一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路制造技术

本发明专利技术公开了一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路，用于解决GNSS卫星导航接收机信号快速牵引和定位问题。技术方案通过对码环鉴相器的平滑滤波输出和牵引时间计时，利用环路参数控制器自适应地调整伪码延迟锁定环路的噪声带宽。在环路的牵引初始阶段，选择较宽的带宽实现环路快速震荡和收敛；初始牵引完成后，通过鉴相误差的大小对环路滤波器的带宽自适应调节，使环路完成稳定和精确跟踪。本发明专利技术克服了现有固定带宽伪码跟踪环路高跟踪精度和快速收敛的矛盾，实现了在不降低环路稳态跟踪精度的前提下加快环路收敛速度。

【技术实现步骤摘要】
一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路
本专利技术属于卫星导航
，特别是涉及一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路。
技术介绍
随着全球卫星导航系统GNSS的建设和GNSS接收机的广泛应用，用户对GNSS接收机的连续定位能力提出了越来越高的要求。但是，在城市、丛林、山谷等复杂环境应用中，卫星信号经常受到短时遮挡，因此失锁后的快速重定位技术成为了GNSS接收机的研究热点之一。对于短时信号遮挡，GNSS接收机可以采用码相位预测的方法完成信号的快速捕获，但是从捕获完成通常伪码误差为0.5码片到伪码跟踪环路稳定通常伪码误差小于0.02码片的时间仍是制约定位恢复的主要因素。对于实现伪码跟踪的延迟锁定环路DLL来说，噪声带宽是环路的重要设计参数之一。较宽的环路带宽能够使环路快速收敛和稳定，但是稳定跟踪后存在较大的环路跟踪误差；反之，较窄的环路带宽有助于滤除环路中的噪声，能够保证更高的环路跟踪精度，但是却需要较长的稳定时间。由此可见，在传统的固定带宽的码跟踪环路设计中，降低环路跟踪误差和提升环路收敛速度的要求相互矛盾。文献“BandwidthOptimizationofCarrier/CodeTrackingLoopsinGPSReceiver[ResearchGate,Availablefrom:wei-lungMao,Retrievedon:21November2016]”中认为，适应正常定位和动态需求的最优码环带宽应为4.556Hz到2.4283Hz，然而在这种带宽下的码环收敛时间通常为1秒或更长，导致GNSS接收机无法满足失锁后的快速重定位的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的为了克服现有技术的不足，提供一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路。通过码环鉴相器的输出和牵引时间计时，自适应地调整伪码延迟锁定环路的噪声带宽，有效地实现了码环牵引过程的快速稳定和精确跟踪。本专利技术采用的技术方案为：一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路，包括本地伪码产生器1、相关器2、鉴相器3、牵引时间计时器4、平滑滤波器5、环路参数控制器6、环路滤波器7和数控振荡器8；本地伪码产生器1用于根据本地伪码时钟生成间隔不超过半个码片的超前、即时和滞后三组本地伪码序列，并将超前和滞后两组本地伪码序列发送至相关器2；相关器2用于将载波剥离的I支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，将载波剥离的Q支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，得到I、Q支路的超前和滞后两组相关结果，将超前和滞后两组相关结果发送至鉴相器3；鉴相器3用于分别对I、Q支路的超前和滞后两组相关结果进行相位差异分析，得到本地伪码序列与卫星信号的相位差异，将相位差异分别发送至平滑滤波器5和环路滤波器7；平滑滤波器5用于对相位差异进行平滑滤波，得到稳定的相位误差结果，将相位误差结果发送至环路参数控制器6；牵引时间计时器4用于在环路参数控制器6的控制下开启或关闭，还用于在开启时完成从环路同步开始的时间累积，将时间累积结果发送至环路参数控制器6；环路参数控制器6用于建立环路噪声带宽参数查找表，并根据时间累积结果和相位误差结果从表格中选择噪声带宽参数对环路滤波器7进行设置；环路滤波器7用于对相位差异进行滤波，得到本地伪码与卫星信号之间的相位偏差，将相位偏差发送至数控振荡器8；数控振荡器8用于利用环路滤波器7输出的相位偏差，调整本地伪码NCO控制字，产生本地伪码时钟，将本地伪码时钟发送至本地伪码产生器1。