一种基于扩维srukf的高动态boc扩频信号载波跟踪方法
【专利摘要】本发明请求保护一种基于扩维SRUKF的高动态BOC扩频信号载波跟踪方法，属于导航【技术领域】。该方法首先将捕获到的BOC信号经过相位旋转和积分清零得到同相支路和正交支路两路信号，其次对两路信号进行叉积点积鉴频运算，然后根据得到的运算结果，建立扩维SRUKF模型，并以此来估计信号载波频率及其导数，最后根据得到的估计结果调整本地NCO。现有的载波跟踪方法需要单独对观测噪声和过程噪声方差进行估计，而该方法通过扩维，即可实现对二者的估计，因此大大降低跟踪环路的复杂度，进而提高了环路的跟踪速度和准确度。
【专利说明】一种基于扩维SRUKF的高动态BOC扩频信号载波跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于导航信号跟踪【技术领域】，涉及一种基于扩维SRUKF的高动态BOC扩频 信号载波跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 二进制偏移载波（BOC)调制是卫星导航领域中一种新型的扩频信号调制方式，目 前已经被GPS的LlC和Galileo的E2+L1A+E1，以及我国的北斗导航定位系统所采用。导航 定位接收机一般工作在高动态环境下，其载体与接收机之间不可避免的会存在较大的相对 速度和加速度，甚至加加速度，导致接收信号在载频上引起很大的多普勒频移及其高阶导 数。这使得导航定位接收机对BOC调制信号的载波跟踪精度大大降低，严重的甚至导致跟 踪环路失锁。因此研宄高动态BOC扩频信号的载波跟踪具有重要的现实意义。
[0003] 目前，对于高动态载波跟踪环的研宄有很多，且每种方法都有自己的优缺点。其 中应用最多的是锁相环与锁频环相结合的跟踪技术，但是该方法鉴频范围比较窄，不适合 大频偏的情况。纪新春等在Costas锁相环的基础上引入模糊控制器，并用二维线性插值 算法消除量化误差，从而使环路能够快速跟踪的动态变化并提高跟踪精度。田甜等提出了 一种基于扩展卡尔曼滤波的载波跟踪环路，但是该方法存在线性化误差大、难于计算雅克 比矩阵等缺点。（参考文献：纪新春，王新龙.一种模糊智能高动态GPS载波跟踪环路设计 [J].航空兵器，2012,（6):28-33.田甜，安建平，王爱华.高动态环境下无数据辅助的扩 展Kalman滤波载波跟踪环[J].电子与信息学报，2013, 35 (1) : 63-67.)
【发明内容】
[0004] 针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种提高导航定位接收机对 BOC信号的动态跟踪精度的高动态BOC扩频信号载波跟踪方法，本发明的技术方案如下：一 种基于扩维SRUKF的高动态BOC扩频信号载波跟踪方法，其包括以下步骤：
[0005] 101、获取二进制偏移载波BOC调制信号，将BOC调制信号分成两路BOC调制信号， 然后分别与由数控振荡器NCO产生的两路正交的本地载波信号相叠加形成叠加信号I和 II，并将叠加信号I和II均经过积分清零处理得到同相支路和正交支路两路信号；
[0006] 102、对同相支路和正交支路两路信号进行叉积点积鉴频运算得到新的两路信 号；
[0007] 103、根据步骤102得到的信号建立观测模型和系统状态模型，然后应用扩维平方 根无迹卡尔曼滤波SRUKF法来估计BOC调制信号的载波相位、多普勒频率、多普勒频率变化 率及其导数；
[0008] 104、将步骤103得到得到载波多普勒频率及其导数的估计值经过环路滤波器后， 对本地NCO进行调整以补偿状态频率估计偏差，以此信号频率进行载波跟踪。
[0009] 进一步的，步骤101中的BOC调制信号复数形式的信号模型^⑴表示为
【权利要求】
1. 一种基于扩维SRUKF的高动态BOC扩频信号载波跟踪方法，其特征在于包括以下步 骤： 101、 获取二进制偏移载波B0C调制信号，将B0C调制信号分成两路B0C调制信号，然后 分别与由数控振荡器NC0产生的两路正交的本地载波信号相叠加形成叠加信号I和II，并 将叠加信号I和II均经过积分清零处理得到同相支路和正交支路两路信号； 102、 对同相支路和正交支路两路信号进行叉积点积鉴频运算得到新的两路信号； 103、 根据步骤102得到的信号建立观测模型和系统状态模型，然后应用扩维平方根无 迹卡尔曼滤波SRUKF法来估计B0C调制信号的载波相位、多普勒频率、多普勒频率变化率及 其导数； 104、 将步骤103得到得到载波多普勒频率及其导数的估计值经过环路滤波器后，对本 地NC0进行调整以补偿状态频率估计偏差，以此信号频率进行载波跟踪。
2. 根据权利要求1所述的基于扩维SRUKF的高动态B0C扩频信号载波跟踪 方法，其特征在于：步骤101中的B0C调制信号复数形式的信号模型&⑴表示为
其中，(^表示的是周期为T的CA码的第i个码片符号，cie{-1，1}，T。表示一个CA码 的码片宽度，d(t)表示数据位，
表示副载波，N为调制阶数， Ts=I/N表示副载波码片宽度，pa (t)表示持续时间为a的脉冲，hi表示第1个副载波码 片符号，{-1，1}。
3. 根据权利要求1或2所述的基于扩维SRUKF的高动态B0C扩频信号载波跟 踪方法，其特征在于：步骤101中的同相支路Ik和正交支路Qk两路信号的表达式为：
式中，P代表信号功率与噪声功率的比值；dk代表第k个T时间段内的导航信息；R( ?) 代表伪码序列自相关函数；Pk代表伪码相位估计误差；T代表采样周期；SCk表示副载波， /和6分别代表经过本地信号调整后，第k个T时间段内的平均残留频率和残留相位；nx 和nQ分别代表零均值、方差为1的高斯白噪声，且二者互不相关。
4. 根据权利要求1所述的基于扩维SRUKF的高动态B0C扩频信号载波跟踪方法，其特 征在于：步骤103中得到的信号的系统模型表示为：
式中，Xk和Z￡分别表示k时刻的状态向量和观测向量，h(?)为非线性函数，A为状态 转移矩阵，U为过程噪声向量，V为观测噪声向量。
5. 根据权利要求1所述的基于扩维SRUKF的高动态B0C扩频信号载波跟踪方法，其特 征在于：步骤103中的扩维SRUKF对B0C调制信号的载波相位、频率、频率变化率及其导数 进行估计的具体步骤为： A、 状态初始化； B、 计算sigma点及权值，生成新的sigma点集并进行加权处理； C、 时间更新； D、 测量更新； E、 滤波更新，并判断是否所有点已经估计完，若是，则得出载波相位、频率、频率变化率 及其导数的估计值；否则继续返回步骤B。
【文档编号】G01S19/29GK104483683SQ201410709162
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】张天骐, 张亚娟, 张刚, 徐昕 申请人:重庆邮电大学