一種gnss接收機的信號跟蹤算法
【專利摘要】本發明公開了一種GNSS接收機的信號跟蹤算法，其采用鎖頻/鎖相級聯跟蹤環路可以克服鎖相環失鎖的問題，鎖相環失鎖后由鎖頻環輔助快速恢復，并設計環路濾波器復位方案將環路濾波器輸出值與上時刻多普勒觀測值間的誤差控制在較小的范圍，加速了鎖相環從失鎖狀態中恢復的速度；此外，本發明依據信號環境在矢量跟蹤環與標量跟蹤環間自動切換，以便提高接收機的可用性和動態性能。無論在低信噪比還是因遮擋導致的信號短暫中斷情況下，本發明接收機的性能都不低于普通GNSS接收機，且可避免某一顆衛星信號故障或干擾導致的累積誤差對其它衛星信號處理通道的影響，提高系統穩定性和定位輸出的可靠性。
【專利說明】一種GNSS接收機的信號跟蹤算法
【技術領域】
[0001]本發明屬于導航定位【技術領域】，具體涉及一種GNSS接收機的信號跟蹤算法。
【背景技術】
[0002]衛星導航定位系統(GNSS)是一種以衛星為基礎的無線電導航系統，能為陸、海、空的各類載體提供全天候、不間斷、高精度、實時導航定位服務，已經應用于國民經濟與日常生活的各個領域，如地面交通監管、飛機與船舶導航、精密受時、大地測量等。目前，全球范圍內研發最早、應用最早的衛星定位系統GPS系統在我國已得到廣泛應用，我國正在自主研發全球衛星定位系統BDS (北斗二代)，該系統2012年底已經在我國及其周邊地區提供定位服務。因此，衛星導航接收機技術必將成為國內未來一段時間內的研究和應用熱點。特別是在現階段，我國正在大力發展北斗衛星導航系統，需要持續加強北斗基礎核心芯片及模塊產品的研發力度，掌握自主知識產權。在此背景下，研究設計適用于各種環境和應用下的GNSS信號捕獲跟蹤算法，進一步提高GNSS接收機性能，有助于推廣我國自主研發的北斗衛星導航系統的應用，因而具有重要意義。
[0003]在矢量跟蹤GNSS接收機中，某通道衛星信號誤差較大或干擾較明顯，誤差會擴散到其他通道，最終導致定位誤差較大或環路失鎖。特別的，GNSS信號到達地面接收機時已相當微弱，比接收機內部熱噪聲低20?30dB，因而，上述情況會經常出現。而且，GNSS矢量跟蹤接收機的定位精度較普通GNSS接收機的高，特別是在多系統并存的情況下，矢量跟蹤接收機的優勢更為明顯。
[0004]J.J.Spilker最早提出了矢量跟蹤環路的概念，2004年起的近10年內，GNSS接收機矢量跟蹤技術及基于矢量跟蹤的GNSS/INS (慣性導航系統)超緊組合導航技術受到極大的關注，斯坦福大學、Calgary大學、Draper實驗室等爭相開始上述研究。國外已有實時矢量環接收機的實驗室產品，未見矢量環接收機的應用報道，國內尚未見實驗樣機的報道。矢量跟蹤接收機的線性建模技術研究始于2007年前后，Bhattacharyya和DemozGebre-Egziabher于2010年發表的文章中，詳細推導了矢量環路包括VDFLL(矢量延遲/頻率鎖定環)的離散參數模型和傳遞函數模型。針對常用的VDFLL，當跟蹤環的相位誤差變大時會造成較大的多普勒測量誤差，這是FLL (鎖頻環)的缺陷，但是，FLL跟蹤載波頻率的范圍寬，即FLL跟蹤范圍寬但跟蹤精度低。
【發明內容】
[0005]針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種GNSS接收機的信號跟蹤算法，能夠克服GNSS矢量跟蹤接收機易受導航解算影響而可靠性較低、某顆衛星的較大誤差易于影響其他衛星信號通道的跟蹤精度等弊端，提高GNSS接收機定位輸出的可靠性和定位精度等性能。
[0006]一種GNSS接收機的信號跟蹤算法，如下:
[0007]確定GPS信號采用矢量跟蹤環或標量跟蹤環進行信號跟蹤；若GPS信號采用矢量跟蹤環，則其載波跟蹤的具體實現方法如下:
[0008](I)使GPS信號的載波和偽碼分別與當前本地信號的載波和偽碼相乘，對應得到載波差頻信號和偽碼差頻信號；從所述的載波差頻信號的同相分量中提取出導航電文；
[0009](2)根據所述的載波差頻信號和偽碼差頻信號進行鑒相運算得到GPS信號與當前本地信號的偽碼相位差和載波相位差；