其中，环路参数控制器6包括环路带宽查找表601、初始牵引控制器602和自适应带宽控制器603；环路带宽查找表601用于选择N个环路带宽预选值，记为BL1、BL2、…、BLN；并对每个环路带宽预选值进行环路滤波器7的参数计算，将计算结果以表格的形式进行存储；所述的N≥4；初始牵引控制器602用于在环路初始时控制牵引时间计时器4开启，并设定初始牵引时间T；当牵引时间计时器4的时间累积结果小于T时，从环路带宽查找表601中选择噪声带宽BLstart进行环路滤波器7的参数计算，并设置环路滤波器7；还用于当牵引时间计时器4的时间累积结果大于T时，关闭牵引时间计时器4；所述的BLstart≥30Hz；所述的初始牵引时间T大于等于平滑滤波器5的初始化时间且大于等于带宽为BLstart的环路滤波器7完成一次震荡的时间；自适应带宽控制器603用于在牵引时间计时器4关闭后，利用平滑滤波器5输出的相位误差结果，依据误差大带宽宽和误差小带宽窄的原则，从环路带宽查找表601中实时地选择噪声带宽进行环路滤波器7的参数计算，并设置环路滤波器7。其中，环路带宽查找表601中环路带宽预选值按照从小到大的顺序排列，且任意两个相邻环路带宽预选值的差异大于等于30％，即BL(k-1)×130％≤BLk，其中，BL(k-1)和BLk分别为排序后的第k-1个和第k个环路带宽预选值；预选值中的最大值大于等于30Hz，最小值小于等于5Hz。其中，自适应带宽控制器603中利用平滑滤波器5输出的相位误差结果δ，从环路带宽查找表601中实时选择的噪声带宽BLk满足以下条件：a)当δ＞0.02时，噪声带宽为BLk的伪码延迟锁定环路在信号稳定跟踪后，鉴相器3输出的相位差异的2σ误差小于δ；且平滑滤波器5输出的鉴相误差收敛到小于δ的时间小于等于100ms；b)当δ≤0.02时，噪声带宽为BLk的伪码延迟锁定环路在信号稳定跟踪后，鉴相器3输出的相位差异的2σ误差小于等于0.02。本专利技术的有益效果是：自适应伪码延迟锁定环路能够调整环路滤波器的噪声带宽，在环路的牵引初始阶段，由于相位误差较大，选择较宽的带宽进行设计，实现环路快速震荡和收敛；在牵引过程中，随着相位误差逐渐减小，环路滤波器的带宽随之变窄，使环路输出逐渐稳定；达到稳定跟踪状态后，选择较窄的环路带宽，保证伪码跟踪精度达到正常定位和导航需求。克服了现有固定带宽伪码跟踪环路高跟踪精度和快速收敛的矛盾，实现了在不降低环路稳态跟踪精度的前提下加快环路收敛速度。附图说明图1是本专利技术实施例的伪码延迟锁定环路结构示意图；图2是本专利技术实施例的环路参数控制器结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。图1为本专利技术实施例的典型结构示意图，包括本地伪码产生器1、相关器2、鉴相器3、牵引时间计时器4、平滑滤波器5、环路参数控制器6、环路滤波器7和数控振荡器8。本地伪码产生器1用于根据本地伪码时钟生成间隔不超过半个码片的超前、即时和滞后三组本地伪码序列，超前和滞后码序列与即时码序列的间隔为0.5码片，将超前和滞后两组本地伪码序列发送至相关器2；相关器2用于将载波剥离的I支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，将载波剥离的Q支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，得到I、Q支路的超前和滞后两组相关结果(IE、QE、IL、QL)。