矢量跟踪方法及滤波器技术

本发明专利技术实施例提供了一种矢量跟踪方法以及滤波器，综合利用了各跟踪通道的跟踪的卫星的伪码信息，建立以接收机位置、速度、加速度等信息的目标函数，将不同时刻卫星的伪码信息与接收机的状态变量进行深度融合。使得接收机处于具有噪声的环境中时，其自身的各跟踪通道的载波多普勒频移及伪码相位与其跟踪的卫星信号中的载波多普勒频移及伪码相位保持一致。

【技术实现步骤摘要】
矢量跟踪方法及滤波器
本申请实施例涉及卫星定位
，更具体的涉及矢量跟踪方法及滤波器。
技术介绍
GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)卫星导航系统包括：卫星、接收机，其中，接收机属于用户设备部分，接收机(例如用户的手机终端，车载设备等等)用于接收卫星发射的卫星信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS卫星导航系统中卫星定位接收机的过程包括：实时使接收机各跟踪通道的载波多普勒频移及伪码相位与其跟踪的卫星信号中的载波多普勒频移及伪码相位保持一致，以剥离卫星信号中的伪码信息。接收机各跟踪通道的伪码相位随着跟踪通道的位置的变化而变化，接收机各跟踪通道载波多普勒频移随着跟踪通道的速度的变化而变化，因此，需要实时调整接收机各跟踪通道的位置和速度，以使得接收机的载波多普勒频移及伪码相位与卫星信号中的载波多普勒频移及伪码相位保持一致。目前接收机所处的环境有很大的噪声，这些噪声会使得接收机无法实时调整自身的位置和速度，以使得接收机的载波多普勒频移及伪码相位与卫星信号中的载波多普勒频移及伪码相位保持一致，例如有效辐射功率为5w的宽带干扰机可以干扰半径为10英里的接收机，有效辐射功率为100w的宽带干扰机可以干扰半径为25km的军用接收机。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种矢量跟踪方法及滤波器，以克服现有技术中由于接收机所处的环境噪声较大，导致接收机无法实时调整自身的位置和速度，以使得接收机的载波多普勒频移及伪码相位与卫星信号中的载波多普勒频移及伪码相位保持一致的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种矢量跟踪方法，包括：获取当前时刻的接收机的状态变量Xk，所述状态变量Xk包括所述接收机各跟踪通道相应的三维位置xk以及各跟踪通道相应的三维速度vk；依据状态变量Xk，获取各跟踪通道相应的预先设置的适应度函数的第一函数值；其中，所述适应度函数用于表征状态变量Xk，当前时刻的新息序列，前一时刻的状态变量Xk-1的估计误差协方差Pk-1的后验估计Pk-1,k-1，以及当前时刻的量测噪声Vk-1的协方差Rk的关联关系；当前时刻的新息序列用于表征前一时刻估计误差协方差Pk-1的后验估计Pk-1,k-1，与前一时刻过程噪声矩阵Wk-1的方差矩阵Qk-1的关联关系；对于每一跟踪通道执行以下操作：依据所述第一函数值判断所述跟踪通道相应的适应度函数是否收敛；当所述跟踪通道相应的适应度函数不收敛时，依据三维速度vk以及预先获得的所述跟踪通道的三维位置xbest，获取所述适应度函数的第二函数值；当所述第一函数值小于所述第二函数值时，将三维位置xk赋值给三维位置xbest；从各跟踪通道相应的xbest中获得使得所述适应度函数最小的三维位置Gbest；依据三维位置xbest、三维位置Gbest、三维速度vk以及当前时刻的过程噪声Wk，获得调整后的三维速度；依据调整后的三维速度以及三维位置xk，获得调整后的三维位置；依据调整后的三维位置和调整后的三维速度，获得所述适应度函数的第三函数值；将所述第三函数值作为所述第一函数值，记录当前的迭代次数，返回步骤依据所述第一函数值判断所述跟踪通道相应的适应度函数是否收敛；当所述跟踪通道相应的适应度函数收敛或当前的迭代次数等于最大迭代次数时，依据所述调整后的三维位置调整所述跟踪通道当前时刻的三维位置，依据调整后的三维速度调整所述跟踪通道当前时刻的三维速度。