本發(fā)明涉及高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，特別是一種基于悲觀計(jì)數(shù)器的衛(wèi)星導(dǎo)航環(huán)路參數(shù)設(shè)置裝置及方法。

背景技術(shù)：

相位鎖定環(huán)路(鎖相環(huán)，pll)是以鎖定輸入載波信號(hào)的相位為目標(biāo)的一種載波環(huán)實(shí)現(xiàn)形式。鎖相環(huán)是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中必不可缺的部分。數(shù)字鎖相環(huán)由鑒相器，環(huán)路濾波器和數(shù)字振蕩器三個(gè)部分組成。其中，環(huán)路濾波器的參數(shù)設(shè)置是整個(gè)鎖相環(huán)是否能夠精確鎖定的關(guān)鍵。環(huán)路噪聲帶寬，環(huán)路階數(shù)，以及環(huán)路系數(shù)的設(shè)計(jì)是環(huán)路濾波器參數(shù)設(shè)置的三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)三階環(huán)路濾波器模型如圖1所示，k1，k2和k3為環(huán)路濾波器參數(shù)，其取值取決于環(huán)路噪聲帶寬。而環(huán)路噪聲帶寬的取值必須在低噪聲和高動(dòng)態(tài)之間做出平衡和選擇，因而，自適應(yīng)的環(huán)路噪聲帶寬是能隨著用戶動(dòng)態(tài)應(yīng)力的強(qiáng)弱不同而實(shí)時(shí)地、自適應(yīng)地得到調(diào)整。與此同時(shí)，環(huán)路的階數(shù)和環(huán)路系數(shù)的設(shè)計(jì)也隨之調(diào)整。

比較常見(jiàn)的自適應(yīng)環(huán)路參數(shù)設(shè)置為將基于卡爾曼濾波的自適應(yīng)環(huán)路參數(shù)設(shè)置方法?？柭鼮V波技術(shù)以環(huán)路鑒相器的輸出作為測(cè)量值輸入，以相位差異、多普勒頻移和多普勒頻移變化率作為被估算的濾波狀態(tài)變量，并用狀態(tài)方程將這三個(gè)變量聯(lián)系起來(lái)。根據(jù)測(cè)量輸入值的噪聲情況，卡爾曼濾波器可以自動(dòng)地調(diào)節(jié)測(cè)量值在濾波結(jié)果中的權(quán)重或者增益，進(jìn)而得到一個(gè)低噪的濾波結(jié)果。然而，基于卡爾曼濾波技術(shù)的自適應(yīng)環(huán)路參數(shù)調(diào)整方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較復(fù)雜，對(duì)于卡爾曼濾波器的參數(shù)也需要不斷地調(diào)整，不適合工程實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于悲觀計(jì)數(shù)器的衛(wèi)星導(dǎo)航環(huán)路參數(shù)設(shè)置裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于悲觀計(jì)數(shù)器的衛(wèi)星導(dǎo)航環(huán)路參數(shù)設(shè)置裝置，包括：

鑒相器，鑒相器的輸入為基帶信號(hào)的能量；

悲/樂(lè)觀計(jì)數(shù)器：用于接收鑒相器的輸出信號(hào)，若鑒相器輸出信號(hào)的值小于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器清零，樂(lè)觀計(jì)數(shù)器加1；若鑒相器輸出信號(hào)的值大于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器加1，樂(lè)觀計(jì)數(shù)器清零；

環(huán)路濾波器：用于利用悲觀計(jì)數(shù)器的值計(jì)算環(huán)路參數(shù)，并在計(jì)算好環(huán)路參數(shù)后，接收所述鑒相器的輸出信號(hào)，對(duì)鑒相器的輸出信號(hào)、環(huán)路參數(shù)、悲觀計(jì)數(shù)器的值進(jìn)行運(yùn)算處理，得到需要調(diào)整的頻率改變量，并送入數(shù)字振蕩器；其中，本發(fā)明考慮三階環(huán)路的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整，而加速度估計(jì)器為第三階環(huán)路，速度估計(jì)器為第二階環(huán)路，比例支路為第一階環(huán)路，t代表環(huán)路相干積分時(shí)間長(zhǎng)度；

數(shù)字振蕩器：用于輸出調(diào)整后的本振頻率。

所述環(huán)形濾波器包括加速度估計(jì)器、速度估計(jì)器、比例支路。

所述加速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式k3的表達(dá)式為：其中max_d為悲觀計(jì)數(shù)器的最大值，bn為初始噪聲帶寬；k3的初始值為

所述速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式k2的表達(dá)式為k2的初始值為：

所述比例支路系數(shù)表達(dá)式為k1的初始值為：

環(huán)路失鎖狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為bn＝110hz；環(huán)路鎖定狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為bn＝25hz。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種基于悲觀計(jì)數(shù)器的衛(wèi)星導(dǎo)航環(huán)路參數(shù)設(shè)置方法，該方法主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：在環(huán)路鎖定狀態(tài)下，根據(jù)悲觀計(jì)數(shù)器的值d，改變初始噪聲帶寬以及初始環(huán)路參數(shù)的值，進(jìn)行環(huán)路參數(shù)更新；若環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，那不改變環(huán)路參數(shù)的值；當(dāng)悲觀計(jì)數(shù)器的值d累加到最大值max_d時(shí)，當(dāng)環(huán)路鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)為環(huán)路失鎖狀態(tài)時(shí)，調(diào)整初始噪聲帶寬，并且不再更新環(huán)路參數(shù)值，直到環(huán)路進(jìn)入再次鎖定狀態(tài)后，再更新環(huán)路參數(shù)值；其中環(huán)路參數(shù)更新的表達(dá)式如下：

