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一種接收機高動態(tài)環(huán)境下自適應(yīng)跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種接收機高動態(tài)環(huán)境下自適應(yīng)跟蹤方法。該方法通過實時檢測接收機跟蹤信號的動態(tài)特性和信噪特性來調(diào)整跟蹤環(huán)路中的鎖頻環(huán)、鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)環(huán)路濾波器的帶寬，使其保持最優(yōu)值；同時還調(diào)整鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔助系數(shù)來增大跟蹤環(huán)路的動態(tài)適應(yīng)范圍，提局跟蹤環(huán)路在局動態(tài)環(huán)境下的穩(wěn)定性。本發(fā)明提出跟蹤方法能夠使接收機在動態(tài)變化環(huán)境下及時調(diào)整自身參數(shù)，將跟蹤衛(wèi)星導(dǎo)航信號的誤差保持在較小的范圍內(nèi)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中接收機在高動態(tài)環(huán)境下跟蹤誤差大，容易發(fā)生失鎖現(xiàn)象的缺點。
【專利說明】一種接收機高動態(tài)環(huán)境下自適應(yīng)跟蹤方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信接收機，尤其涉及一種接收機高動態(tài)環(huán)境下自適應(yīng)跟蹤方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡稱BD)是我國自主建設(shè)、獨立運行，并與世界其他衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。由5顆地球靜止軌道（GE0)衛(wèi)星、27顆中圓地球 軌道（ΜΕ0)衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道（IGS0)衛(wèi)星組成。目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已成 功發(fā)射16顆衛(wèi)星，形成了區(qū)域服務(wù)能力，面向我國及周邊大部分地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航 和授時等服務(wù)。
[0003] BD衛(wèi)星信號有B1、B2和B3三個頻點，其中B1和B2為兩個民用信號。B1和B2信 號由I、Q兩個支路的"測距碼+導(dǎo)航電文"正交調(diào)制在載波上構(gòu)成。
[0004] BD接收機的基帶信號處理主要包括捕獲、跟蹤、同步（幀同步和位同步）和導(dǎo)航解 算等步驟。BD接收機在通過天線接收到相應(yīng)頻點的載波信號后，將載波信號經(jīng)過下變頻和 模數(shù)轉(zhuǎn)換變成中頻數(shù)字信號，提供給捕獲模塊。捕獲模塊通過復(fù)現(xiàn)中頻載波和測距碼以及 調(diào)整它們的參數(shù)來獲取所有可見衛(wèi)星的載波頻率和測距碼相位的粗略值。跟蹤環(huán)路基于捕 獲模塊得到的信息對可見衛(wèi)星的載波頻率和測距碼的相位進行進一步的精確測量。當(dāng)跟蹤 環(huán)路成功鎖定衛(wèi)星信號時，就可以進行位同步，以及幀同步操作，最后根據(jù)得到的電文信息 進行位置、速度、時間（PVT)解算。
[0005] 在BD接收機中，跟蹤環(huán)路通過對BD信號的載波頻率和測距碼相位進行精確跟蹤， 并根據(jù)碼跟蹤環(huán)測量的測距碼相位獲取偽距信息，從同相支路中解調(diào)出導(dǎo)航電文信息，從 而為導(dǎo)航解算提供所需的偽距和電文數(shù)據(jù)。因此，跟蹤環(huán)路測量的偽距精度和導(dǎo)航電文解 調(diào)質(zhì)量直接決定了 BD接收機的定位精度。
[0006] 在跟蹤環(huán)路中，環(huán)路濾波器的性能決定著跟蹤環(huán)路的性能，而決定環(huán)路濾波器性 能的主要是環(huán)路濾波器的階數(shù)和噪聲帶寬。高的階數(shù)能夠跟蹤高階次的動態(tài)信號。窄的噪 聲帶寬有助于濾除環(huán)路中噪聲，提高環(huán)路的跟蹤精度。寬的噪聲帶寬跟蹤范圍較大，適合跟 蹤動態(tài)較高的信號，但同時也會增大環(huán)路中的噪聲。目前，現(xiàn)有的BD接收機跟蹤環(huán)路至少 包括鎖頻環(huán)、鎖相環(huán)以及鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)中的一種，其階數(shù)和環(huán)路帶寬早已設(shè)定，限制了 環(huán)路的動態(tài)適用范圍，在高動態(tài)環(huán)境下容易造成跟蹤誤差加大，甚至環(huán)路失鎖的現(xiàn)象。具體 問題如下：
