[發明專利]一種基于載噪比自適應卡爾曼濾波的弱信號跟蹤方法

在審

• 申請號: 202210566492.5
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114895332A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 祝雪芬;楊慧;羅銥镅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29;G01S19/30;G01S19/37
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種基于載噪比自適應卡爾曼濾波的弱信號跟蹤方法，中頻信號首先與本地載波NCO輸出的同相和正交分量相乘，得到兩路信號；然后分別與偽碼相乘；進一步的，兩路信號經積分清除器得到同相分量I(t)和正交分量Q(t)；I(t)和Q(t)經過鑒相器得到載波相位誤差；將載波相位誤差輸入載噪比自適應卡爾曼濾波器中，該濾波器首先計算出本段數據窗的載噪比，然后根據本段數據窗載噪比相較于前一段數據窗的載噪比的變化對觀測噪聲協方差進行更新，進而更新載波相位誤差，載波頻率誤差，載波頻率變化率誤差；載噪比自適應卡爾曼濾波器的輸出結果作為載波NCO的調整信號；更新載波NCO中的多普勒頻率和載波相位。本發明跟蹤性能較好，有利于接收機實現在不同環境下持續穩定跟蹤。

技術領域

本發明涉及衛星導航接收機中的信號處理技術，具體為一種基于載噪比自適應卡爾曼濾波的弱信號跟蹤方法。

背景技術

全球導航衛星系統全天候為世界不同用戶提供服務，我們都得益于這種高精度的導航定位，其應用涉及范圍十分廣泛，涉及到車輛導航、手機定位導航、抗震救災、森林防火以及動物保護等。隨著科技的不斷發展，人民生活水平的不斷提升，對于衛星導航精度的要求也越來越高。衛星導航定位的關鍵就是能夠抗干擾，影響導航定位的因素主要包括多徑、電磁干擾、太陽射電暴以及電離層閃爍等。太陽射電暴發生期間，射電爆發的頻段可能會影響到導航信號，從而造成射電干擾，導致衛星導航接收機的信噪比下降、環路跟蹤誤差增加、定位失準，嚴重時甚至導致失鎖等現象。因此，提高接收機的性能以應對太陽射電暴發生，具有非常重要的意義。

經過接收機天線以及射頻前端得到的數字中頻信號，之后要經過捕獲、跟蹤、位同步和幀同步四個階段來對衛星的信號進行處理。而其中跟蹤的效果將直接決定導航定位的精度,但是在實際應用可能會出現環路帶寬減少，從而嚴重影響跟蹤環路的動態性能，所以標準的卡爾曼濾波逐漸被廣泛應用在跟蹤環路中，該技術在正確的噪聲初始值設置以及所處系統相對穩定的情況下，可以達到很好的跟蹤效果，但是當太陽射電強烈時，就會改變系統噪聲統計特性，且系統過程噪聲協方差Q和觀測噪聲協方差R也會隨之發生改變，容易導致濾波發散。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于載噪比自適應卡爾曼濾波的弱信號跟蹤方

法，通過載噪比的變化對觀測噪聲協方差進行更新，所述方法對于太陽射電暴發生時，提高了載波環路跟蹤性能，使其具有較高的穩定性。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

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

(1)GPS接收機接收到數字中頻信號，該信號進入跟蹤階段，并且作為跟蹤環路的輸入信號；

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

(3)步驟(2)生成的i(n)和q(n)分別與C/A碼發生器生成的偽碼進行相關運算；

(4)積分清除器處理來自步驟(3)的信號，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)將相位誤差信號輸入載噪比自適應卡爾曼濾波器中,該濾波器首先計算出本段數據窗的載噪比，然后根據本段數據窗載噪比相較于前一段數據窗的載噪比的變化對觀測噪聲協方差R進行更新；

(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；