更新的加速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為：

更新的速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為：

更新的比例支路系數(shù)表達(dá)式為：

其中，max_d為悲觀計(jì)數(shù)器的最大值，bn為初始噪聲帶寬。

所述環(huán)路參數(shù)初始值設(shè)定為：

初始加速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為：

初始速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為：

初始比例支路系數(shù)表達(dá)式為：

環(huán)路失鎖狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為bn＝110hz；環(huán)路鎖定狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為bn＝25hz；當(dāng)環(huán)路從鎖定狀態(tài)進(jìn)入失鎖狀態(tài)時(shí)，增大環(huán)路帶寬，噪聲帶寬從25hz變到110hz；當(dāng)環(huán)路鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)為環(huán)路失鎖狀態(tài)時(shí)，將噪聲帶寬從25hz變到110hz。

悲觀計(jì)數(shù)器的值設(shè)置方法如下：如果鑒相器輸出信號(hào)的值小于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器清零，樂(lè)觀計(jì)數(shù)器加1；如果鑒相器輸出信號(hào)的值大于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器加1，樂(lè)觀計(jì)數(shù)器清零。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明利用悲觀計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值作為輸入，用于調(diào)整環(huán)路的參數(shù)，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單方便，不會(huì)增加任何的復(fù)雜度，非常適合工程實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的三階環(huán)路濾波器模型圖；

圖2為本發(fā)明裝置原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明主要有以下幾個(gè)模塊：鑒相器，悲/樂(lè)觀計(jì)數(shù)器模塊，環(huán)路濾波器(其中包括加速度估計(jì)器，速度估計(jì)器，比例支路)，數(shù)字振蕩器，如圖2所示。其中，各個(gè)模塊的功能和整體實(shí)現(xiàn)流程如下：

步驟1：鑒相器的輸出信號(hào)分別進(jìn)入悲/樂(lè)觀計(jì)數(shù)器模塊和環(huán)路濾波器模塊；

步驟2：通過(guò)判斷輸出信號(hào)的值是否小于0.7，決定悲觀計(jì)數(shù)器的值；

步驟3：悲/樂(lè)觀計(jì)數(shù)器模塊輸出悲觀計(jì)數(shù)器的值到環(huán)路濾波器模塊；

步驟4：環(huán)路濾波器模塊利用悲觀計(jì)數(shù)器的值計(jì)算環(huán)路參數(shù)，即k1，k2和k3；

步驟5：設(shè)置好環(huán)路參數(shù)k1，k2和k3的值以后，將鑒相器輸出信號(hào)送入環(huán)路濾波器；

步驟6：環(huán)路濾波器輸出送入數(shù)字振蕩器；

步驟7：數(shù)字振蕩器輸出調(diào)整后的本振頻率；

本發(fā)明提出的基于悲觀計(jì)數(shù)器環(huán)路參數(shù)設(shè)置方法的原理和具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

1、計(jì)算悲觀計(jì)數(shù)器的值；

通過(guò)判斷鑒相器輸出信號(hào)的值是否小于0.7，決定悲觀計(jì)數(shù)器的值。如果鑒相器輸出信號(hào)的值小于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器清零，樂(lè)觀計(jì)數(shù)器加1；如果鑒相器輸出信號(hào)的值大于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器加1，樂(lè)觀計(jì)數(shù)器清零。每一次鑒相器的輸出都會(huì)改變悲觀計(jì)數(shù)器的值，設(shè)為d。

2、初始環(huán)路參數(shù)設(shè)置。

根據(jù)下面公式可以計(jì)算得到相應(yīng)的k1，k2和k3的值

初始加速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為

初始速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為

初始比例支路系數(shù)表達(dá)式為

其中，環(huán)路失鎖狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為bn＝110hz。環(huán)路鎖定狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為bn＝25hz，根據(jù)上面的公式可以計(jì)算得到相應(yīng)的k1，k2和k3的值。

當(dāng)環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入到鎖定狀態(tài)時(shí)，環(huán)路濾波器參數(shù)由失鎖的參數(shù)改變到鎖定的參數(shù)狀態(tài)，即降低環(huán)路帶寬。當(dāng)環(huán)路從鎖定狀態(tài)進(jìn)入失鎖狀態(tài)時(shí)，增大環(huán)路帶寬，噪聲帶寬從25hz變到110hz。

3、環(huán)路參數(shù)更新

只有當(dāng)環(huán)路鎖定狀態(tài)下，才根據(jù)悲觀計(jì)數(shù)器的值，改變?cè)肼晭捯约俺跏辑h(huán)路參數(shù)的值。若環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，那不改變環(huán)路參數(shù)的值。其中環(huán)路參數(shù)更新的表達(dá)式如下：

更新的加速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為

更新的速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為

更新的比例支路系數(shù)表達(dá)式為

其中max_d為悲觀計(jì)數(shù)器的最大值，若d累加到d＝max_d，則環(huán)路轉(zhuǎn)為環(huán)路失鎖狀態(tài)，將噪聲帶寬從25hz變到110hz，并且不再更新環(huán)路參數(shù)值，直到環(huán)路進(jìn)入再次鎖定狀態(tài)再次更新環(huán)路參數(shù)值。