一种gnss接收机的信号跟踪算法
【专利摘要】本发明公开了一种GNSS接收机的信号跟踪算法，其采用锁频/锁相级联跟踪环路可以克服锁相环失锁的问题，锁相环失锁后由锁频环辅助快速恢复，并设计环路滤波器复位方案将环路滤波器输出值与上时刻多普勒观测值间的误差控制在较小的范围，加速了锁相环从失锁状态中恢复的速度；此外，本发明依据信号环境在矢量跟踪环与标量跟踪环间自动切换，以便提高接收机的可用性和动态性能。无论在低信噪比还是因遮挡导致的信号短暂中断情况下，本发明接收机的性能都不低于普通GNSS接收机，且可避免某一颗卫星信号故障或干扰导致的累积误差对其它卫星信号处理通道的影响，提高系统稳定性和定位输出的可靠性。
【专利说明】一种GNSS接收机的信号跟踪算法
【技术领域】
[0001]本发明属于导航定位【技术领域】，具体涉及一种GNSS接收机的信号跟踪算法。
【背景技术】
[0002]卫星导航定位系统(GNSS)是一种以卫星为基础的无线电导航系统，能为陆、海、空的各类载体提供全天候、不间断、高精度、实时导航定位服务，已经应用于国民经济与日常生活的各个领域，如地面交通监管、飞机与船舶导航、精密受时、大地测量等。目前，全球范围内研发最早、应用最早的卫星定位系统GPS系统在我国已得到广泛应用，我国正在自主研发全球卫星定位系统BDS (北斗二代)，该系统2012年底已经在我国及其周边地区提供定位服务。因此，卫星导航接收机技术必将成为国内未来一段时间内的研究和应用热点。特别是在现阶段，我国正在大力发展北斗卫星导航系统，需要持续加强北斗基础核心芯片及模块产品的研发力度，掌握自主知识产权。在此背景下，研究设计适用于各种环境和应用下的GNSS信号捕获跟踪算法，进一步提高GNSS接收机性能，有助于推广我国自主研发的北斗卫星导航系统的应用，因而具有重要意义。
[0003]在矢量跟踪GNSS接收机中，某通道卫星信号误差较大或干扰较明显，误差会扩散到其他通道，最终导致定位误差较大或环路失锁。特别的，GNSS信号到达地面接收机时已相当微弱，比接收机内部热噪声低20?30dB，因而，上述情况会经常出现。而且，GNSS矢量跟踪接收机的定位精度较普通GNSS接收机的高，特别是在多系统并存的情况下，矢量跟踪接收机的优势更为明显。
[0004]J.J.Spilker最早提出了矢量跟踪环路的概念，2004年起的近10年内，GNSS接收机矢量跟踪技术及基于矢量跟踪的GNSS/INS (惯性导航系统)超紧组合导航技术受到极大的关注，斯坦福大学、Calgary大学、Draper实验室等争相开始上述研究。国外已有实时矢量环接收机的实验室产品，未见矢量环接收机的应用报道，国内尚未见实验样机的报道。矢量跟踪接收机的线性建模技术研究始于2007年前后，Bhattacharyya和DemozGebre-Egziabher于2010年发表的文章中，详细推导了矢量环路包括VDFLL(矢量延迟/频率锁定环)的离散参数模型和传递函数模型。针对常用的VDFLL，当跟踪环的相位误差变大时会造成较大的多普勒测量误差，这是FLL (锁频环)的缺陷，但是，FLL跟踪载波频率的范围宽，即FLL跟踪范围宽但跟踪精度低。
【发明内容】
[0005]针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种GNSS接收机的信号跟踪算法，能够克服GNSS矢量跟踪接收机易受导航解算影响而可靠性较低、某颗卫星的较大误差易于影响其他卫星信号通道的跟踪精度等弊端，提高GNSS接收机定位输出的可靠性和定位精度等性能。
[0006]一种GNSS接收机的信号跟踪算法，如下:
[0007]确定GPS信号采用矢量跟踪环或标量跟踪环进行信号跟踪；若GPS信号采用矢量跟踪环，则其载波跟踪的具体实现方法如下:
[0008](I)使GPS信号的载波和伪码分别与当前本地信号的载波和伪码相乘，对应得到载波差频信号和伪码差频信号；从所述的载波差频信号的同相分量中提取出导航电文；
[0009](2)根据所述的载波差频信号和伪码差频信号进行鉴相运算得到GPS信号与当前本地信号的伪码相位差和载波相位差；
