GNSS接收机极弱信号的跟踪方法技术

本发明专利技术提出的一种GNSS接收机极弱信号的跟踪方法，旨在提供一种信号极弱情况下的GNSS接收机快速精确跟踪方法。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：首先，GNSS数字中频信号与载波环所复制的载波信号进行混频相乘；I支路与Q支路的混频结果分别与码环所复制的超前、即时和滞后C/A码进行相关运算，并将输出的六路相关结果分别送入六路积分-清除器；再将六路积分-清除器输出的六路相干积分值送入容积卡尔曼滤波器进行相关参数的估计；最后，将相应的估计值分别送入码环滤波器和载波环滤波器进行滤波，经滤波后，分别反馈至载波数控振荡器和C/A码数控振荡器，进而实现载波相位和载波频率、码相位和码频率的实时调节，最终实现GNSS信号的快速精确跟踪。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出的一种GNSS接收机极弱信号的跟踪方法，旨在提供一种信号极弱情况下的GNSS接收机快速精确跟踪方法。本专利技术通过下述技术方案予以实现：首先，GNSS数字中频信号与载波环所复制的载波信号进行混频相乘；I支路与Q支路的混频结果分别与码环所复制的超前、即时和滞后C/A码进行相关运算，并将输出的六路相关结果分别送入六路积分-清除器；再将六路积分-清除器输出的六路相干积分值送入容积卡尔曼滤波器进行相关参数的估计；最后，将相应的估计值分别送入码环滤波器和载波环滤波器进行滤波，经滤波后，分别反馈至载波数控振荡器和C/A码数控振荡器，进而实现载波相位和载波频率、码相位和码频率的实时调节，最终实现GNSS信号的快速精确跟踪。【专利说明】GNSS接收机极弱信号的跟踪方法
本专利技术涉及一种GNSS接收机极弱信号的跟踪方法，该方法主要用于室内、隧道以及静止轨道和HEO卫星等所接收的导航信号较弱的环境下，GNSS接收机的实时、精确快速跟踪。
技术介绍
全球卫星导航系统GNSS已经在全世界范围内得到了广泛的应用，但是当GNSS接收机工作在室内，密集城区等各种信号条件恶劣的复杂信道环境中时，GNSS信号功率会受到严重衰减，信号幅度和相位也会受到多径衰落的影响变化剧烈，接收信噪比将会严重恶化，普通的GNSS接收机将难以正确的捕获和跟踪导航卫星信号。由于直接序列扩频信号具有高隐蔽性和抗截获、干扰能力强等优点，载噪比C/N0低于35dB/Hz微弱信号十分常见。GNSS接收机实现导航定位的基础是通过对接收到的卫星信号进行一系列的信号处理，进而提取出相应的导航参数。其信号处理过程一般包括以下几个阶段，即捕获、跟踪、位同步以及帧同步。在信号跟踪阶段，信号通道从捕获阶段获得的对当前卫星信号载波频率和码相位的粗略估计值出发，通过跟踪环路逐步精细对两个信号参量的估计，同时输出对信号各种GNSS测量值。GNSS跟踪环路包括两个基本环路，即码环与载波环。传统的载波环路采用标准延迟锁定环路(DLL)和锁相环(PLL)来实现，虽然其鲁棒性较好，但是其中的鉴别器存在非线性因素，以及信号相位的动态变化，使得锁定环路在信号极弱的情况下(即载噪比较低)，极容易出现接收机的信号失锁。标准DDL与PLL跟踪环路在载噪比较低的情况下容易出现失锁甚至无法有效锁定的问题。为此一些学者提出了采用扩展卡尔曼滤波来实现弱信号的跟踪，但是该方法存在两方面的不足，其一，扩展卡尔曼滤波算法的线性化模型不准确，算法模型中系数计算复杂，参数估计累积误差大，且需计算较为复杂的雅克比矩阵；其二，通过对非线性系统的线性化来实现状态估计，因此其估计精度较低，甚至会出现发散。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种跟踪能力强，跟踪精度高，无需计算雅克比矩阵，在信号极弱的情况下，能够实时跟踪极弱信号小的快速精度跟踪方法，以解决传统(标准DDL与PLL)跟踪环路在载噪比较低的情况下容易出现失锁甚至无法有效锁定的问题。本专利技术解决现有技术问题所采用的方案是:一种GNSS接收机极弱信号跟踪方法，其特征在于包括如下步骤:在GNSS接收机跟踪电路中，首先，将通过混频器的GNSS数字中频信号sIF (η)，在I支路上与正弦复制载波相乘，在Q支路上与余弦复制载波相乘；然后将I支路与Q支路的混频相乘结果分别与码环所复制的超前、即时和滞后C/A码进行相关运算，将相关运算输出的多路相关结果分别送入多路积分-清除器进行相干积分；再将多路积分-清除器输出的多路相干积分值送入容积卡尔曼滤波器进行相关参数的估计；最后，将相应的估计值分别送入码环滤波器和载波环滤波器进行滤波，经滤波后，分别反馈至载波数控振荡器和C/A码数控振荡器，进而实现载波相位和载波频率、码相位和码频率的实时调节，最终实现GNSS信号的跟踪。