一種穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法
【專利摘要】針對(duì)導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法中可能存在通道跟蹤偏差的問題，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，該方法利用對(duì)角加權(quán)矩陣進(jìn)行各個(gè)通道的反饋控制，通過(guò)對(duì)角矩陣消除通道間誤差估計(jì)結(jié)果的相互傳遞，保證算法具有無(wú)偏性，從而提高矢量跟蹤方法的穩(wěn)健性。該方法能夠克服矢量跟蹤環(huán)路存在跟蹤結(jié)果有偏性的問題，且保證跟蹤誤差不在通道之間相互傳遞。分析和仿真表明，該方法在跟蹤的穩(wěn)健性上優(yōu)于傳統(tǒng)矢量跟蹤方法，且能保證跟蹤結(jié)果的無(wú)偏性。
【專利說(shuō)明】
-種穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及導(dǎo)航接收機(jī)設(shè)備研制領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種提高導(dǎo)航接收機(jī)矢量跟蹤 技術(shù)穩(wěn)健性的方法，其可運(yùn)用在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中接收終端類設(shè)備的研制中。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)導(dǎo)航接收機(jī)在弱信號(hào)等復(fù)雜環(huán)境不 能較好的滿足定位等服務(wù)的需求。為了提高導(dǎo)航接收機(jī)弱信號(hào)下的跟蹤靈敏度及跟蹤動(dòng) 態(tài)，矢量跟蹤環(huán)路(V化:Vector Tracking Loop)受到了廣泛的研究，研究表明，矢量跟蹤技 術(shù)在提高弱信號(hào)下跟蹤性能的同時(shí)，還能大大縮短信號(hào)失鎖重捕的時(shí)間，提高接收機(jī)的可 用性。但是傳統(tǒng)的矢量跟蹤方法對(duì)初值比較敏感當(dāng)初始偏差較大時(shí)可能導(dǎo)致矢量跟蹤算法 收斂到錯(cuò)誤的地方，甚至導(dǎo)致濾波發(fā)散，跟蹤失敗。
[0003] 目前提高矢量跟蹤技術(shù)穩(wěn)健性的方法有兩大類:一類是增強(qiáng)矢量跟蹤算法中解算 濾波器的穩(wěn)健性，另一類是增強(qiáng)反饋環(huán)路的穩(wěn)健性。通過(guò)采用更穩(wěn)健的解算濾波器，如迭代 不敏卡爾曼濾波器（IUKF: Iterated化sented Kalman Filter)、自適應(yīng)的迭代擴(kuò)展卡爾曼 濾波器(Adaptive Iterated Extended Kalman Filter)等，雖然可W增強(qiáng)矢量跟蹤算法的 穩(wěn)健性，但是算法復(fù)雜，計(jì)算開銷大，不利于工程應(yīng)用。對(duì)于通過(guò)增強(qiáng)反饋環(huán)路的穩(wěn)健性方 法中，大多采用傳統(tǒng)標(biāo)量跟蹤環(huán)路和矢量跟蹤環(huán)路相結(jié)合的方法，需要同時(shí)保留矢量環(huán)路 和標(biāo)量環(huán)路，增加了接收機(jī)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

【背景技術(shù)】 [0004] 中介紹的兩種方法均不具備較高的工程實(shí)用價(jià)值，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的 缺陷，本發(fā)明提出了一種穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，具體的說(shuō)是一種基于對(duì)角加 權(quán)矩陣的穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路(RV化:Robust Vector Tracking Loop)。該方法利用對(duì)角加權(quán) 矩陣進(jìn)行各個(gè)通道的反饋控制，通過(guò)對(duì)角矩陣消除通道間誤差估計(jì)結(jié)果的相互傳遞，保證 算法具有無(wú)偏性，從而提高矢量跟蹤方法的穩(wěn)健性。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] -種穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟101，獲取導(dǎo)航信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t);
[000引導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)中的天線，射頻前端，AD轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)Sr(t)。
[0009] 步驟102,接收機(jī)中包括N條信號(hào)跟蹤通道，N等于進(jìn)入矢量跟蹤環(huán)路中的衛(wèi)星數(shù)， 一個(gè)信號(hào)跟蹤通道跟蹤一顆衛(wèi)星的一個(gè)頻點(diǎn)。每條信號(hào)跟蹤通道包括一個(gè)數(shù)字控制振蕩 器、一個(gè)相關(guān)器和一個(gè)鑒別器，數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)和數(shù)字控制振蕩器生成的本地復(fù)制信號(hào) 為信號(hào)跟蹤通道中相關(guān)器的輸入信號(hào)，相關(guān)器對(duì)各輸入信號(hào)進(jìn)行相干積分處理，得到各輸 入信號(hào)對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，相關(guān)值輸入鑒別器，鑒別器將各通道的鑒別誤差結(jié)果輸出給穩(wěn)健矢 量跟蹤環(huán)路；
[0010] 步驟103,將步驟102得到的鑒別誤差結(jié)果輸入到穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路，穩(wěn)健矢量跟 蹤環(huán)路由步驟102給出的鑒別誤差結(jié)果W及當(dāng)前時(shí)刻接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參 數(shù)，生成各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字，各條信號(hào)跟蹤通道中的本 地復(fù)制信號(hào)的載波頻率和偽碼頻率通過(guò)各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控 制字控制，其中當(dāng)前接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由接收機(jī)實(shí)時(shí)解算得到，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參數(shù)從衛(wèi)星星歷 中提取獲得。
