一种GPS L2C信号跟踪方法

摘要

本发明提出了一种GPS L2C信号跟踪方法。所述方法基于无迹卡尔曼滤波,采用CM码和CL码同时跟踪以降低载波和码跟踪门限，避免能量浪费与精度损失，设置权值系数使其优于任意单独一种CM或CL码跟踪方式；无迹卡尔曼滤波能够降低跟踪计算的复杂度，且具有较高的跟踪灵敏度和精度。本发明方法不但能提高L2C信号在低信噪比环境中的跟踪成功率，且计算复杂度小，运算速度快，为GPS L2C信号在微弱信号条件下的应用提供了条件，具有潜在的经济社会价值，同时也在低信噪比环境下的GPS接收机定位应用领域具有重要意义。

主权项

一种GPS L2C信号跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A，数字中频接收信号生成I和Q两路基带信号，I、Q信号分别与本地CM码信号、CL码信号相关加权累加，其结果分别为I(δ)、Q(δ)，I(δ)、Q(δ)作为量测值输入无迹卡尔曼滤波器UKF；其中I和Q分别表示同相和正交，δ为接收码与本地码的时间偏移；步骤B，无迹卡尔曼滤波器UKF输出平均码相位差Δt_m作为码相位补偿值，Δt_m经码滤波器后反馈至码发生器；同时UKF输出平均载波相位差和载波幅度平均值分别作为载波相位补偿值和标准载波幅度值，和经载波滤波器后反馈至载波数控振荡器；步骤C，Δt_m调节本地码相位至接收信号码相位，调节本地载波相位至接收信号载波相位，作为载波数控振荡器下一CL码导航周期的标准载波幅度值，实现GPS L2C信号的跟踪；步骤B中，所述无迹卡尔曼滤波器UKF，通过构建其状态方程与测量方程，对输入量测值滤波得到接收信号与本地载波的平均载波相位差、平均码相位差和载波幅值平均值，所述状态方程包括载波相位状态方程、码相位状态方程、载波幅值状态方程，具体描述如下：步骤B‑1，载波相位状态方程：其中，为接收信号载波相位与本地载波相位差值；X_ω为接收信号载波多普勒频移差；ΔT为累加时段长度，选为一个CM码周期20ms；为2×1的高斯白噪声序列；m为当前导航数据的索引号；m‑1为上一导航数据的索引号；步骤B‑2，码相位状态方程：其中，t_s为接收机接收的码相位与本地码相位差值；ω_L2为L2C信号的频率；G_ts为随机模拟白噪声序列，方差E[G_ts²]＝ΔTq_ts，其中q_ts为白噪声密度；步骤B‑3，载波幅值状态方程：A_m＝A_m‑1+A_Gm‑1其中，A_m为当前导航数据载波幅值；A_m‑1为上一导航数据载波幅值；为上一白噪声序列幅值；步骤B‑4，测量方程，测量方程是UKF中由输入量测值得到输出量的计算方程，所述滤波器将累加加权值I(δ)、Q(δ)作为量测值，得到一个导航周期20ms内的测量方程；其表达式如下：其中，D_,为导航数据值；它是一个幅度为+l和‑l的矩形脉冲序列，脉冲宽度是20ms；为20ms内载波幅值的平均值；为20ms内载波相位差的平均值；Δt_m为累加时段中点上的码相位差；v_m为一个零均值高斯白噪声序列；定义传递函数R(Δt_m)为相关函数，R_e(Δt_m)为超前减滞后的相关函数，n为20毫秒周期内的采样个数；步骤B‑5，20ms内平均载波相位差为：步骤B‑6，20ms内平均码相位差Δt_m为：${\mathrm{\Delta t}}_m=\frac{{\left(t_s\right)}_m+{\left(t_s\right)}_{m-1}}{2}-t_{\mathrm{midm}}$其中，t_s为接收机接收到的信号码相位与本地码相位差；t_midm为累加时段中点的码相位；步骤B‑7，计算20ms内载波幅度平均值${\bar{A}}_m=A_{m-1}+0.5A_{G_{m-1}}.$