一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法技术

本发明专利技术提供一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，具体过程为：根据NSCC信号子载波‑多普勒频移线性关系及子载波幅值信息，采用加权最小二乘参数估计算法对各子载波多普勒频移进行联合估计，利用联合估计的结果作为载波数控振荡器NCO的控制参量；经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。本发明专利技术能够充分利用NSCC信号已知参数配置信息(子载波频点信息、子载波幅值功率信息等)，对NSCC各子载波跟踪环路进行融合估计，抑制环路噪声，从而提升载波频率估计精度及灵敏度。

A combined tracking algorithm based on weighted least squares for composite carrier navigation signals

The present invention provides a combined carrier navigation signal combined tracking method based on weighted least squares. The specific process is: according to the Doppler frequency shift linear relationship and the subcarrier amplitude information of the NSCC signal subcarrier, the weighted least square parameter estimation algorithm is used to estimate the Doppler frequency shift of each subcarrier, and the joint is used. The estimated results are used as the control parameters of the carrier numerical control oscillator NCO; after repeated cyclic feedback, the input NSCC subcarrier signal frequency points are dynamically consistent with the local reappearing subcarrier frequency points, and the NSCC signal subcarrier frequency tracking locking is realized. The present invention can make full use of the known parameter configuration information of the NSCC signal (subcarrier frequency point information, subcarrier amplitude power information and so on), and combine the NSCC subcarrier tracking loop with the fusion estimation to suppress the loop noise, thus improving the carrier frequency estimation precision and sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法。
技术介绍
导航接收机作为地面接收解算设备，能在一定程度上反应出导航系统所能达到的精度及性能。对于接收机而言，信号同步技术是其性能指标的关键因素之一，直接决定接收机后端解算的精度。信号同步技术具体包括捕获和跟踪两个步骤，捕获阶段主要完成期望信号检测以及信号参数粗略估计，而跟踪阶段基于捕获阶段牵引的粗略估计值，进行精确化参数估计，并保持动态应力长时追踪，为PVT解算模块提供观测量，因此，跟踪环路设计必须兼顾跟踪精度与稳健性。复合载波导航信号(NavigationSignalbasedonCompoundCarrier,NSCC)，本质上，可视为多个子载波信号的叠加之和，如图1所示。NSCC是基于多载波调制机制/复用技术，并兼顾导航通信服务需求，而设计出的导航通信融合型增强信号体制，其信号时域通用表达式可写为：其中，i为信号发射端标识索引号，M为子载波数目；m∈[1,M]为子载波编号，Am表示第m个子载波信号幅度，Cm表示第m个子载波上调制的伪随机码(PRN)，Dm表示第m个子载波上调制的导航数据，f0表示起始频率，Δfm为第m个子载波频率与起始频率间的频率偏置，为第m个子载波信号的载波初相。信号基于码分隔离(子载波采用不同PRN组合)和频分隔离(子载波采用不同频点组合)区别源端，并抑制信道间干扰。NSCC信号体制多样化体制参数，赋予其非常宽泛的设计自由度，但同时也为信号同步设计引入技术调整和优化问题。鉴于传统跟踪环路设计简洁，资源配置高效，NSCC信号各子载波又相互独立，其环路设计完全可采用传统跟踪环路对各子载波分别进行参数锁定，即：单载波-单环路的跟踪设计。这种简单而直接的方式，虽不会对接收机带来不可容忍的资源扩张，但也没有挖掘NSCC信号潜在体制优势。因此，有必要在借鉴传统跟踪框架的基础上，基于NSCC信号体制结构特征与参数配置信息，结合参数估计理论，将彼此独立的子载波跟踪通道进行信息融合，提升环路跟踪稳健性，并改善环路跟踪精度与灵敏度。
技术实现思路