[0011] 本發(fā)明中，其步驟102具體包括如下步驟：
[0012] 步驟 201:
[0013] 信號(hào)跟蹤通道中的數(shù)字控制振蕩器，用來(lái)生成本地復(fù)制信號(hào)，本體復(fù)制信號(hào)的載 波頻率和偽碼頻率通過(guò)數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字控制，W保證本地復(fù)制信號(hào)和接收 的導(dǎo)航信號(hào)間的同步；
[0014] 步驟202:
[0015] 本地復(fù)制信號(hào)包括由同相支路（I)和正交支路(Q)的載波信號(hào)和超前支路化），準(zhǔn) 時(shí)支路(P)，滯后支路化)=路不同碼相位的偽碼信號(hào)合成的六路信號(hào)，分別為同相超前支 路SlE(t)，正交超前支路SQE(t)，同相準(zhǔn)時(shí)支路SlP(t)，正交準(zhǔn)時(shí)支路SQP(t)，同相滯后支路 SlL(t)，正交滯后支路SQL(t)信號(hào)。
[0016] 步驟203:
[0017] 相關(guān)器完成上述六路本地復(fù)制信號(hào)和接收的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)的相干積分處 理，得到一組相干積分結(jié)果，分別為同相超前相干積分結(jié)果Cie，正交超前相干積分結(jié)果Cqe， 同相準(zhǔn)時(shí)相干積分結(jié)果CiPi、CiP2,正交準(zhǔn)時(shí)相干積分結(jié)果Cqpi、Cqp2,同相滯后相干積分結(jié)果 Cil，正古'貓巨抽不巧A結(jié)里r。，.長(zhǎng)們的A草方法如下所示：
[001 引
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 其中Tcnh為信號(hào)相干積分時(shí)間。
[0027] 步驟204:
[0028] 鑒別器包括鑒頻器和碼鑒相器，其中鑒頻器用來(lái)估計(jì)本地復(fù)制信號(hào)和接收的數(shù)字 中頻信號(hào)Sr(t)間的載波頻率誤差叫其輸入為CiP1、CiP2、CqP1和CQP2,碼鑒相器用來(lái)估計(jì)本地 復(fù)制信號(hào)和接收的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)間的偽碼相位誤差Ep,其輸入為Cie, Cqe, Cil和Cql;具 體估計(jì)方法如下公式：
[0029]
[0030]
[0031] 本發(fā)明的步驟103,具體采用如下步驟：
[0032] 根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)求解當(dāng)前時(shí)刻各個(gè)信號(hào)跟蹤通道 數(shù)字控制振蕩器(NCO = Numerical Con化OIled Osci Ilator)中的頻率控制字調(diào)整增量的預(yù) 測(cè)結(jié)果，方法如下：
[0033] 設(shè)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)為巧=[媒破媒列站;成往;詞，其中堿沁，站，任為k時(shí)刻 接收機(jī)在地屯、地固坐標(biāo)系下的=維位置和鐘差(相對(duì)于衛(wèi)星鐘），下標(biāo)k代表時(shí)刻k，上標(biāo)r代 表接收機(jī)(如無(wú)特殊說(shuō)明，本發(fā)明后面所有變量的下標(biāo)k均表示該變量在k時(shí)刻的取值，上標(biāo) r均用來(lái)標(biāo)識(shí)接收機(jī)）；趕麻化狂為接收機(jī)的S維速度和鐘漂(相對(duì)于衛(wèi)星鐘）；類似的，第i 顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)可W表示為Xi=[沾姑;.切；知;達(dá)巧培詞，其中上標(biāo)i表示第i顆衛(wèi) 星，i = l，2,…N(如無(wú)特殊說(shuō)明，本發(fā)明后面所有變量的上標(biāo)i均用來(lái)標(biāo)識(shí)是第i顆衛(wèi)星）。
[0034] 對(duì)于第i顆衛(wèi)星，根據(jù)接收機(jī)中的偽距方程和多普勒方程可W得到前后歷元間的 差分方程，如下所示
[0035]
[0036] 算子A ()k表示某變量在k+1和k時(shí)刻的差值;如龍採(cǎi)=1?-孫.，表示接收機(jī)前后兩 時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)的差；^義盧義W-必，表示k+1時(shí)刻和k時(shí)刻衛(wèi)星i的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的差，該參 數(shù)可W星歷中獲得；Zf巧=[J知;4/孔40i-為k時(shí)刻和k+1衛(wèi)星i到接收機(jī)的偽距差;^爲(wèi)為k時(shí)刻 和k+1衛(wèi)星i到接收機(jī)的多普勒差值;N為進(jìn)入矢量跟蹤環(huán)路中的衛(wèi)星數(shù)，為已知參數(shù)；/毋為 k時(shí)刻第i可衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣或幾何轉(zhuǎn)換矩陣;具體為
[0037]
[003引其中姑'，保，財(cái)分別定義如下
[0039]
[0040] 鉛為接收機(jī)和第i衛(wèi)星的幾何距離，具體為：
[0041]
[0042] 將上述第i顆衛(wèi)星擴(kuò)展到所有衛(wèi)星，并聯(lián)立可W得到如下表達(dá)式
[0043]
[0044] 其中^巧;^巧;...;^巧3為k時(shí)刻所有衛(wèi)星的觀測(cè)量(偽距/多普勒)增量的矢 量形式；戍=[祝;巧;…；化N;]為所有衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣；器=[巧乂巧；巧/(巧成^靴訪所 有衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的增量按觀測(cè)矩陣投影的大小，N為衛(wèi)星數(shù)，上標(biāo)I，2,…N，分別表示 衛(wèi)星的序號(hào)。
[0045] 在上述差分方程組中，Hk和筑7均可認(rèn)為是已知量，而^礙與巧，Zf駁需要知道k+ 1時(shí)刻的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，在k時(shí)刻獲得k+1時(shí)刻的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)只能借助運(yùn)動(dòng) 模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，相應(yīng)的，將預(yù)測(cè)的k+1時(shí)刻的接收機(jī)位置帶入上述差分方程中，便可得到預(yù) 測(cè)的預(yù)測(cè)增量和多普勒增量，方法如下：