[0010](3)對所述的載波相位差進行環路濾波并輸出GPS信號與當前本地信號的載波頻率差；使前一時刻的多普勒觀測值與所述的載波頻率差相加，得到當前時刻的多普勒觀測值fd;
[0011](4)將濾波后的偽碼相位差和多普勒觀測值fd分別轉換為偽距差和偽距率誤差，進而對偽距差和偽距率誤差進行導航濾波以輸出GNSS接收機的PVT (位置-速度-時間)
誤差息；
[0012](5)根據所述的PVT誤差信息計算得到當前時刻偽碼相位及載波頻率的誤差估計值，進而根據該誤差估計值或濾波后的載波相位差對當前本地信號的相位進行調整，以生成下一時刻的本地信號。
[0013]本發明矢量跟蹤與標量跟蹤間可自由切換，具體根據以下切換機制確定GPS信號采用矢量跟蹤環或標量跟蹤環進行信號跟蹤:
[0014]若同時滿足以下條件，則使GPS信號切換至矢量跟蹤環進行信號跟蹤；否則，則使GPS信號切換至標量跟蹤環進行信號跟蹤；
[0015]ο pll〈3 σ ρ 3 σ DLL〈d
[0016]
【權利要求】
1.一種GNSS接收機的信號跟蹤算法，其特征在于: 確定GPS信號采用矢量跟蹤環或標量跟蹤環進行信號跟蹤；若GPS信號采用矢量跟蹤環，則其載波跟蹤的具體實現方法如下: (1)使GPS信號的載波和偽碼分別與當前本地信號的載波和偽碼相乘，對應得到載波差頻信號和偽碼差頻信號；從所述的載波差頻信號的同相分量中提取出導航電文； (2)根據所述的載波差頻信號和偽碼差頻信號進行鑒相運算得到GPS信號與當前本地信號的偽碼相位差和載波相位差； (3)對所述的載波相位差進行環路濾波并輸出GPS信號與當前本地信號的載波頻率差；使前一時刻的多普勒觀測值與所述的載波頻率差相加，得到當前時刻的多普勒觀測值fd ； (4)將濾波后的偽碼相位差和多普勒觀測值fd分別轉換為偽距差和偽距率誤差，進而對偽距差和偽距率誤差進行導航濾波以輸出GNSS接收機的PVT誤差信息； (5)根據所述的PVT誤差信息計算得到當前時刻偽碼相位及載波頻率的誤差估計值，進而根據該誤差估計值或濾波后的載波相位差對當前本地信號的相位進行調整，以生成下一時刻的本地信號。
2.根據權利要求1所述的信號跟蹤算法，其特征在于:GPS信號的信號跟蹤可在矢量跟蹤與標量跟蹤間自由切換，具體根據以下切換機制確定GPS信號采用矢量跟蹤環或標量跟蹤環進行/[目號跟蹤: 若同時滿足以下條件，則使GPS信號切換至矢量跟蹤環進行信號跟蹤；否則，則使GPS信號切換至標量跟蹤環進行信號跟蹤；
3.根據權利要求1所述的信號跟蹤算法，其特征在于:所述的載波跟蹤采用鎖相與鎖頻相結合的級聯鎖相環，即當GPS信號載波鎖相環跟蹤發生環路失鎖后，切換采用鎖頻環跟蹤，具體實現方法如下: Al.使GPS信號的載波與當前本地信號的載波相乘后積分，得到載波差頻信號； Α2.根據所述的載波差頻信號進行鑒頻運算，得到GPS信號與當前本地信號的載波頻率差; A3.對所述的載波頻率差進行前置濾波，并使前一時刻的多普勒觀測值與濾波后的載波頻率差相加，得到當前時刻的多普勒觀測值fd ; A4.將所述的多普勒觀測值fd轉換為偽距率誤差，對所述的偽距率誤差以及GPS信號偽碼跟蹤得到的偽距差進行導航濾波以輸出GNSS接收機的PVT誤差信息； A5.根據所述的PVT誤差信息計算得到當前時刻偽碼相位及載波頻率的誤差估計值，進而根據該誤差估計值對當前本地信號的相位進行調整，以生成下一時刻的本地信號。
4.根據權利要求1所述的信號跟蹤算法，其特征在于:當GPS信號載波鎖相環跟蹤發生環路失鎖或者相位鎖定指示器的輸出大于預設的門限值時，對環路濾波進行復位。
5.根據權利 要求3所述的信號跟蹤算法，其特征在于:所述的鎖頻環由鑒頻器-前置濾波器-導航濾波器-載波NCO-鑒頻器組成環路。
【文檔編號】G01S19/23GK103809191SQ201410064269
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】高法欽 申請人:浙江理工大學
專業數控銑床產品供應商
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