[0007] 1)鎖相環(huán)雖然對載波跟蹤誤差較小，但是動態(tài)性能較差，在高動態(tài)環(huán)境下跟蹤載 波相位難度較大，容易失鎖；
[0008] 2)鎖頻環(huán)雖然對動態(tài)信號有較大的跟蹤范圍，但是跟蹤誤差比較大；
[0009] 3)鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)雖然在一定程度上能夠改善跟蹤環(huán)路的動態(tài)性能，但是其固 定的初始環(huán)路帶寬限制了環(huán)路動態(tài)范圍和抗噪聲干擾的能力。而且，雖然基于卡爾曼濾波 技術(shù)的跟蹤環(huán)路能夠較好地跟蹤信號，但是其復(fù)雜度高，而且軟件實現(xiàn)成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種新的接收機高動態(tài)環(huán)境下自適應(yīng)跟蹤方法，其 包括以下步驟：
[0011] S100、根據(jù)捕獲的中頻載波頻率和測距碼相位，初始化載波發(fā)生器和測距碼發(fā)生 器產(chǎn)生信號的相關(guān)參數(shù)；
[0012] S200、利用載波發(fā)生器和測距碼發(fā)生器產(chǎn)生的信號對中頻載波數(shù)字信號進行載波 剝離和測距碼剝離，提取基帶數(shù)字信號；
[0013] S300、對基帶數(shù)字信號進行鑒相、鑒頻和載噪比計算；
[0014] S400、根據(jù)鑒相、鑒頻和載噪比計算結(jié)果，按照預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)映射關(guān)系求取新的鎖頻 環(huán)路帶寬和鎖相環(huán)路帶寬以及鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔助系數(shù)；
[0015] S500、根據(jù)新的鎖頻環(huán)路帶寬和鎖相環(huán)路帶寬以及鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔助系數(shù) 重新設(shè)置環(huán)路濾波器的帶寬；
[0016] S600、根據(jù)環(huán)路濾波器的輸出結(jié)果調(diào)整載波發(fā)生器和測距碼發(fā)生器，返回步驟 S200。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述步驟S100中，所述相關(guān)參數(shù)包括載波發(fā)生器的相位增 量控制字和測距碼發(fā)生器的初始相位；
[0018] 可以按照下式初始化載波發(fā)生器的相位增量控制字

【權(quán)利要求】
1. 一種接收機高動態(tài)環(huán)境下自適應(yīng)跟蹤方法，包括以下步驟： S100、根據(jù)捕獲的中頻載波頻率和測距碼相位，初始化載波發(fā)生器和測距碼發(fā)生器產(chǎn) 生信號的相關(guān)參數(shù)； S200、利用載波發(fā)生器和測距碼發(fā)生器產(chǎn)生的信號對中頻載波數(shù)字信號進行載波剝離 和測距碼剝離，提取基帶數(shù)字信號； S300、對基帶數(shù)字信號進行鑒相、鑒頻和載噪比計算； S400、根據(jù)鑒相、鑒頻和載噪比計算結(jié)果，按照預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)映射關(guān)系求取新的鎖頻環(huán)路 帶寬和鎖相環(huán)路帶寬以及鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔助系數(shù)； S500、根據(jù)新的鎖頻環(huán)路帶寬和鎖相環(huán)路帶寬以及鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔助系數(shù)重新 設(shè)置環(huán)路濾波器的帶寬； S600、根據(jù)環(huán)路濾波器的輸出結(jié)果調(diào)整載波發(fā)生器和測距碼發(fā)生器，返回步驟S200。
2. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于： 步驟S100中，所述相關(guān)參數(shù)包括載波發(fā)生器的相位增量控制字和測距碼發(fā)生器的初 始相位； 按照下式初始化載波發(fā)生器的相位增量控制字
：
其中，Μ為載波發(fā)生器的相位累加器的字長，
為載波發(fā)生器的時鐘，
為捕獲的中 頻載波頻率值； 按照下式初始化測距碼產(chǎn)生器的初始相位
：
其中，Cpha為捕獲的測距碼相位值。
3. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于： 步驟S300中，所述鑒相包括碼環(huán)鑒相和載波環(huán)鑒相，所述鑒頻包括載波環(huán)鑒頻。
4. 如權(quán)利要求1?3任意一項所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于： 進一步地，步驟S300中，先對基帶數(shù)字信號進行積分累加，然后再對積分累加結(jié)果進 行鑒相、鑒頻和載噪比計算。