[0046] 按收化反動(dòng)獻(xiàn)杰力?程為；
[0047]

[004引其中O為相鄰時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，O k為過(guò)程噪聲，其協(xié)方差陣為Q; O和Q具體 通過(guò)下面方式獲得；
[0049]
[(K)加 ]
[0051]其中Ox, Oy, Oz分別為接收機(jī)在地屯、地固坐標(biāo)系坐標(biāo)下xyzS維方向上的狀態(tài)轉(zhuǎn) 移矩陣；巫。為接收機(jī)鐘差維度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣;Qx,Qy,Qz,分別為Xyz^維方向上的過(guò)程噪 聲協(xié)方差矩陣;Q。為接收機(jī)鐘差維度的過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣;它們的具體表達(dá)式如下
[0化2]
[0化3]
[0054]其中Sq為接收機(jī)運(yùn)動(dòng)加速度噪聲功率譜密度，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定;St為鐘差噪聲 功率譜密度，Sf為鐘漂噪聲功率譜密度，通常取St=2 X i(ri9，Sf=2 X i(r2i;
[0化5]據(jù)此可W得到所有衛(wèi)星的偽距和多普勒的增量預(yù)測(cè)結(jié)果具體如下
[0化6]
[0057]在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)已知的情況下，JFr的預(yù)測(cè)精度巧r取決于接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 的預(yù)測(cè)精度，即有
[0化引
[0化9]其中巧力接收機(jī)當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)協(xié)方差矩陣，化/-為根據(jù)當(dāng)前接收機(jī)的狀態(tài)參 數(shù)預(yù)測(cè)的下一時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)協(xié)方差矩陣；
[0060]步驟302,穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路W步驟102中鑒頻器和碼鑒相器輸出的估計(jì)誤差為觀 測(cè)量，對(duì)步驟301中輸出的增量預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)修正，其中加權(quán)矩陣為對(duì)角矩陣A，其計(jì) 算方法為：
[0061]
[0062] 其中R為各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)跟蹤通道中鑒別器輸出結(jié)果的噪聲協(xié)方差矩陣，為對(duì)角矩 陣。具體為
[0063]

[0064] 其中如和卻分別為第i顆衛(wèi)星信號(hào)跟蹤通道中的碼鑒相器輸出結(jié)果的方差和鑒頻 器輸出鮮里的韋差.們且化親化古責(zé)
[00 化]
[0066]
[0067] 其中SNRd為輸入碼鑒相器和鑒頻器的信號(hào)的信噪比。
[0068] 選取對(duì)角矩陣的是因?yàn)榭紤]到各個(gè)觀測(cè)量之間的相互獨(dú)立，互不影響，因此在修 正的時(shí)候可W將各個(gè)通道獨(dú)立進(jìn)行最優(yōu)加權(quán)修正。
[0069] 步驟303，根據(jù)步驟302求得的加權(quán)矩陣對(duì)步驟301中的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，得到最 終各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒的增量估計(jì)結(jié)果，具體如下所示：
，
[0070] 其中
該矢量中每一項(xiàng)的上標(biāo)1,2 ,…N,分別表不衛(wèi) 星的序號(hào)，下標(biāo)表示第k時(shí)刻。分&=權(quán)!-，苗,9是^左..,，e點(diǎn)g忽]，該矢量中每一項(xiàng)是從步驟102 得到的。
[0071] 根據(jù)各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒增量，可W簡(jiǎn)單的獲得當(dāng)前NCO中多普勒頻率控制 字的調(diào)整值.且化如下所元，
[0072]
[0073]
[0074] 其中邱/_C〇舶/'和邸/_CWT/為k時(shí)刻第i顆衛(wèi)星的偽碼多普勒頻率控制字和載波多 普勒頻率控制字的調(diào)整值，4W和4與分別為偽碼相位和載波多普勒頻率的增量估計(jì)結(jié)果， Rateende為信號(hào)的偽碼速率，RFearr為信號(hào)的載波射頻頻率，C為光在真空中傳播的速度。
[0075] 本發(fā)明還提供一種接收機(jī)，包括信號(hào)跟蹤通道和穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路，導(dǎo)航信號(hào)經(jīng) 過(guò)接收機(jī)中的天線、射頻前端，AD轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)，接收機(jī)中的信號(hào)跟蹤通道有 n條，每條信號(hào)跟蹤通道包括一個(gè)數(shù)字控制振蕩器、一個(gè)相關(guān)器和一個(gè)鑒別器，數(shù)字中頻信 號(hào)和數(shù)字控制振蕩器生成的本地復(fù)制信號(hào)為信號(hào)跟蹤通道中相關(guān)器的輸入信號(hào)，相關(guān)器對(duì) 各輸入信號(hào)進(jìn)行相干積分處理，得到各輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，相關(guān)值輸入鑒別器，鑒別器 將各通道的鑒別誤差結(jié)果輸出給穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路，穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路根據(jù)鑒別誤差結(jié)果 W及當(dāng)前時(shí)刻接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參數(shù)，生成各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振 蕩器中的頻率控制字，各條信號(hào)跟蹤通道中的本地復(fù)制信號(hào)的載波頻率和偽碼頻率通過(guò)各 條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字控制。
