一种用于GNSS信号的多速率组合卡尔曼载波跟踪环路及方法

摘要

本发明属于导航接收机设备研制领域，涉及一种用于GNSS导航接收机信号跟踪的多速率卡尔曼载波跟踪环路及方法。该方法步骤为：步骤1，使GNSS信号依次经过接收机中的天线、射频前端、AD转换器后转变为数字中频信号r(t)；步骤2，本地载波生成装置NCO产生频率控制字为f_NCO的两路信号，分别为同相信号s_I(t)和正交信号s_Q(t)，本地伪码生成装置产生导频支路伪码信号c_p(t)和数据支路伪码信号c_d(t)；步骤3，相关器进行相关处理；步骤4，鉴别器处理；步骤5，多更新速率卡尔曼滤波器MUKF进行滤波处理，将滤波结果反馈至载波生成装置中用于更新频率控制字f_NCO。本发明还提供了一种用于GNSS信号跟踪的多更新速率卡尔曼跟踪环路，本发明解决了两种以上不同更新速率载波环路的组合问题。

主权项

一种用于GNSS信号跟踪的多更新速率卡尔曼载波跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，接收到的GNSS信号依次经过接收机中的天线、射频前端、AD转换器后转变为数字中频信号r(t)；步骤2，本地载波生成装置NCO(NCO:Numerically Controlled Oscillator)产生频率控制字为f_NCO的两路信号，分别为同相信号s_I(t)和正交信号s_Q(t)，具体为：s_I(t)＝cos(2πf_NCO·t)s_Q(t)＝‑sin(2πf_NCO·t)本地伪码生成装置产生导频支路伪码信号c_p(t)和数据支路伪码信号c_d(t)；将数字中频信号分为相同的两路信号，一路信号与同相信号相乘混合为s_I(t)·r(t)，再分别与导频支路伪码信号、数据支路伪码信号相乘混合后，得到信号为s_I(t)·c_p(t)·r(t)、s_I(t)·c_d(t)·r(t)；另一路信号与正交信号相乘混合为s_Q(t)·r(t)，再分别与导频支路伪码信号、数据支路伪码信号相乘混合后，得到信号为s_Q(t)·c_p(t)·r(t)、s_Q(t)·c_d(t)·r(t)；步骤3，相关器进行相关处理，设定相干积分时间为T_c，对所述步骤2中的信号s_I(t)·c_p(t)·r(t)、s_Q(t)·c_p(t)·r(t)、s_I(t)·c_d(t)·r(t)、s_Q(t)·c_d(t)·r(t)分别进行相关处理得到输出信号分别为I_p,k，Q_p,k，I_d,k，Q_d,k，其中下标k表示跟踪环路中第k个跟踪历元，每个历元对应的时长为T_c，故输出信号的积分区间为(k‑1)·T_c到k·T_c，具体结果如下：$I_{p,k}={\int }_{\left(k-1\right)·T_c}^{k·T_c}{s}_I\left(t\right)·c_p\left(t\right)·r\left(t\right)dt$$Q_{p,k}={\int }_{(k-1)·T_c}^{k·T_c}{s}_Q\left(t\right)·c_p\left(t\right)·r\left(t\right)dt$$I_{d,k}={\int }_{\left(k-1\right)·T_c}^{k·T_c}{s}_I\left(t\right)·c_d\left(t\right)·r\left(t\right)dt$$Q_{d,k}={\int }_{(k-1)·T_c}^{k·T_c}{s}_Q\left(t\right)·c_d\left(t\right)·r\left(t\right)dt$步骤4，鉴别器处理，鉴别器包括数据支路鉴相器(记为第一鉴别器)，导频支路鉴相器(记为第二鉴别器)，导频支路鉴频器(记为第三鉴别器)，所述步骤3中的相关器输出信号I_d,k，Q_d,k输入第一鉴别器，经第一鉴别器处理后输出为ε_d,θ,k；相关器输出信号I_p,k分别输入第二鉴别器和第三鉴别器，相关器输出信号Q_p,k分别输入第二鉴别器和第三鉴别器，经第二鉴别器和第三鉴别器处理后分别输出为ε_p,θ,k和ε_p,f,k；具体各输出计算过程为：${ϵ}_{d,\theta ,k}=atan(\underset{i=k-N_{d,\theta }+1}{\overset{k}{\Sigma }}{Q}_{d,i}/\underset{i=k-N_{d,\theta }+1}{\overset{k}{\Sigma }}{I}_{d,i})$${ϵ}_{p,\theta ,k}=atan2(\underset{i=k-N_{p,\theta }+1}{\overset{k}{\Sigma }}{Q}_{p,i},\underset{i=k-N_{p,\theta }+1}{\overset{k}{\Sigma }}{I}_{p,i})$${ϵ}_{p,f,k}=\frac{atan2(I_1{Q}_2-Q_1{I}_2,I_1{I}_2+Q_1{Q}_2)}{N_{p,f}·T_c}$其中$I_1=\underset{i=k-2·N_{p,f}+1}{\overset{k-N_{p,f}}{\Sigma }}{I}_{p,i}$$I_2=\underset{i=k-N_{p,f}+1}{\overset{k}{\Sigma }}{I}_{p,i}$$Q_1=\underset{i=k-2·N_{p,f}+1}{\overset{k-N_{p,f}}{\Sigma }}{Q}_{p,i}$$Q_2=\underset{i=k-N_{p,f}+1}{\overset{k}{\Sigma }}{Q}_{p,i}$其中，N_d,θ，N_p,θ，N_p,f分别表示三个鉴别器的相干积累次数；步骤5，多更新速率卡尔曼滤波器MUKF(MUKF:Multiple Update‑rate Kalman Filter)进行滤波处理，将滤波结果反馈至载波生成装置中用于更新频率控制字f_NCO。