一种GPS接收机的自适应矢量跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，步骤如下：矢量跟踪环路初始化，包括接收机的初始的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历；利用导航滤波器估计的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历计算载波和码NCO预测参数；导航滤波器自适应处理，包括标度因子的计算和模糊控制器，标度因子用来判断误差通道，新息序列方差和量测噪声方差比值作为模糊控制器输入，模糊控制器输出对应通道的量测方差调整参数；载波鉴频器和码环鉴别器输出作为导航滤波器量测信息，用以估计接收机的位置、速度、钟差和钟漂误差，用估计的信息修正接收机位置和速度，然后结合卫星星历计算载波和码NCO参数，以保持对输入信号的稳定跟踪。本发明专利技术具有导航精度高、跟踪性能稳定的优点。

An adaptive vector tracking method for GPS receiver

The present invention discloses a kind of adaptive vector GPS receiver tracking method comprises the following steps: initialization vector tracking loop, including the receiver initial position and velocity, Zhong Piao and clock error, ephemeris; calculation of carrier and code NCO prediction parameters using filter to estimate the position and velocity of navigation, satellite ephemeris and clock error, Zhong Piao; adaptive processing filter navigation, including the calculation of the scaling factor and the fuzzy controller, the scaling factor used to determine the error channel, the innovation sequence variance and measurement noise variance ratio as the input of fuzzy controller, the fuzzy controller output the corresponding channel measurement variance parameter adjustment; carrier frequency discriminator and loop discriminator output as navigation filter volume the measurement information, to estimate the position of the receiver, speed, clock and clock drift error, with the information receiver position estimation and correction Speed, and then combined with the satellite ephemeris to calculate carrier and code NCO parameters in order to maintain stable tracking of the input signal. The invention has the advantages of high navigation accuracy and stable tracking performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星导航和卡尔曼滤波
，特别是一种GPS接收机的自适应矢量跟踪方法。
技术介绍
GPS是由美国开发和维护的天基无线电导航系统，具有低成本、高精度、全天候的特点。全世界的用户只需要使用接收机接收至少4颗导航卫星的信号就可以实时的获得自身的精确的三维位置、速度和时间信息。经过几十年的发展，目前GPS接收机已经被广泛应用于武器制导、车辆导航、大地测量等领域，甚至还被应用于地震预测、天气预报等领域。目前国内外主要使用的成熟技术都是基于锁相环技术的变量跟踪环路，但是对于高动态和弱信号环境效果不佳，标量跟踪环路在高动态环境下环路容易失锁，标量跟踪环路在弱信号环境下不能稳定的跟踪信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种导航精度高、跟踪性能稳定的GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，以提高GPS信号跟踪环路的鲁棒性。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，包括下列步骤：步骤1，矢量跟踪环路初始化，包括接收机的初始的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历；步骤2，利用导航滤波器估计的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历计算载波和码NCO预测参数；步骤3，导航滤波器自适应处理，包括计算标度因子和模糊控制器，标度因子用来判断是否存在误差通道，新息序列方差和量测噪声方差比值作为模糊控制器输入，模糊控制器输出对应通道的量测方差调整参数；步骤4，载波鉴频器和码环鉴别器输出作为导航滤波器量测信息，用以估计接收机的位置、速度、钟差和钟漂误差，用估计的信息修正接收机位置和速度，然后用修正过的接收机位置和速度结合卫星星历计算载波和码NCO，以保持对输入信号的稳定跟踪。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)采用的矢量跟踪方法，取消了传统的独立、并行的标量跟踪模式，充分利用了各卫星通道间的共享信息，可以同时跟踪所有可视卫星；(2)采用了自适应跟踪方法，提高跟踪环路在部分通道信号衰减和被遮挡环境下的环路的跟踪稳定性。附图说明图1是本专利技术GPS接收机的自适应矢量跟踪方法的原理框图。图2是模糊控制器输入隶属函数图。图3是模糊控制器输出隶属函数图。