[0076] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0077] 1、保證跟蹤結(jié)果的無(wú)偏性。
[0078] 通過(guò)約束加權(quán)矩陣為對(duì)角線矩陣，使得修正加權(quán)時(shí)各個(gè)通道的修正量之間相互獨(dú) 立，從而保證各個(gè)通道跟蹤結(jié)果的無(wú)偏性，增強(qiáng)算法的魯棒性。
[0079] 2、多徑等誤差不在通道間傳遞。
[0080] 當(dāng)某一通道中存在多徑誤差時(shí)，對(duì)角加權(quán)矩陣可W保證該通道的多徑誤差不被傳 遞到其他通道中去，傳統(tǒng)的矢量跟蹤算法則會(huì)將通道中的多徑誤差擴(kuò)散到其他的通道中 去。
【附圖說(shuō)明】
[0081] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0082] 圖2為信號(hào)跟蹤通道的結(jié)構(gòu)示意圖
[0083] 圖3為穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路的結(jié)構(gòu)示意圖
[0084] 圖4為某時(shí)刻GPS(Global Position System)星座下當(dāng)多普勒跟蹤初值不為零時(shí)， 傳統(tǒng)矢量跟蹤環(huán)路和穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路的多普勒頻率跟蹤誤差結(jié)果
[0085] 圖5為GPS星座中9號(hào)衛(wèi)星存在0.1 chips的多徑情況下傳統(tǒng)矢量跟蹤環(huán)路和穩(wěn)健無(wú) 偏矢量跟蹤環(huán)路的偽碼相位跟蹤誤差。
【具體實(shí)施方式】
[0086] 為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0087] 本發(fā)明實(shí)施例提出了一種穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，W保證傳統(tǒng)矢量跟 蹤方法的無(wú)偏性，提局矢量跟蹤方法的穩(wěn)健性。
[0088] 步驟101，導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)中的天線，射頻前端，AD轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字中頻信 號(hào)Sr(t);
[0089] 步驟102,接收機(jī)中包括N條信號(hào)跟蹤通道，N等于進(jìn)入穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路中的衛(wèi)星 數(shù)，一個(gè)信號(hào)跟蹤通道跟蹤一顆衛(wèi)星的一個(gè)頻點(diǎn)。每條信號(hào)跟蹤通道包括一個(gè)數(shù)字控制振 蕩器、一個(gè)相關(guān)器和一個(gè)鑒別器，數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)和數(shù)字控制振蕩器生成的本地復(fù)制信 號(hào)為信號(hào)跟蹤通道中相關(guān)器的輸入信號(hào)，相關(guān)器對(duì)各輸入信號(hào)進(jìn)行相干積分處理，得到各 輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，相關(guān)值輸入鑒別器，鑒別器將各通道的鑒別誤差結(jié)果輸出給穩(wěn)健 矢量跟蹤環(huán)路；
[0090] 步驟103,將步驟102得到的鑒別誤差結(jié)果輸入到穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路，穩(wěn)健矢量跟 蹤環(huán)路由步驟102給出的鑒別誤差結(jié)果W及當(dāng)前時(shí)刻接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參 數(shù)，生成各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字，各條信號(hào)跟蹤通道中的本 地復(fù)制信號(hào)的載波頻率和偽碼頻率通過(guò)各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控 制字控制，其中當(dāng)前接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)由接收機(jī)實(shí)時(shí)解算得到，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參數(shù)從衛(wèi)星 星歷中提取獲得。
[0091] 步驟102即為矢量接收機(jī)中的跟蹤通道，其典型設(shè)計(jì)采用如下步驟
[0092] 步驟201，衛(wèi)星信號(hào)跟蹤通道中的數(shù)字控制振蕩器(NCO:Numerically Controlled Oscillator)裝置，用來(lái)生成本地復(fù)制信號(hào)，本地復(fù)制信號(hào)的載波頻率和偽碼頻率通過(guò)NCO 中的頻率控制字控制，W保證復(fù)制信號(hào)和接收信號(hào)間的同步；
[0093] 步驟202,本地復(fù)制信號(hào)包括由同相支路（I)和正交支路(Q)的載波信號(hào)和超前支 路化），準(zhǔn)時(shí)支路(P)，滯后支路化)=路不同碼相位的偽碼信號(hào)合成的六路信號(hào)，分別為同 相超前支路SlE(t)，正交超前支路SQE(t)，同相準(zhǔn)時(shí)支路SlP(t)，正交準(zhǔn)時(shí)支路SQP(t)，同相滯 后支路SlL(t)，正交滯后支路SQL(t)信號(hào)；
[0094] 步驟203,相關(guān)器完成上述六路本地復(fù)制信號(hào)和接收的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)的相干 積分處理，得到一組相干積分結(jié)果，分別為同相超前相干積分結(jié)果Cie，正交超前相干積分結(jié) 果Cqe，同相準(zhǔn)時(shí)相干積分結(jié)果CiPi和CiP2，正交準(zhǔn)時(shí)相干積分結(jié)果Cqpi和Cqp2，同相滯后相干積 分結(jié)果Cil，正交滯后相干積分結(jié)果Cql ;
