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一種gnss接收機(jī)的信號(hào)跟蹤算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤算法，其采用鎖頻/鎖相級(jí)聯(lián)跟蹤環(huán)路可以克服鎖相環(huán)失鎖的問題，鎖相環(huán)失鎖后由鎖頻環(huán)輔助快速恢復(fù)，并設(shè)計(jì)環(huán)路濾波器復(fù)位方案將環(huán)路濾波器輸出值與上時(shí)刻多普勒觀測值間的誤差控制在較小的范圍，加速了鎖相環(huán)從失鎖狀態(tài)中恢復(fù)的速度；此外，本發(fā)明依據(jù)信號(hào)環(huán)境在矢量跟蹤環(huán)與標(biāo)量跟蹤環(huán)間自動(dòng)切換，以便提高接收機(jī)的可用性和動(dòng)態(tài)性能。無論在低信噪比還是因遮擋導(dǎo)致的信號(hào)短暫中斷情況下，本發(fā)明接收機(jī)的性能都不低于普通GNSS接收機(jī)，且可避免某一顆衛(wèi)星信號(hào)故障或干擾導(dǎo)致的累積誤差對(duì)其它衛(wèi)星信號(hào)處理通道的影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和定位輸出的可靠性。
【專利說明】一種GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)航定位【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤算法。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GNSS)是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，能為陸、海、空的各類載體提供全天候、不間斷、高精度、實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位服務(wù)，已經(jīng)應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)與日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，如地面交通監(jiān)管、飛機(jī)與船舶導(dǎo)航、精密受時(shí)、大地測量等。目前，全球范圍內(nèi)研發(fā)最早、應(yīng)用最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS系統(tǒng)在我國已得到廣泛應(yīng)用，我國正在自主研發(fā)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)BDS (北斗二代)，該系統(tǒng)2012年底已經(jīng)在我國及其周邊地區(qū)提供定位服務(wù)。因此，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)技術(shù)必將成為國內(nèi)未來一段時(shí)間內(nèi)的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。特別是在現(xiàn)階段，我國正在大力發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，需要持續(xù)加強(qiáng)北斗基礎(chǔ)核心芯片及模塊產(chǎn)品的研發(fā)力度，掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在此背景下，研究設(shè)計(jì)適用于各種環(huán)境和應(yīng)用下的GNSS信號(hào)捕獲跟蹤算法，進(jìn)一步提高GNSS接收機(jī)性能，有助于推廣我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，因而具有重要意義。
[0003]在矢量跟蹤GNSS接收機(jī)中，某通道衛(wèi)星信號(hào)誤差較大或干擾較明顯，誤差會(huì)擴(kuò)散到其他通道，最終導(dǎo)致定位誤差較大或環(huán)路失鎖。特別的，GNSS信號(hào)到達(dá)地面接收機(jī)時(shí)已相當(dāng)微弱，比接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲低20?30dB，因而，上述情況會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。而且，GNSS矢量跟蹤接收機(jī)的定位精度較普通GNSS接收機(jī)的高，特別是在多系統(tǒng)并存的情況下，矢量跟蹤接收機(jī)的優(yōu)勢更為明顯。
