[發(fā)明專(zhuān)利]一種船載GNSS接收機(jī)及其矢量跟蹤方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310289088.2
• 申請(qǐng)日: 2023-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116224401A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勝正;劉衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 智船芯（蘇州）科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/44
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/44;G01S19/25;G01S19/29
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發(fā)明公開(kāi)了一種船載GNSS接收機(jī)矢量跟蹤方法，由接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)的射頻前端完成射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的變換，將數(shù)字中頻信號(hào)分別與載波環(huán)復(fù)制的正弦I和余弦Q載波信號(hào)進(jìn)行混頻相乘，實(shí)現(xiàn)載波分離；將載波分離后的I和Q支路信號(hào)分別與碼環(huán)所復(fù)制的超前E、即時(shí)P和滯后L三份C/A碼做相關(guān)運(yùn)算，經(jīng)過(guò)積分?清除器后分別輸出相干積分值Isubgt;E/subgt;,Isubgt;P/subgt;,Isubgt;L/subgt;,Qsubgt;E/subgt;,Qsubgt;P/subgt;,Qsubgt;L/subgt;；相干積分值經(jīng)過(guò)載波環(huán)和碼環(huán)鑒別器輸出載波和碼相位誤差，將其作為環(huán)路雙向卡爾曼濾波器的量測(cè)量，對(duì)碼相位誤差、載波相位誤差、載波頻率誤差、載波頻率變化率誤差進(jìn)行雙向卡爾曼濾波平滑處理；載波和碼相位誤差經(jīng)過(guò)線性變換為偽距率和偽距誤差，作為導(dǎo)航解算的量測(cè)量，用于船舶導(dǎo)航解算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種船載GNSS接收機(jī)及其矢量跟蹤方法。

背景技術(shù)

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)能夠提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，已成為船舶不可或缺的導(dǎo)航系統(tǒng)。現(xiàn)有的GNSS接收機(jī)標(biāo)量跟蹤方法能夠在信號(hào)良好環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。然而，對(duì)于船舶航行，在一些惡劣海況下的信號(hào)場(chǎng)景，如低載噪比(CNR)、信號(hào)遮擋和多徑等，會(huì)導(dǎo)致GNSS接收機(jī)的跟蹤環(huán)路的載波環(huán)/碼環(huán)鑒別器的輸出包含噪聲，并且是非線性的，極大影響了船舶衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精準(zhǔn)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例之一，公開(kāi)了一種基于環(huán)路級(jí)聯(lián)式自適應(yīng)雙向卡爾曼濾波器的船載GNSS接收機(jī)矢量跟蹤方法，該方法包括以下步驟：

一、將接收到的衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字中頻信號(hào)；

二、與載波環(huán)復(fù)制的載波進(jìn)行混頻相乘，實(shí)現(xiàn)載波分離；

三、與碼環(huán)復(fù)制的C/A碼做相關(guān)運(yùn)算，得到相干積分值；

四、環(huán)路鑒相器計(jì)算出載波和碼相位誤差，在級(jí)聯(lián)式自適應(yīng)雙向?yàn)V波器的作用下得到載波和碼相位誤差估計(jì)值；

五、相位誤差經(jīng)過(guò)線性變換為偽距觀測(cè)量，用于導(dǎo)航解決方案的估計(jì)；

六、更新載波NCO和碼發(fā)生器。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考附圖閱讀下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明示例性實(shí)施方式的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得易于理解。在附圖中，以示例性而非限制性的方式示出了本發(fā)明的若干實(shí)施方式，其中：

圖1根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例之一的船載GNSS接收機(jī)矢量跟蹤方法流程圖。

圖2根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例之一的GNSS信號(hào)處理單元組成示意圖。

具體實(shí)施方式

由于現(xiàn)有的標(biāo)量GNSS接收機(jī)跟蹤環(huán)路采用固定增益的環(huán)路濾波器對(duì)載波/碼頻率進(jìn)行估計(jì)，在惡劣信號(hào)環(huán)境里容易對(duì)信號(hào)失去鎖定，導(dǎo)致定位誤差增大。特別對(duì)于智能船、無(wú)人自主船，對(duì)于導(dǎo)航信號(hào)的精度更加依賴(lài)。因此，一種更高精度、更魯棒的跟蹤方法需要被引入應(yīng)用在船載GNSS接收機(jī)中。

有鑒于此，本公開(kāi)實(shí)施例提出了一種基于環(huán)路級(jí)聯(lián)自適應(yīng)雙向卡爾曼濾波器(FBKF)的鎖相環(huán)(PLL)和延遲鎖定環(huán)(DLL)跟蹤環(huán)路，并給出了用于矢量跟蹤環(huán)路(VTL)的改進(jìn)的級(jí)聯(lián)式濾波方法。通過(guò)采用基于前向卡爾曼濾波器(FKF)和后向卡爾曼濾波器(BKF)的雙向?yàn)V波策略對(duì)矢量跟蹤環(huán)路的載波和碼相位進(jìn)行濾波處理，以提高GNSS跟蹤環(huán)路的跟蹤靈敏度、接收機(jī)的抗干擾能力和導(dǎo)航定位精度，是一種不增加導(dǎo)航系統(tǒng)硬件成本而提高導(dǎo)航系統(tǒng)性能的有效解決方案。當(dāng)應(yīng)對(duì)信號(hào)遮擋等惡劣信號(hào)場(chǎng)景時(shí)，跟蹤環(huán)路能夠自適應(yīng)改變環(huán)路帶寬增益，能夠提高惡劣信號(hào)環(huán)境下智能船、無(wú)人自主船的導(dǎo)航性能。特別是當(dāng)船載衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)出現(xiàn)信號(hào)中斷問(wèn)題而無(wú)法定位時(shí)，船舶無(wú)法自主航行，基于環(huán)路級(jí)聯(lián)自適應(yīng)雙向卡爾曼濾波器(FBKF)的矢量跟蹤方法能夠保持跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定運(yùn)行，輸出穩(wěn)定的偽距觀測(cè)量，繼續(xù)為船舶提供位置信息。