[00M]步驟204,鑒別器包括鑒頻器和碼鑒相器，其中鑒頻器用來(lái)估計(jì)本地復(fù)制信號(hào)和接 收的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)間的載波頻率誤差Cf,其輸入為CiP1、CiP2、CqP1和CQP2,碼鑒相器用來(lái) 估計(jì)本地復(fù)制信號(hào)和接收的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)間的偽碼相位誤差Ep,其輸入為Cie, Cqe, Cil 和 Cql。
[0096] 本發(fā)明中的穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)采用如下步驟
[0097] 步驟301，根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)求解當(dāng)前時(shí)刻各個(gè)信號(hào) 跟蹤通道數(shù)字控制振蕩器(NCO = Numerical Controlled Oscillator)中的頻率控制字調(diào)整 增量的預(yù)測(cè)結(jié)果，方法如下：
[009引設(shè)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)為及'=[妃姑;誠(chéng)賄站;說(shuō)任;巧，其中妃批，或狂為k時(shí)刻 接收機(jī)在地屯、地固坐標(biāo)系下的=維位置和鐘差(相對(duì)于衛(wèi)星鐘），下標(biāo)k代表時(shí)刻k，上標(biāo)r代 表接收;始興，託《為接收機(jī)的S維速度和鐘漂(相對(duì)于衛(wèi)星鐘）；類似的，第i顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)參數(shù)可W表示為巧=[誠(chéng)姑批始誠(chéng)巧成甸，其中上標(biāo)i表示第i顆衛(wèi)星，i = 1，2，…N。
[0099] 對(duì)于第i顆衛(wèi)星，根據(jù)接收機(jī)中的偽距方程和多普勒方程可W得到前后歷元間的 差分方程，如下所示
[0100]
[0101] 算子A ()k表示某變量在k+1和k時(shí)刻的差值;如/1 巧'=JTw-及-表示接收機(jī)前后兩 時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)的差義戶方W-巧，表示k+1時(shí)刻和k時(shí)刻衛(wèi)星i的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的差，該參 數(shù)可W星歷中獲得，zmi=[z1/W;4別，傘!為k時(shí)刻和k+1衛(wèi)星巧時(shí)妾收機(jī)的偽距差，凍?為k時(shí)刻 和k+1衛(wèi)星i到接收機(jī)的多普勒差值，N為進(jìn)入矢量跟蹤環(huán)路中的衛(wèi)星數(shù)，為已知參數(shù);斑為k 時(shí)刻第i可衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣或幾何轉(zhuǎn)換矩陣，具體為
[0102]
[0103] 其中W,促，W'分別定義如下
[0104]
[01化]為接收機(jī)和第i衛(wèi)星的幾何距離，具體為：
[0106]
[0107]將上述第i顆衛(wèi)星擴(kuò)展到所有衛(wèi)星，并聯(lián)立可W得到如下表達(dá)式 [010 引
[0109] 化IM片[/1化於;別為k時(shí)刻所有衛(wèi)星的觀測(cè)量(偽距/多普勒）增量的矢 量形式;熱=[姆;瑞；…；//巧為所有衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣；巧=[鉛乂詔：分M巧;…;方托化巧為所 有衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的增量按觀測(cè)矩陣投影的大小，N為衛(wèi)星數(shù)，上標(biāo)1，2,…N，分別表示 衛(wèi)星的序號(hào)。
[0110] 在上述差分方程組C么寫=巧'M；'-寫)中，Hk和游均可認(rèn)為是已知量，但J駁需 要知道k+1時(shí)刻的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，而在k時(shí)刻是不可能獲取k+1時(shí)刻的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)參數(shù)的。因此只能借助運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，相應(yīng)的，將預(yù)測(cè)的k+1時(shí)刻的接收機(jī)位置帶入 上述差分方程中，便可得到預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)增量和多普勒增量，具體描述如下。
[0111] 接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程為：
[0112]
[0113]其中O為相鄰時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Ok為過(guò)程噪聲，其協(xié)方差陣為Q; O和Q具體 通過(guò)下面獲得；
[0114]
[0115]
[0116] 其中Ox, Oy, Oz分別為接收機(jī)在地屯、地固坐標(biāo)系坐標(biāo)下xyzS維方向上的狀態(tài)轉(zhuǎn) 移矩陣，巫C為接收機(jī)鐘差維度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Qx,Qy,Qz,分別為xyzS維方向上的過(guò)程噪 聲協(xié)方差矩陣，Q。為接收機(jī)鐘差維度的過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣，它們的具體表達(dá)式如下
[0117]
[011 引
[0119]
[0120] 其中Sq為接收機(jī)運(yùn)動(dòng)加速度噪聲功率譜密度，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定;St為鐘差噪聲 功率譜密度，Sf為鐘漂噪聲功率譜密度，通常取St=2 X i(ri9，Sf=2 X i(r2i;
[0121] 據(jù)此可W得到所有衛(wèi)星的偽距和多普勒的增量預(yù)測(cè)結(jié)果J粉，具體如下
[0122]
[0123] 在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)已知的情況下，療的預(yù)測(cè)精度/>擴(kuò)取決于接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 的預(yù)測(cè)精度，即有
[0124]
[01巧]其中巧為接收機(jī)當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)協(xié)方差矩陣，/Vf為根據(jù)當(dāng)前接收機(jī)的狀態(tài)參 數(shù)預(yù)測(cè)的下一時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)協(xié)方差矩陣；