[0010](3)对所述的载波相位差进行环路滤波并输出GPS信号与当前本地信号的载波频率差；使前一时刻的多普勒观测值与所述的载波频率差相加，得到当前时刻的多普勒观测值fd;
[0011](4)将滤波后的伪码相位差和多普勒观测值fd分别转换为伪距差和伪距率误差，进而对伪距差和伪距率误差进行导航滤波以输出GNSS接收机的PVT (位置-速度-时间)
误差息；
[0012](5)根据所述的PVT误差信息计算得到当前时刻伪码相位及载波频率的误差估计值，进而根据该误差估计值或滤波后的载波相位差对当前本地信号的相位进行调整，以生成下一时刻的本地信号。
[0013]本发明矢量跟踪与标量跟踪间可自由切换，具体根据以下切换机制确定GPS信号采用矢量跟踪环或标量跟踪环进行信号跟踪:
[0014]若同时满足以下条件，则使GPS信号切换至矢量跟踪环进行信号跟踪；否则，则使GPS信号切换至标量跟踪环进行信号跟踪；
[0015]ο pll〈3 σ ρ 3 σ DLL〈d
[0016]
【权利要求】
1.一种GNSS接收机的信号跟踪算法，其特征在于: 确定GPS信号采用矢量跟踪环或标量跟踪环进行信号跟踪；若GPS信号采用矢量跟踪环，则其载波跟踪的具体实现方法如下: (1)使GPS信号的载波和伪码分别与当前本地信号的载波和伪码相乘，对应得到载波差频信号和伪码差频信号；从所述的载波差频信号的同相分量中提取出导航电文； (2)根据所述的载波差频信号和伪码差频信号进行鉴相运算得到GPS信号与当前本地信号的伪码相位差和载波相位差； (3)对所述的载波相位差进行环路滤波并输出GPS信号与当前本地信号的载波频率差；使前一时刻的多普勒观测值与所述的载波频率差相加，得到当前时刻的多普勒观测值fd ； (4)将滤波后的伪码相位差和多普勒观测值fd分别转换为伪距差和伪距率误差，进而对伪距差和伪距率误差进行导航滤波以输出GNSS接收机的PVT误差信息； (5)根据所述的PVT误差信息计算得到当前时刻伪码相位及载波频率的误差估计值，进而根据该误差估计值或滤波后的载波相位差对当前本地信号的相位进行调整，以生成下一时刻的本地信号。
2.根据权利要求1所述的信号跟踪算法，其特征在于:GPS信号的信号跟踪可在矢量跟踪与标量跟踪间自由切换，具体根据以下切换机制确定GPS信号采用矢量跟踪环或标量跟踪环进行/[目号跟踪: 若同时满足以下条件，则使GPS信号切换至矢量跟踪环进行信号跟踪；否则，则使GPS信号切换至标量跟踪环进行信号跟踪；
3.根据权利要求1所述的信号跟踪算法，其特征在于:所述的载波跟踪采用锁相与锁频相结合的级联锁相环，即当GPS信号载波锁相环跟踪发生环路失锁后，切换采用锁频环跟踪，具体实现方法如下: Al.使GPS信号的载波与当前本地信号的载波相乘后积分，得到载波差频信号； Α2.根据所述的载波差频信号进行鉴频运算，得到GPS信号与当前本地信号的载波频率差; A3.对所述的载波频率差进行前置滤波，并使前一时刻的多普勒观测值与滤波后的载波频率差相加，得到当前时刻的多普勒观测值fd ; A4.将所述的多普勒观测值fd转换为伪距率误差，对所述的伪距率误差以及GPS信号伪码跟踪得到的伪距差进行导航滤波以输出GNSS接收机的PVT误差信息； A5.根据所述的PVT误差信息计算得到当前时刻伪码相位及载波频率的误差估计值，进而根据该误差估计值对当前本地信号的相位进行调整，以生成下一时刻的本地信号。
4.根据权利要求1所述的信号跟踪算法，其特征在于:当GPS信号载波锁相环跟踪发生环路失锁或者相位锁定指示器的输出大于预设的门限值时，对环路滤波进行复位。
5.根据权利 要求3所述的信号跟踪算法，其特征在于:所述的锁频环由鉴频器-前置滤波器-导航滤波器-载波NCO-鉴频器组成环路。
【文档编号】G01S19/23GK103809191SQ201410064269
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】高法钦 申请人:浙江理工大学