具体实施方式本专利技术GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，具体实现如下：在不考虑噪声的情况下，GPS接收机射频前端输出的中频信号模型为： S I F ( t ) = 2 A · D ( t - τ ) · C ( t - τ ) · c o s [ ω I F t + φ ( t ) ] - - - ( 1 ) ]]>式中，A为信号强度，D(t)为导航电文，C(t)为C/A码，τ为传输过程中的时间延迟，ωIF为信号中频，φ(t)为初始载波相位。本地振荡器发生的两路信号分别为： I ( t ) = 2 c o s [ ( ω I F + Δ ω ) t + φ 0 ] - - - ( 2 ) ]]> Q ( t ) = 2 sin [ ( ω I F + Δ ω ) t + φ 0 ] - - - ( 3 ) ]]>式中，(ωIF+Δω)为本地振荡器产生的载波频率，Δω为本地载波频率和输入的中频信号频率的差，φ0为本地信号产生初始载波相位。输入的中频信号与本地振荡器发生的同相、正交信号相乘，滤除高频成分后，两支路的输出为： S I ( t ) = A · D ( t - τ ) · C ( t - τ ) · c o s [ φ ( t ) - Δ ω t - φ 0 ] - - - ( 4 ) ]]> S Q ( t ) = A · D ( t - τ ) · C ( t - τ ) · s i n [ φ ( t ) - Δ ω t - φ 0 ] - - - ( 5 ) ]]>两个支路的输出信号分别与本地伪码发生器生成的即时码本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1，矢量跟踪环路初始化，包括接收机的初始的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历；步骤2，利用导航滤波器估计的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历计算载波和码NCO预测参数；步骤3，导航滤波器自适应处理，包括计算标度因子和模糊控制器，标度因子用来判断是否存在误差通道，新息序列方差和量测噪声方差比值作为模糊控制器输入，模糊控制器输出对应通道的量测方差调整参数；步骤4，载波鉴频器和码环鉴别器输出作为导航滤波器量测信息，用以估计接收机的位置、速度、钟差和钟漂误差，用估计的信息修正接收机位置和速度，然后用修正过的接收机位置和速度结合卫星星历计算载波和码NCO，以保持对输入信号的稳定跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1，矢量跟踪环路初始化，包括接收机的初始的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历；步骤2，利用导航滤波器估计的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历计算载波和码NCO预测参数；步骤3，导航滤波器自适应处理，包括计算标度因子和模糊控制器，标度因子用来判断是否存在误差通道，新息序列方差和量测噪声方差比值作为模糊控制器输入，模糊控制器输出对应通道的量测方差调整参数；步骤4，载波鉴频器和码环鉴别器输出作为导航滤波器量测信息，用以估计接收机的位置、速度、钟差和钟漂误差，用估计的信息修正接收机位置和速度，然后用修正过的接收机位置和速度结合卫星星历计算载波和码NCO，以保持对输入信号的稳定跟踪。2.根据权利要求1所述的一种GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，其特征在于，步骤2所述利用导航滤波器估计的位置、速度、钟差、钟漂和卫星星历计算载波和码NCO预测参数，具体如下： h k ( n ) = h x ( n ) h y ( n ) h z ( n ) T - - - ( 1 ) ]]> h x ( n ) = x ( n ) - x ^ r ^ ( n ) , h y ( n ) = y ( n ) - y ^ r ^ ( n ) , h z ( n ) = z ( n ) - z ^ r ^ ( n ) - - - ( 2 ) ]]> r ^ ( n ) = ( x ( n ) - x ^ ) 2 + ( y ( n ) - y ^ ) 2 + ( z ( n ) - z ^ ) 2 - - - ( 3 ) ]]> τ ^ k ( n ) = τ k - 1 ( n ) + ( ΔX k , k - 1 ( n ) - t k , k - 1 V k - 1 ) T h k ( n ) + t k , k - 1 c - - - ( 4 ) ]]> f ^ c o d e , k ( n ) = [ 1 + t d , k - 1 + ( V k - 1 ( n ) - V k - 1 ) T h k ( n ) ] f c o d e / c - - - ( 5 ) ]]> f ^ c a r r i e r , k ( n ) = [ 1 + t d , k - 1 + ( V k - 1 ( n ) - V k - 1 ) T h k ( n ) ] f c a r r i e r / c - - - ( 6 ) ]]>式中，Vk-1分别为k-1时刻解算得到的GPS接收机的速度，x(n)、y(n)、z(n)为卫星号为n的GPS卫星的位置，为接收机在地心地固坐标系下的位置，为卫星n与接收机之间的视线矢量，为k-1时刻通过星历解算出来的卫星n的速度；为k时刻的卫星位置；是指k时刻的卫星位置和k-1时刻卫星n的位置的差值；分别为k时刻的码相位、码频率和载波频率预测值；为k-1时刻的码相位解算值；c为真空中光速；td,k-1为k-1时刻的钟漂；fcode为C/A码的基准频率，为1.023MHz；fcarrier为载波L1的频率，为1575.42MHz。3.根据权利要求1所述的GPS接收机的自适应矢量跟踪方法，其特征在于，步骤3所述导航滤波器自适应处理，包括计算标度因子和模糊控制器，标度因子用来判断是否存在误差通道，新息序列方差和量测噪声方差比值作为模糊控制器输入，模糊控制器输出对应通道的量测方差调整参数，具体如下：(a)导航滤波器模型的状态方程： Δx k Δv x , k Δy k Δv y , k Δz k &Del...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈帅，蒋长辉，陈克振，屈新芬，韩乃龙，沈际春，卢启伟，赵琛，孔维一，黄思亮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32