5. 如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于，步驟S400中，所述數(shù)學(xué)映射關(guān)系 包括將時間間隔Τκ內(nèi)載噪比計算結(jié)果的均值作為t時刻被跟蹤衛(wèi)星信號的載噪比
：
其中，CNR(k)是第k個載噪比計算結(jié)果，K為時刻t-TK到時刻t之間載噪比計算結(jié)果 的個數(shù)。
6. 如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于，步驟S400中，所述數(shù)學(xué)映射關(guān)系 包括根據(jù)下式計算新的i階鎖頻環(huán)的環(huán)路帶寬
：
其中，i表示鎖頻環(huán)階數(shù)，
表示接收機載體速度的i+ι階導(dǎo)數(shù)，λ i為i階鎖頻環(huán) 環(huán)路帶寬與特征頻率的比例系數(shù)，石V萬，為t時刻被跟蹤衛(wèi)星信號的載噪比，T為積分累加 時間，F(xiàn)為一個與載噪比CTVTi,有關(guān)的參數(shù)。
7. 如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于，步驟S400中，所述數(shù)學(xué)映射關(guān)系 包括根據(jù)下式計算新的j階鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬Bp/ :
其中，j表示鎖相環(huán)階數(shù)，
表示接收機載體速度的j階導(dǎo)數(shù)，
為j階鎖相環(huán)環(huán)路 帶寬與特征頻率的比例系數(shù)，
為t時刻被跟蹤衛(wèi)星信號的載噪比，T為積分累加時間。
8. 如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于，步驟S500中，所述數(shù)學(xué)映射關(guān)系 包括： 計算接收機載體t時刻的視距加速度at和視距加加速度at' ；
其中，f； (k)為第k個載波環(huán)鑒頻結(jié)果，K為時刻t-TK到時刻t之間輸出的載波環(huán)鑒頻 結(jié)果的個數(shù)，λ i為i階鎖頻環(huán)環(huán)路帶寬與特征頻率的比例系數(shù)，Bf\為當(dāng)前時刻i階鎖頻 環(huán)的環(huán)路帶寬； 如果視距加速度和視距加加速度均小于對應(yīng)的門限閾值，設(shè)置鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔 助系數(shù)
； 如果視距加速度大于對應(yīng)的門限閾值而視距加加速度小于對應(yīng)的門限閾值，設(shè)置鎖頻 環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔助系數(shù)
； 如果視距加速度和視距加加速度均大于對應(yīng)的門限閾值，設(shè)置鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的輔 助系數(shù) 〇〈α〈〇·5, β>1。
9. 如權(quán)利要求1?3任意一項所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于： 進一步地，步驟S500中，所述環(huán)路濾波器包括鎖頻環(huán)、鎖相環(huán)以及鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán) 環(huán)路環(huán)濾波器和碼環(huán)濾波器，根據(jù)新的鎖頻環(huán)的環(huán)路帶寬、鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬，以及輔助系 數(shù)α與載波環(huán)鑒相器輸出的鑒相結(jié)果的乘積，輔助系數(shù)β與載波環(huán)鑒頻器輸出的鑒頻結(jié) 果的乘積重新設(shè)置鎖頻環(huán)、鎖相環(huán)以及鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)環(huán)路環(huán)濾波器的帶寬。
10. 如權(quán)利要求1?3任意一項所述的自適應(yīng)跟蹤方法，其特征在于： 進一步地，步驟S600中，根據(jù)鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)環(huán)路環(huán)濾波器的輸出結(jié)果，載波發(fā)生 器調(diào)整產(chǎn)生信號的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)濾波后的碼環(huán)鑒相結(jié)果，測距碼發(fā)生器調(diào)整產(chǎn)生信號的 相關(guān)參數(shù)。
【文檔編號】G01S19/29GK104215981SQ201410433179
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】陳鬧, 周文勝, 沈磊, 李娜 申請人:四川九洲電器集團有限責(zé)任公司