[0126] 步驟302,穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路W步驟102中鑒頻器和碼鑒相器輸出的估計(jì)誤差為觀 測(cè)量，對(duì)步驟301中輸出的增量預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)修正。對(duì)于加權(quán)矩陣，本發(fā)明給出了兩種 形式，如下：
[0127] 第一種:加權(quán)矩陣為對(duì)角矩陣A，其計(jì)算方法為：
[012 引
[0129] 其中R為各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)跟蹤通道中鑒別器輸出結(jié)果的噪聲協(xié)方差矩陣，為對(duì)角矩 陣。具體為
[0130]
[0131] 其中V和如分別為第i顆衛(wèi)星跟蹤通道中的碼鑒相器輸出結(jié)果的方差和鑒頻器輸 出結(jié)果的方差，表達(dá)式為：
[0132]
[0133]
[0134] 其中SNRd為輸入碼鑒相器和鑒頻器的信號(hào)的信噪比。
[0135] 分析表明當(dāng)參與解算的衛(wèi)星數(shù)大于4時(shí)，Q為奇異矩陣，將會(huì)導(dǎo)致跟蹤結(jié)果出現(xiàn)有 偏的情況。為了解決運(yùn)一問題，本發(fā)明給出了一種穩(wěn)健加權(quán)矩陣，其形式為對(duì)角矩陣A，A 的計(jì)算方法為
[0136]
[0137] 其中diagO為取對(duì)角元素運(yùn)算。
[0138] 其中R為各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)跟蹤通道中鑒別器輸出結(jié)果的噪聲協(xié)方差矩陣，為對(duì)角矩 陣。具體為
[0139]
[0140] 其中如和話分別為第i顆衛(wèi)星跟蹤通道中的碼鑒相器輸出結(jié)果的方差和鑒頻器輸 出結(jié)果的方差，表達(dá)式為：
[0141]
[0142]
[0143] 其中SNRd為輸入碼鑒相器和鑒頻器的信號(hào)的信噪比。
[0144] 選取對(duì)角矩陣的是因?yàn)榭紤]到各個(gè)觀測(cè)量之間的相互獨(dú)立，互不影響，因此在修 正的時(shí)候可W將各個(gè)通道獨(dú)立進(jìn)行最優(yōu)加權(quán)修正，在本實(shí)施例中選取第二種加權(quán)矩陣。
[0145] 步驟303,根據(jù)302求得的加權(quán)矩陣A對(duì)301中的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，得到最終各顆 衛(wèi)星的偽距和多普勒的增量估計(jì)結(jié)果，具體如下所示：
[0146]
[0147] 其中J島，站誠(chéng)誠(chéng)…,旬3,誡]，該矢量中每一項(xiàng)的上標(biāo)1，2，…N,分別表示衛(wèi) 星的序號(hào)，下標(biāo)表示第k時(shí)刻，^技=杉!-，站卸I?，誠(chéng)...，誠(chéng)誡]，該矢量中每一項(xiàng)是從步驟102 得到的。
[0148] 根據(jù)各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒增量，可W簡(jiǎn)單的獲得當(dāng)前NCO中多普勒頻率控制 字的調(diào)整值，具體如下所示：
[0149]
[0150]
[0151 ] 其中"八_('化似仲竹為k時(shí)刻第i顆衛(wèi)星的偽碼多普勒頻率控制字和載波 多普勒頻率控制字的調(diào)整值，4W和每I分別為偽碼相位和載波多普勒頻率的增量估計(jì)結(jié) 果，Rateende為信號(hào)的偽碼速率，RFearr為信號(hào)的載波射頻頻率，C為光在真空中傳播的速度。
[0152] 圖4和圖5為本實(shí)施例在不同條件下對(duì)某時(shí)刻衛(wèi)星信號(hào)的仿真跟蹤結(jié)果。
[0153] 其中圖4為存在多普勒初始偏差的情況下傳統(tǒng)Vll和穩(wěn)健無(wú)偏RFTL的多普勒跟蹤 結(jié)果。仿真星座WGPS星座為例，共有8顆可見衛(wèi)星，衛(wèi)星PRN號(hào)分別為[9，12，16，20，22，26， 30，32]，其初始多普勒偏差分別為[3.75,4.5,-6,-3.3,7.95 ,-4.65,2.25,-4.引 Hz,結(jié)果如 圖4所示，顯然，本發(fā)明中的方法可W無(wú)偏的對(duì)所有衛(wèi)星進(jìn)行頻率跟蹤，而傳統(tǒng)Vl'L方法此時(shí) 存在跟蹤偏差，即跟蹤誤差的均值不為0。
[0154] 圖5的仿真條件為設(shè)置衛(wèi)星9存在0.16cMps的多徑跟蹤誤差，其余衛(wèi)星無(wú)多徑跟 蹤誤差，所有衛(wèi)星的初始跟蹤偏差均為0,利用本發(fā)明中方法和傳統(tǒng)Vll方法所得跟蹤結(jié)果 如圖5所示，可W看出，本發(fā)明中的方法可W保證多徑誤差只在9號(hào)星上出現(xiàn)，不會(huì)傳播到其 他衛(wèi)星中，但是傳統(tǒng)Vll方法卻不能保證多徑誤差不在衛(wèi)星之間傳播。
[0155] 綜上所述，雖然本發(fā)明已W較佳實(shí)施例掲露如上，然其并非用W限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1 〇 1，獲取導(dǎo)航信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)Sr (t); 步驟102,接收機(jī)中包括N條信號(hào)跟蹤通道，每條信號(hào)跟蹤通道包括一個(gè)數(shù)字控制振蕩 器、一個(gè)相關(guān)器和一個(gè)鑒別器，數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)和數(shù)字控制振蕩器生成的本地復(fù)制信號(hào) 為信號(hào)跟蹤通道中相關(guān)器的輸入信號(hào)，相關(guān)器對(duì)各輸入信號(hào)進(jìn)行相干積分處理，得到各輸 入信號(hào)對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，相關(guān)值輸入鑒別器，鑒別器將各通道的鑒別誤差結(jié)果輸出給穩(wěn)健矢 量跟蹤環(huán)路； 步驟103,將步驟102得到的鑒別誤差結(jié)果輸入到穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路，穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán) 路由步驟102給出的鑒別誤差結(jié)果以及當(dāng)前時(shí)刻接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參數(shù)，生 成各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字，各條信號(hào)跟蹤通道中的本地復(fù)制 信號(hào)的載波頻率和偽碼頻率通過(guò)各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字控 制，其中當(dāng)前接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)由接收機(jī)實(shí)時(shí)解算得到，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參數(shù)從衛(wèi)星星歷中 提取獲得。