一种滤波器，包括：第一获取模块，用于获取当前时刻的接收机的状态变量Xk，所述状态变量Xk包括所述接收机各跟踪通道相应的三维位置xk以及各跟踪通道相应的三维速度vk；第二获取模块，用于依据状态变量Xk，获取各跟踪通道相应的预先设置的适应度函数的第一函数值；其中，所述适应度函数用于表征状态变量Xk，当前时刻的新息序列，前一时刻的状态变量Xk-1的估计误差协方差Pk-1的后验估计Pk-1,k-1，以及当前时刻的量测噪声Vk-1的协方差Rk的关联关系；当前时刻的新息序列用于表征前一时刻估计误差协方差Pk-1的后验估计Pk-1,k-1，与前一时刻过程噪声矩阵Wk-1的方差矩阵Qk-1的关联关系；对于每一跟踪通道执行以下操作：判断模块，用于依据所述第一函数值判断所述跟踪通道相应的适应度函数是否收敛；第三获取模块，用于当所述跟踪通道相应的适应度函数不收敛时，依据三维速度vk以及预先获得的所述跟踪通道的三维位置xbest，获取所述适应度函数的第二函数值；赋值模块，用于当所述第一函数值小于所述第二函数值时，将三维位置xk赋值给三维位置xbest；第四获取模块，用于从各跟踪通道相应的xbest中获得使得所述适应度函数最小的三维位置Gbest；第五获取模块，用于依据三维位置xbest、三维位置Gbest、三维速度vk以及当前时刻的过程噪声Wk，获得调整后的三维速度；第六获取模块，用于依据调整后的三维速度以及三维位置xk，获得调整后的三维位置；第七获取模块，用于依据调整后的三维位置和调整后的三维速度，获得所述适应度函数的第三函数值；第一返回模块，用于将所述第三函数值作为所述第一函数值，记录当前的迭代次数，返回步骤依据所述第一函数值判断所述跟踪通道相应的适应度函数是否收敛；调整模块，用于当所述跟踪通道相应的适应度函数收敛或当前的迭代次数等于最大迭代次数时，依据所述调整后的三维位置调整所述跟踪通道当前时刻的三维位置，依据调整后的三维速度调整所述跟踪通道当前时刻的三维速度。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术实施例提供了一种矢量跟踪方法，可以将当前时刻接收机的状态变量Xk中各跟踪通道相应的是三维位置和三维速度，带入相应的适应度函数，依据各跟踪通道相应的适应度函数的函数值，判断各跟踪通道本地载波频率及伪码相位是否能够与其跟踪的卫星信号中的卫星载波频率及伪码相位保持一致；当不能时，则适应度函数不收敛，此时需要调节接收机各跟踪通道的三维位置和三维速度。由于本申请实施例是一个不断迭代的过程，对于每一跟踪通道而言，在之前每次迭代过程中，均会产生三维位置xi，可以从这些xi确定出一最优的三维位置xbest，即三维位置xbest使得适应度函数的最小，三维位置xbest是对于一个跟踪通道而言最优的三维位置，可以依据各跟踪通道相应的三维位置xbest，获得使得适应度函数最小的三维位置Gbest，三维位置Gbest是针对接收机各跟踪通道而言，最优的三维位置；可以依据三维位置xbest、三维位置Gbest、三维速度vk以及当前时刻的过程噪声Wk，获得本次迭代过程中调整后的三维速度；依据调整后的三维速度以及三维位置xk，获得本次迭代过程中调整后的三维位置。然后再次判断调整后的三维速度以及调整后的三维位置是否可以使得适应度函数收敛，不断的进行迭代，直至使得适应度函数收敛，或者迭代次数达到最大位置，以最后一次地迭代获得的调整后的三维位置和调整后的三维速度调整所述跟踪通道，从而使得接收机的各跟踪通道相应的本地载波频率及伪码相位与其跟踪的卫星信号中的卫星载波频率及伪码相位保持一致。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矢量跟踪方法，其特征在于，包括：获取当前时刻的接收机的状态变量X

【技术特征摘要】
1.一种矢量跟踪方法，其特征在于，包括：获取当前时刻的接收机的状态变量Xk，所述状态变量Xk包括所述接收机各跟踪通道相应的三维位置xk以及各跟踪通道相应的三维速度vk；依据状态变量Xk，获取各跟踪通道相应的预先设置的适应度函数的第一函数值；其中，所述适应度函数用于表征状态变量Xk，当前时刻的新息序列，前一时刻的状态变量Xk-1的估计误差协方差Pk-1的后验估计Pk-1,k-1，以及当前时刻的量测噪声Vk-1的协方差Rk的关联关系；当前时刻的新息序列用于表征前一时刻估计误差协方差Pk-1的后验估计Pk-1,k-1，与前一时刻过程噪声矩阵Wk-1的方差矩阵Qk-1的关联关系；对于每一跟踪通道执行以下操作：依据所述第一函数值判断所述跟踪通道相应的适应度函数是否收敛；当所述跟