[0004]J.J.Spilker最早提出了矢量跟蹤環(huán)路的概念，2004年起的近10年內(nèi)，GNSS接收機(jī)矢量跟蹤技術(shù)及基于矢量跟蹤的GNSS/INS (慣性導(dǎo)航系統(tǒng))超緊組合導(dǎo)航技術(shù)受到極大的關(guān)注，斯坦福大學(xué)、Calgary大學(xué)、Draper實(shí)驗(yàn)室等爭相開始上述研究。國外已有實(shí)時(shí)矢量環(huán)接收機(jī)的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，未見矢量環(huán)接收機(jī)的應(yīng)用報(bào)道，國內(nèi)尚未見實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的報(bào)道。矢量跟蹤接收機(jī)的線性建模技術(shù)研究始于2007年前后，Bhattacharyya和DemozGebre-Egziabher于2010年發(fā)表的文章中，詳細(xì)推導(dǎo)了矢量環(huán)路包括VDFLL(矢量延遲/頻率鎖定環(huán))的離散參數(shù)模型和傳遞函數(shù)模型。針對(duì)常用的VDFLL，當(dāng)跟蹤環(huán)的相位誤差變大時(shí)會(huì)造成較大的多普勒測量誤差，這是FLL (鎖頻環(huán))的缺陷，但是，F(xiàn)LL跟蹤載波頻率的范圍寬，即FLL跟蹤范圍寬但跟蹤精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤算法，能夠克服GNSS矢量跟蹤接收機(jī)易受導(dǎo)航解算影響而可靠性較低、某顆衛(wèi)星的較大誤差易于影響其他衛(wèi)星信號(hào)通道的跟蹤精度等弊端，提高GNSS接收機(jī)定位輸出的可靠性和定位精度等性能。
[0006]一種GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤算法，如下:
[0007]確定GPS信號(hào)采用矢量跟蹤環(huán)或標(biāo)量跟蹤環(huán)進(jìn)行信號(hào)跟蹤；若GPS信號(hào)采用矢量跟蹤環(huán)，則其載波跟蹤的具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0008](I)使GPS信號(hào)的載波和偽碼分別與當(dāng)前本地信號(hào)的載波和偽碼相乘，對(duì)應(yīng)得到載波差頻信號(hào)和偽碼差頻信號(hào)；從所述的載波差頻信號(hào)的同相分量中提取出導(dǎo)航電文；
[0009](2)根據(jù)所述的載波差頻信號(hào)和偽碼差頻信號(hào)進(jìn)行鑒相運(yùn)算得到GPS信號(hào)與當(dāng)前本地信號(hào)的偽碼相位差和載波相位差；
[0010](3)對(duì)所述的載波相位差進(jìn)行環(huán)路濾波并輸出GPS信號(hào)與當(dāng)前本地信號(hào)的載波頻率差；使前一時(shí)刻的多普勒觀測值與所述的載波頻率差相加，得到當(dāng)前時(shí)刻的多普勒觀測值fd;
[0011](4)將濾波后的偽碼相位差和多普勒觀測值fd分別轉(zhuǎn)換為偽距差和偽距率誤差，進(jìn)而對(duì)偽距差和偽距率誤差進(jìn)行導(dǎo)航濾波以輸出GNSS接收機(jī)的PVT (位置-速度-時(shí)間)
誤差息；
[0012](5)根據(jù)所述的PVT誤差信息計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻偽碼相位及載波頻率的誤差估計(jì)值，進(jìn)而根據(jù)該誤差估計(jì)值或?yàn)V波后的載波相位差對(duì)當(dāng)前本地信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整，以生成下一時(shí)刻的本地信號(hào)。
[0013]本發(fā)明矢量跟蹤與標(biāo)量跟蹤間可自由切換，具體根據(jù)以下切換機(jī)制確定GPS信號(hào)采用矢量跟蹤環(huán)或標(biāo)量跟蹤環(huán)進(jìn)行信號(hào)跟蹤:
[0014]若同時(shí)滿足以下條件，則使GPS信號(hào)切換至矢量跟蹤環(huán)進(jìn)行信號(hào)跟蹤；否則，則使GPS信號(hào)切換至標(biāo)量跟蹤環(huán)進(jìn)行信號(hào)跟蹤；
[0015]ο pll〈3 σ ρ 3 σ DLL〈d
