)窗的載噪比，然后根據(jù)本段數(shù)據(jù)窗載噪比相較于前一段數(shù)據(jù)窗的載噪比的變化對(duì)觀測(cè)噪聲協(xié)方差R進(jìn)行更新；

(7)更新載波相位誤差Δθ_k，載波頻率誤差Δf_k和載波頻率變化率誤差Δα_k，并且將其作為載波NCO的輸入信號(hào)；

(8)不斷更新載波NCO中的載波頻率和載波相位，使得本地載波和輸入信號(hào)的頻率以及相位不斷接近。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于載噪比自適應(yīng)卡爾曼濾波的弱信號(hào)跟蹤方法，其特征在于：

步驟(5)中載波跟蹤環(huán)中選擇二象限反正切鑒相器作為跟蹤環(huán)路鑒別器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于載噪比自適應(yīng)卡爾曼濾波的弱信號(hào)跟蹤方法，其特征在于：

步驟(6)中用如下公式表示隨機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測(cè)方程：

X_k＝AX_k-1+ΓW_k-1

Z_k＝HX_k+V_k

其中，X_k為N維狀態(tài)向量，在載波跟蹤環(huán)中X_k＝[Δθ_k Δf_k Δα_k]^T，分別為k時(shí)刻的載波相位誤差，載波頻率誤差，載波頻率變化率誤差，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣環(huán)路更新時(shí)間為T(mén)，噪聲輸入矩陣過(guò)程噪聲序列Z_k為M維系統(tǒng)觀測(cè)向量，W_k和V_k分別為過(guò)程噪聲序列和觀測(cè)噪聲序列，過(guò)程噪聲協(xié)方差和觀測(cè)噪聲協(xié)方差分別定義為和

載噪比自適應(yīng)卡爾曼濾波的遞推過(guò)程如下：

(6.1)狀態(tài)變量估計(jì)預(yù)測(cè)：

(6.2)新息計(jì)算：

(6.3)更新新息的實(shí)時(shí)估計(jì)方差：

(6.4)更新過(guò)程噪聲協(xié)方差：

(6.5)更新預(yù)測(cè)誤差方陣：

(6.6)如果k為M的倍數(shù)，更新觀測(cè)噪聲協(xié)方差：

其中，C/N_o表示載噪比。

(6.7)計(jì)算卡爾曼濾波增益：

(6.8)更新估計(jì)誤差方陣：P_k＝[I-K_kH]P_k,k-1

(6.9)得到X_k的估計(jì)值：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于載噪比自適應(yīng)卡爾曼濾波的弱信號(hào)跟蹤方法，其特征在于：

步驟(8)中更新載波NCO中的載波頻率和載波相位如下：

其中，分別為k時(shí)刻輸出的載波頻率和載波相位。