踪通道相应的适应度函数不收敛时，依据三维速度vk以及预先获得的所述跟踪通道的三维位置xbest，获取所述适应度函数的第二函数值；当所述第一函数值小于所述第二函数值时，将三维位置xk赋值给三维位置xbest；从各跟踪通道相应的xbest中获得使得所述适应度函数最小的三维位置Gbest；依据三维位置xbest、三维位置Gbest、三维速度vk以及当前时刻的过程噪声Wk，获得调整后的三维速度；依据调整后的三维速度以及三维位置xk，获得调整后的三维位置；依据调整后的三维位置和调整后的三维速度，获得所述适应度函数的第三函数值；将所述第三函数值作为所述第一函数值，记录当前的迭代次数，返回步骤依据所述第一函数值判断所述跟踪通道相应的适应度函数是否收敛；当所述跟踪通道相应的适应度函数收敛或当前的迭代次数等于最大迭代次数时，依据所述调整后的三维位置调整所述跟踪通道当前时刻的三维位置，依据调整后的三维速度调整所述跟踪通道当前时刻的三维速度。2.根据权利要求1所述矢量跟踪方法，其特征在于，所述获取当前时刻的接收机的状态变量Xk包括：获取当前时刻状态变量Xk的先验估计以及当前时刻的状态变量Xk的估计误差协方差Pk的先验估计Pk,k-1；依据所述先验估计所述先验估计Pk,k-1，以及预先设置的第三目标函数，获得当前时刻所述滤波器的滤波增益Kk；其中，所述第三目标函数用于表征当前时刻的滤波增益Kk、当前时刻的状态变量Xk的估计误差协方差Pk的先验估计Pk,k-1、当前时刻的量测噪声Vk-1的协方差Rk的关联关系，量测噪声协方差Rk为相应时刻的观测矩阵Zk的残差的协方差；依据先验估计先验估计Pk,k-1，滤波增益Kk以及预先设置的第四目标函数，获得当前时刻的状态变量Xk的后验估计其中，所述第四目标函数用于表征当前时刻的状态变量Xk的先验估计当前时刻的状态变量Xk的后验估计当前时刻的滤波增益Kk、当前时刻的观测矩阵Zk的关联关系；依据所述后验估计以及预先设置的新息序列，获得第一参数γ，所述新息序列用于表征前一时刻估计误差协方差Pk-1的先验估计Pk-1,k-1，与前一时刻过程噪声矩阵Wk-1的方差矩阵Qk-1的关联关系；依据所述第一后验估计获取第二参数η；当所述第一参数γ大于第一预设门限以及所述第二参数η大于第二预设门限时，确定需要调整所述接收机的状态变量Xk；将所述第一后验估计作为所述状态变量Xk。3.根据权利要求2所述矢量跟踪方法，其特征在于，还包括：依据三维位置Gbest获得过程噪声缩减因子α；依据先验估计Pk,k-1以及预先设置的第五目标函数，获得估计误差协方差Pk的后验估计Pk,k；其中，所述第五目标函数用于表征当前时刻的估计误差协方差Pk的后验估计Pk,k、当前时刻的估计误差协方差Pk的先验估计Pk,k-1以及当前时刻的滤波增益Kk的关联关系；依据后验估计Pk,k、所述过程噪声缩减因子α以及预先设置的第六目标函数，获得后一时刻K+1的后验估计Pk+1,k；所述第六目标函数用于表征下一时刻的估计误差协方差Pk+1的先验估计Pk+1,k、当前时刻的估计误差协方差Pk的后验估计Pk,k、当前时刻的过程噪声矩阵Wk的方差矩阵Qk以及过程噪声缩减因子α的关联关系；依据所述后验估计以及预先设置的第七目标函数，获得后一时刻K+1的状态变量Xk+1的先验估计所述第七目标函数用于表征下一时刻状态变量Xk+1的先验估计与当前时刻的状态变量Xk的先验估计的关联关系；将后一时刻K+1，作为当前时刻K返回依据所述先验估计所述先验估计Pk,k-1，以及预先设置的第三目标函数，获得当前时刻所述滤波器的滤波增益Kk这一步骤。4.根据权利要求2或3所述矢量跟踪方法，其特征在于，还包括：当所述第一参数γ小于等于所述第一预设门限或所述第二参数η小于等于所述第二预设门限时，确定无需调整所述接收机的状态变量Xk；将所述过程噪声缩减因子α设置为1。5.一种滤波器，其特征在于，包括：第一获取模块，用于获取当前时刻的接收机的状态变量Xk，所述状态变量Xk包括所述接收机各跟踪通道相应的三维位置xk以及各跟踪通道相应的三维速度vk；第二获取模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜洋，
申请(专利权)人：北京奇艺世纪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11