，将超前和滞后两组相关结果发送至鉴相器3；根据扩频码的自相关和互相关特性，在不考虑噪声的情况下，当超前和滞后相关结果为0时，本地伪码信号与卫星信号准确同步；鉴相器3用于分别对I、Q支路的超前和滞后两组相关结果(IE、QE、IL、QL)进行相位差异分析，鉴相方法使用归一化非相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路，包括本地伪码产生器(1)、相关器(2)、鉴相器(3)、环路滤波器(7)和数控振荡器(8)；其特征在于，还包括牵引时间计时器(4)、平滑滤波器(5)和环路参数控制器(6)；本地伪码产生器(1)用于根据本地伪码时钟生成间隔不超过半个码片的超前、即时和滞后三组本地伪码序列，并将超前和滞后两组本地伪码序列发送至相关器(2)；相关器(2)用于将载波剥离的I支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，将载波剥离的Q支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，得到I、Q支路的超前和滞后两组相关结果，将超前和滞后两组相关结果发送至鉴相器(3)；鉴相器(3)用于分别对I、Q支路的超前和滞后两组相关结果进行相位差异分析，得到本地伪码序列与卫星信号的相位差异，将相位差异分别发送至平滑滤波器(5)和环路滤波器(7)；平滑滤波器(5)用于对相位差异进行平滑滤波，得到稳定的相位误差结果，将相位误差结果发送至环路参数控制器(6)；牵引时间计时器(4)用于在环路参数控制器(6)的控制下开启或关闭，还用于在开启时完成从环路同步开始的时间累积，将时间累积结果发送至环路参数控制器(6)；环路参数控制器(6)用于建立环路噪声带宽参数查找表，并根据时间累积结果和相位误差结果从表格中选择噪声带宽参数对环路滤波器(7)进行设置；环路滤波器(7)用于对相位差异进行滤波，得到本地伪码与卫星信号之间的相位偏差，将相位偏差发送至数控振荡器(8)；数控振荡器(8)用于利用环路滤波器(7)输出的相位偏差，调整本地伪码NCO控制字，产生本地伪码时钟，将本地伪码时钟发送至本地伪码产生器(1)。...

【技术特征摘要】
1.一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路，包括本地伪码产生器(1)、相关器(2)、鉴相器(3)、环路滤波器(7)和数控振荡器(8)；其特征在于，还包括牵引时间计时器(4)、平滑滤波器(5)和环路参数控制器(6)；本地伪码产生器(1)用于根据本地伪码时钟生成间隔不超过半个码片的超前、即时和滞后三组本地伪码序列，并将超前和滞后两组本地伪码序列发送至相关器(2)；相关器(2)用于将载波剥离的I支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，将载波剥离的Q支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，得到I、Q支路的超前和滞后两组相关结果，将超前和滞后两组相关结果发送至鉴相器(3)；鉴相器(3)用于分别对I、Q支路的超前和滞后两组相关结果进行相位差异分析，得到本地伪码序列与卫星信号的相位差异，将相位差异分别发送至平滑滤波器(5)和环路滤波器(7)；平滑滤波器(5)用于对相位差异进行平滑滤波，得到稳定的相位误差结果，将相位误差结果发送至环路参数控制器(6)；牵引时间计时器(4)用于在环路参数控制器(6)的控制下开启或关闭，还用于在开启时完成从环路同步开始的时间累积，将时间累积结果发送至环路参数控制器(6)；环路参数控制器(6)用于建立环路噪声带宽参数查找表，并根据时间累积结果和相位误差结果从表格中选择噪声带宽参数对环路滤波器(7)进行设置；环路滤波器(7)用于对相位差异进行滤波，得到本地伪码与卫星信号之间的相位偏差，将相位偏差发送至数控振荡器(8)；数控振荡器(8)用于利用环路滤波器(7)输出的相位偏差，调整本地伪码NCO控制字，产生本地伪码时钟，将本地伪码时钟发送至本地伪码产生器(1)。2.根据权利要求1所述的一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路，其特征在于，环路参数控制器(6)包括环路带宽查找表(601)、初始牵引控制器(602)和自适应带宽控制器(603)；环路带宽查找表(601)用于选择N个环路带宽预选值，记为BL1、BL2、…、BLN；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘盟超，赵丙风，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13