本专利技术为弥补传统跟踪环路的通道信息彼此孤立，无法充分挖掘NSCC信号体制优势的缺陷，基于经典参数估计理论对NSCC子载波跟踪环路进行信息融合，解决NSCC子载波跟踪环路参数高精度联合估计问题，提出了一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法。实现本专利技术的技术方案如下：一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，具体过程为：根据NSCC信号子载波-多普勒频移线性关系及子载波幅值信息，采用加权最小二乘参数估计算法对各子载波的载波环多普勒频移进行联合估计，利用联合估计的结果作为载波数控振荡器NCO的控制参量；经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。进一步地，本专利技术所述进行联合估计的具体过程为：对输入的NSCC中频信号各路子载波信号分别进行载波剥离、积分清除、相位鉴别及滤波，得到各路子载波频移Fd；根据载波-多普勒频移线性关系，利用加权最小二乘参数估计算法融合各路子载波频移Fd，联合估计出各路子载波多普勒频移其中，fm表示第m路子载波频率，m＝1,2...M，M表示子载波的总数；W为基于子载波幅度信息的加权矩阵。进一步地，本专利技术所述加权矩阵W为：其中，Am表示第m路子载波幅值。有益效果第一，提升环路跟踪精度及灵敏度WLS联合跟踪方法能够充分利用NSCC信号已知参数配置信息(子载波频点信息、子载波幅值功率信息等)，对NSCC各子载波跟踪环路进行融合估计，抑制环路噪声，从而提升载波频率估计精度及灵敏度。第二，增强环路稳健性WLS联合跟踪方法能够有效抑制NSCC各子载波跟踪环路噪声，即使NSCC某子载波支路信号质量极差，环路状态不稳定，依然能够联合其他环路，有效规避/滤除某环路噪声恶劣状态，实现环路稳健跟踪。第三，缩短跟踪环路入锁时长WLS联合跟踪方法能够迅速调整NSCC各子载波环路频率相应，使得环路达到稳态所需时间较少。附图说明图1为复合载波信号频谱对比图；图2为复合载波导航信号WLS联合跟踪流程图；图3为不同Costas锁相环鉴相器对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号载波联合方法，该方法，将参数估计理论引入复合载波跟踪环路，依据NSCC信号子载波已知频点信息(子载波-多普勒频移线性关系)，采用最小二乘(LeastSquare,LS)参数估计算法对各子载波的载波环多普勒频移估计值进行联合估计，使得彼此孤立的NSCC子载波信道信息融合，压制环路噪声，提高跟踪灵敏度。此外，针对NSCC子载波功率配置差异较大的情况，采用加权最小二乘(WeightedLeastSquare,WLS)估计算法，依据NSCC子载波信号能量进行权值设置，进一步提升最小二乘参数估计精度。如图2所示，具体过程为：一，对输入的NSCC中频信号各路子载波信号分别进行载波剥离。利用接收机内本地载波生成器分别对M路子载波各复现同相(I)支路和正交(Q)支路两份载波信号，即：相位互差90°的正弦(Sin)信号和余弦信号(Cos)；将复现信号分别与复合载波各子载波信号进行混频(相乘)，实现对复合载波各子载波信号的下变频(载波剥离)。二，对载波剥离(即去中频)后的NSCC各子载波信号分别进行积分清除。为提高跟踪环路性能，积分器对去中频后的NSCC各子载波信号分别进行一定时间段(Tcoh)的相干积分累加，输出(I1,Q1)，(I2,Q2)，……(IM,QM)，该操作本质上为积分低通滤波，用以消除各子载波同相支路与正交支路中由混频所产生的高频信号成分和部分环路噪声，提高支路信号载噪比。然后，清除器清除积分器中的各个寄存单元，方便接着再进行下一时段的积分，如此重复不断。三，分别对M路子载波信号进行相位鉴别及滤波。根据步骤二中NSCC各子载波环路积分器输出结果(I1,Q1)，(I2,Q2)，……(IM,QM)，利用环路鉴相器估算当前子载波跟踪环路的接收信号与本地复现信号间的相差φe，如图3所示为不同Costas锁相环鉴相器对比图；然后，利用低通滤波器滤除环路噪声，使得鉴相器输出既能够真实反映各子载波相位真实变化情况，又能够防止噪声过激地调节压控振荡器；利用滤波后相差φe激励压控振荡器，输出各环路子载波频移Fd。四，根据载波-多普勒频移线性关系，利用加权最小二乘参数估计算法融合M路子载波环路信息，即子载波频移Fd，对NSCC子载波多普勒频移进行联合估计。具体如下：多普勒效应导致信号接收频率随信号源端与终端间的相对运动而发生变化，该频率变化视为多普勒频移值fDoppler，其表达式可写为：其中，c为光速，v为终端运动速度，fcarrier为信号载波频率。可知，NSCC信号各子载波多普勒频移存在如下线性关系：其中，m和n分别表示NSCC子载波标识索引号，fd,m和fd,n表示m路和n路子载波的多普勒频移，fm和fn表示m路和n路子载波频率。因此，利用最小二乘参数估计算法联合NSCC信号M路子载波环路信息进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，其特征在于，具体过程为：根据NSCC信号子载波‑多普勒频移线性关系及子载波幅值信息，采用加权最小二乘参数估计算法对各子载波多普勒频移进行联合估计，利用联合估计的各子载波多普勒频域估计量作为载波数控振荡器NCO的控制参量；经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。

【技术特征摘要】
1.一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，其特征在于，具体过程为：根据NSCC信号子载波-多普勒频移线性关系及子载波幅值信息，采用加权最小二乘参数估计算法对各子载波多普勒频移进行联合估计，利用联合估计的各子载波多普勒频域估计量作为载波数控振荡器NCO的控制参量；经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。2.根据权利要求1所述基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞丹，徐颖，袁洪，王建辉，袁杰，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11