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，其特征在于步驟101中， 導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)中的天線，射頻前端，AD轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)S r(t)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，其特征在于步驟102中的 N等于進(jìn)入穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路中的衛(wèi)星數(shù)，一個(gè)信號(hào)跟蹤通道跟蹤一顆衛(wèi)星的一個(gè)頻點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，其特征在于步驟102采用 如下步驟：， 步驟201:信號(hào)跟蹤通道中的數(shù)字控制振蕩器，用來(lái)生成本地復(fù)制信號(hào)，本體復(fù)制信號(hào) 的載波頻率和偽碼頻率通過(guò)數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字控制，以保證本地復(fù)制信號(hào)和 接收的導(dǎo)航信號(hào)間的同步； 步驟202 :本地復(fù)制信號(hào)包括由同相支路（I)和正交支路（Q)的載波信號(hào)和超前支路 (E)，準(zhǔn)時(shí)支路(P)，滯后支路(L)三路不同碼相位的偽碼信號(hào)合成的六路信號(hào)，分別為同相 超前支路SIE(t)，正交超前支路S QE(t)，同相準(zhǔn)時(shí)支路如⑴，正交準(zhǔn)時(shí)支路SQP(t)，同相滯后 支路Sa⑴，正交滯后支路S QL(t)信號(hào)； 步驟203:相關(guān)器完成上述六路本地復(fù)制信號(hào)和接收的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)的相干積分 處理，得到一組相干積分結(jié)果，分別為同相超前相干積分結(jié)果CIE，正交超前相干積分結(jié)果 Cqe,同相準(zhǔn)時(shí)相干積分結(jié)果ClPl、ClP2,正交準(zhǔn)時(shí)相干積分結(jié)果〇3Ρ1、〇3Ρ2,同相滯后相干積分結(jié) 果CIL，正交滯后相干積分結(jié)果C QL;它們的計(jì)算方法如下所示：其中Tcoh為信號(hào)相干積分時(shí)間； 步驟204:鑒別器包括鑒頻器和碼鑒相器，其中鑒頻器用來(lái)估計(jì)本地復(fù)制信號(hào)和接收的 數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)間的載波頻率誤差ef，其輸入為CIP1、CIP2、C QP1和CQP2，碼鑒相器用來(lái)估計(jì) 本地復(fù)制信號(hào)和接收的數(shù)字中頻信號(hào)Sr(t)間的偽碼相位誤差ε Ρ，其輸入為(^，(^，(^和 CQL;ef和εΡ估計(jì)方法如下：5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)健無(wú)偏的導(dǎo)航信號(hào)矢量跟蹤方法，其特征在于步驟103采用 如下步驟： 步驟301，根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)求解當(dāng)前時(shí)刻各個(gè)信號(hào)跟蹤 通道數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字調(diào)整增量的預(yù)測(cè)結(jié)果，方法如下： 設(shè)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)為篇=[成對(duì):X; )?球祐#; #]，其中就#，故 機(jī)在地心地固坐標(biāo)系下的三維位置和鐘差(相對(duì)于衛(wèi)星鐘），下標(biāo)k代表時(shí)刻k，上標(biāo)r代表接 收機(jī)；為接收機(jī)的三維速度和鐘漂（相對(duì)于衛(wèi)星鐘）；類似的，第i顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)參數(shù)表示為屬Η^;站ji; )? i/; //; //'],其中上標(biāo)i表示第i顆衛(wèi)星，i = l，2,…N; 對(duì)于第i顆衛(wèi)星，根據(jù)接收機(jī)中的偽距方程和多普勒方程可以得到前后歷元間的差分 方程，如下所示算子A ()k表示某變量在k+Ι和k時(shí)刻的差值;^^=心+1-私，表示接收機(jī)前后兩時(shí)刻的狀 態(tài)參數(shù)的差；」及=游，表示k+Ι時(shí)刻和k時(shí)刻衛(wèi)星i的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的差，該參數(shù)可以星 歷中獲得；」V/丨，專4為k時(shí)刻和k+1衛(wèi)星i到接收機(jī)的偽距差，.濯:為k時(shí)刻和k+1衛(wèi) 星i到接收機(jī)的多普勒差值;N為進(jìn)入矢量跟蹤環(huán)路中的衛(wèi)星數(shù)，為已知參數(shù)；越為k時(shí)刻第 i可衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣或幾何轉(zhuǎn)換矩陣，招為其中《i,取#分別定義如下你為接收機(jī)和第i衛(wèi)星的幾何距離，具體為：將上述第i顆衛(wèi)星擴(kuò)展到所有下.層，并3#立可以得剞加下表達(dá)式其中ζ?Μ處為k時(shí)刻所有衛(wèi)星的觀測(cè)量增量的矢量形式，你[抝;報(bào);…； //Λ』為所有衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣，為所有衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù) 的增量按觀測(cè)矩陣投影的大小，Ν為衛(wèi)星數(shù)，上標(biāo)1，2，…Ν分別表示衛(wèi)星的序號(hào)； 在差分方程丨-Ζ丨.中，Hk和.Z#均是已知量，而ζ1Υ/=?