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤算法，其特征在于: 確定GPS信號(hào)采用矢量跟蹤環(huán)或標(biāo)量跟蹤環(huán)進(jìn)行信號(hào)跟蹤；若GPS信號(hào)采用矢量跟蹤環(huán)，則其載波跟蹤的具體實(shí)現(xiàn)方法如下: (1)使GPS信號(hào)的載波和偽碼分別與當(dāng)前本地信號(hào)的載波和偽碼相乘，對(duì)應(yīng)得到載波差頻信號(hào)和偽碼差頻信號(hào)；從所述的載波差頻信號(hào)的同相分量中提取出導(dǎo)航電文； (2)根據(jù)所述的載波差頻信號(hào)和偽碼差頻信號(hào)進(jìn)行鑒相運(yùn)算得到GPS信號(hào)與當(dāng)前本地信號(hào)的偽碼相位差和載波相位差； (3)對(duì)所述的載波相位差進(jìn)行環(huán)路濾波并輸出GPS信號(hào)與當(dāng)前本地信號(hào)的載波頻率差；使前一時(shí)刻的多普勒觀測值與所述的載波頻率差相加，得到當(dāng)前時(shí)刻的多普勒觀測值fd ； (4)將濾波后的偽碼相位差和多普勒觀測值fd分別轉(zhuǎn)換為偽距差和偽距率誤差，進(jìn)而對(duì)偽距差和偽距率誤差進(jìn)行導(dǎo)航濾波以輸出GNSS接收機(jī)的PVT誤差信息； (5)根據(jù)所述的PVT誤差信息計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻偽碼相位及載波頻率的誤差估計(jì)值，進(jìn)而根據(jù)該誤差估計(jì)值或?yàn)V波后的載波相位差對(duì)當(dāng)前本地信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整，以生成下一時(shí)刻的本地信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)跟蹤算法，其特征在于:GPS信號(hào)的信號(hào)跟蹤可在矢量跟蹤與標(biāo)量跟蹤間自由切換，具體根據(jù)以下切換機(jī)制確定GPS信號(hào)采用矢量跟蹤環(huán)或標(biāo)量跟蹤環(huán)進(jìn)行/[目號(hào)跟蹤: 若同時(shí)滿足以下條件，則使GPS信號(hào)切換至矢量跟蹤環(huán)進(jìn)行信號(hào)跟蹤；否則，則使GPS信號(hào)切換至標(biāo)量跟蹤環(huán)進(jìn)行信號(hào)跟蹤；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)跟蹤算法，其特征在于:所述的載波跟蹤采用鎖相與鎖頻相結(jié)合的級(jí)聯(lián)鎖相環(huán)，即當(dāng)GPS信號(hào)載波鎖相環(huán)跟蹤發(fā)生環(huán)路失鎖后，切換采用鎖頻環(huán)跟蹤，具體實(shí)現(xiàn)方法如下: Al.使GPS信號(hào)的載波與當(dāng)前本地信號(hào)的載波相乘后積分，得到載波差頻信號(hào)； Α2.根據(jù)所述的載波差頻信號(hào)進(jìn)行鑒頻運(yùn)算，得到GPS信號(hào)與當(dāng)前本地信號(hào)的載波頻率差; A3.對(duì)所述的載波頻率差進(jìn)行前置濾波，并使前一時(shí)刻的多普勒觀測值與濾波后的載波頻率差相加，得到當(dāng)前時(shí)刻的多普勒觀測值fd ; A4.將所述的多普勒觀測值fd轉(zhuǎn)換為偽距率誤差，對(duì)所述的偽距率誤差以及GPS信號(hào)偽碼跟蹤得到的偽距差進(jìn)行導(dǎo)航濾波以輸出GNSS接收機(jī)的PVT誤差信息； A5.根據(jù)所述的PVT誤差信息計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻偽碼相位及載波頻率的誤差估計(jì)值，進(jìn)而根據(jù)該誤差估計(jì)值對(duì)當(dāng)前本地信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整，以生成下一時(shí)刻的本地信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)跟蹤算法，其特征在于:當(dāng)GPS信號(hào)載波鎖相環(huán)跟蹤發(fā)生環(huán)路失鎖或者相位鎖定指示器的輸出大于預(yù)設(shè)的門限值時(shí)，對(duì)環(huán)路濾波進(jìn)行復(fù)位。
5.根據(jù)權(quán)利 要求3所述的信號(hào)跟蹤算法，其特征在于:所述的鎖頻環(huán)由鑒頻器-前置濾波器-導(dǎo)航濾波器-載波NCO-鑒頻器組成環(huán)路。
【文檔編號(hào)】G01S19/23GK103809191SQ201410064269
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】高法欽 申請人:浙江理工大學(xué)