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果:(I)跟踪能力强。本专利技术将六路相干积分值送入容积卡尔曼滤波器进行相关参数的估计，估计结果分别经过码环滤波器和载波环滤波器进行滤波，滤波后，分别作为C/A码数控振荡器与载波数控振荡器的输入，实现载波频率与相位、码频率与相位的快速精确跟踪。相比于传统的跟踪环路，该方法能够实现极弱信号小的实时跟踪。(2)跟踪精度高。本专利技术码环通过其内部的码发生器复制一个与接收信号中的C/A码相一致的C/A码序列，然后两者做相关运算，已实现剥离GNSS接收信号中的C/A码，同时也提高了原本淹没在噪声中的GNSS信号的信噪比。而载波环则是通过载波环路尽力地使其复制的载波信号与与接收到的卫星载波信号保持一致，从而通过混批机制彻底地剥离卫星信号中的载波。载波环与码环之间通过有机结合，相互支持，共同完成对信号的跟踪和测量。相比于基于扩展卡尔曼滤波的跟踪环路，其跟踪精度较高，且无需计算雅克比矩阵。提出的基于容积卡尔曼滤波的GNSS弱信号跟踪方法，相比于现有技术，本专利技术容积卡尔曼滤波不仅不需要计算雅克比矩阵，而且其滤波精度较高。【专利附图】【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术基于容积卡尔曼滤波器的GNSS接收机跟踪原理框图。图2为图1中容积卡尔曼滤波器工作原理框图。【具体实施方式】参阅图1。本专利技术的跟踪环路如图1所示，其中的容积卡尔曼滤波器通过图2所示的工作流程来实现。首先，将通过混频器的GNSS数字中频信号与载波环所复制的载波信号进行混频相乘，其中sIF (η)在I支路上与正弦复制载波相乘，在Q支路上与余弦复制载波相乘；然后将I支路与Q支路的混频相乘结果分别与码环所复制的超前、即时和滞后C/A码进行相关运算，将相关运算输出的多路相关结果分别送入多路积分-清除器进行相干积分值；再将多路相干积分值送入容积卡尔曼滤波器进行相关参数的估计；最后，将相应的估计值分别送入码环滤波器和载波环滤波器进行滤波，经滤波后，分别反馈至载波数控振荡器和C/A码数控振荡器，实现载波相位和载波频率、码相位和码频率的实时调节，跟踪GNSS信号。本实施例所述的多路可以是六路，六路积分-清除器是本专利技术的最佳实施例。(I) GNSS数字中频信号sIF (η)分别与两路相位差异90°的载波环复制载波信号进行混频处理，其中GNSS数字中频信号SlF(η)表示为如下所示:y (tn) = A (tn) C (tn- τ (tn)) D (tn_ τ (tn)) sin (wIFtn_ Φ (tn)) +Vn式中:tn表示离散采样时刻；y(tn)表示数字中频信号sIF(n) ；A(tn)表示载波的幅值；C(tn)表示卫星所播发的C/A码，D (tn)表示卫星所发送的数据码，且两者的电平值只可能是±1 ; τ (tn)表示信号的传播时延；wIF表示数字中频角频率；Φ (tn)表示信号的载波相位；Vn表不均值为零的闻斯白噪声序列。(2)1支路与Q支路的混频结果分别与码环所复制的超前、即时和滞后C/A码进行相关运算，即:【权利要求】1.一种GNSS接收机极弱信号跟踪方法，其特征在于包括如下步骤:在GNSS接收机跟踪电路中，首先，将通过混频器的GNSS数字中频信号sIF (η)，在I支路上与正弦复制载波相乘，在Q支路上与余弦复制载波相乘；然后将I支路与Q支路的混频相乘结果分别与码环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GNSS接收机极弱信号跟踪方法，其特征在于包括如下步骤：在GNSS接收机跟踪电路中，首先，将通过混频器的GNSS数字中频信号sIF(n)，在I支路上与正弦复制载波相乘，在Q支路上与余弦复制载波相乘；然后将I支路与Q支路的混频相乘结果分别与码环所复制的超前、即时和滞后C/A码进行相关运算，将相关运算输出的多路相关结果分别送入多路积分‑清除器进行相干积分；再将多路积分‑清除器输出的多路相干积分值送入容积卡尔曼滤波器进行相关参数的估计；最后，将相应的估计值分别送入码环滤波器和载波环滤波器进行滤波，经滤波后，分别反馈至载波数控振荡器和C/A码数控振荡器，进而实现载波相位和载波频率、码相位和码频率的实时调节，最终实现GNSS信号的跟踪。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峻巍，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51