-篇，』忍需要知道k+ 1時(shí)刻的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，在k時(shí)刻獲得k+1時(shí)刻的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)只能借助運(yùn)動(dòng) 模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，相應(yīng)的，將預(yù)測(cè)的k+Ι時(shí)刻的接收機(jī)位置帶入上述差分方程中，便可得到預(yù) 測(cè)的預(yù)測(cè)增量和多普勒增量，方法如下： 接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程為：其中φ為相鄰時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，c〇k為過(guò)程噪聲，其協(xié)方差陣為Q; Φ和Q通過(guò)下面方 式獲得；其中φχ，φγ，φζ分別為接收機(jī)在地心地固坐標(biāo)系坐標(biāo)下xyz三維方向上的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩 陣，φ。為接收機(jī)鐘差維度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Qx，Qy，Qz，分別為xyz三維方向上的過(guò)程噪聲協(xié) 方差矩陣，Q。為接收機(jī)鐘差維度的過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣，各自的表達(dá)式如下：其中Sq為接收機(jī)運(yùn)動(dòng)加速度噪聲功率譜密度;St為鐘差噪聲功率譜密度，Sf為鐘漂噪聲 功率譜密度，取St = 2 X ΚΓ19，Sf = 2 X ΚΓ21; 據(jù)此可以得到所有衛(wèi)星的偽距和多普勒的增量預(yù)測(cè)結(jié)果』Tf，具體如下在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)已知的情況下，的預(yù)測(cè)精度取決于接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的預(yù) 測(cè)精度，即有其中i?為接收機(jī)當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)協(xié)方差矩陣，Pk+廣為根據(jù)當(dāng)前接收機(jī)的狀態(tài)參數(shù)預(yù) 測(cè)的下一時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)協(xié)方差矩陣； 步驟302,穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路以步驟102中鑒頻器和碼鑒相器輸出的估計(jì)誤差為觀測(cè) 量，對(duì)步驟301中輸出的增量預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)修正，其中加權(quán)矩陣為對(duì)角矩陣Λ，其計(jì)算 方法為：其中R為各個(gè)衛(wèi)星跟蹤通道中鑒別器輸出結(jié)果的噪聲協(xié)方差矩陣，為對(duì)角矩陣，表達(dá)式 為其中σρ1和矽分別為第i顆衛(wèi)星跟蹤通道中的碼鑒相器輸出結(jié)果的方差和鑒頻器輸出結(jié) 果的方差，表達(dá)式為其中SNRd為輸入碼鑒相器和鑒頻器的信號(hào)的信噪比； 步驟303,根據(jù)步驟302求得的加權(quán)矩陣對(duì)步驟301中的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，得到最終各 顆衛(wèi)星的偽距和多普勒的增量估計(jì)結(jié)果，具體如下所示： Aij. ^ + .A · 其中2&唯乂 ε/丨,4 ej,喊]，該矢量中每一項(xiàng)的上標(biāo)1，2，…Ν,分別表示衛(wèi)星的 序號(hào)，下標(biāo)表示第k時(shí)刻，ε土 eg, ei,...、, ￡/?]，該矢量中每一項(xiàng)是從步驟102得到 的； 根據(jù)各顆衛(wèi)星的偽距和多普勒增量，可以獲得當(dāng)前數(shù)字控制振蕩器中多普勒頻率控制 字的調(diào)整值，方法如下：其中你和你/_〇/的'為k時(shí)刻第i顆衛(wèi)星的偽碼多普勒頻率控制字和載波多普勒 頻率控制字的調(diào)整值，和攻?分別為偽碼相位和載波多普勒頻率的增量估計(jì)結(jié)果， Rate。-為信號(hào)的偽碼速率，RFcarr為信號(hào)的載波射頻頻率，c為光在真空中傳播的速度。6. -種接收機(jī)，其特征在于:包括信號(hào)跟蹤通道和穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路，導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過(guò)接 收機(jī)中的天線、射頻前端，AD轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)，接收機(jī)中的信號(hào)跟蹤通道有η條， 每條信號(hào)跟蹤通道包括一個(gè)數(shù)字控制振蕩器、一個(gè)相關(guān)器和一個(gè)鑒別器，數(shù)字中頻信號(hào)和 數(shù)字控制振蕩器生成的本地復(fù)制信號(hào)為信號(hào)跟蹤通道中相關(guān)器的輸入信號(hào)，相關(guān)器對(duì)各輸 入信號(hào)進(jìn)行相干積分處理，得到各輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，相關(guān)值輸入鑒別器，鑒別器將各 通道的鑒別誤差結(jié)果輸出給穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路，穩(wěn)健矢量跟蹤環(huán)路根據(jù)鑒別誤差結(jié)果以及 當(dāng)前時(shí)刻接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參數(shù)，生成各條信號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器 中的頻率控制字，各條信號(hào)跟蹤通道中的本地復(fù)制信號(hào)的載波頻率和偽碼頻率通過(guò)各條信 號(hào)跟蹤通道中數(shù)字控制振蕩器中的頻率控制字控制。
【文檔編號(hào)】G01S19/24GK105954772SQ201610320934
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】林紅磊, 黃仰博, 唐小妹, 孫廣福, 王勇, 李蓬蓬, 李垣陵, 蘇印雪
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)