一种实现高动态导航跟踪的方法和装置制造方法及图纸

一种实现高动态导航跟踪的方法和装置，包括：接收机判断出表示选择某一个环路的信息为表示选择环路Ⅰ的信息，分别生成频率为第j次调整频率的第j次I路本地载波信号和Q路本地载波信号；接收机将相关后的信号分别与生成的I路本地载波信号和Q路本地载波信号进行混频，分别将I路混频后的信号和Q路混频后的信号进行积分；接收机将I路积分后的信号和Q路积分后的信号进行鉴频处理得到第j次频率误差；接收机判断出第(j+j0)次到第(j+j0+N)次频率误差小于第一锁定门限，且判断出第j0次到第(j0+N)次频率误差小于或等于第一预设门限，将表示选择某一个环路的信息更改为表示选择环路Ⅱ的信息。

Method and device for realizing high dynamic navigation and tracking

A method and apparatus for realizing high dynamic tracking, navigation receiver includes: judge said one loop information for selection of said loop information, respectively for the j generation frequency adjustment frequency in J I road and Q road local carrier signal local carrier signal; signal receiver will be related to the were mixing and I generated by the local carrier signal and Q local carrier signal respectively after mixing signal I road and Q road signal after mixing the receiver signal integral; I integral after the road and Q road signal integral of the discriminator theory in J frequency error; receiver the judge (j+j0) to the (j+j0+N) time frequency error is less than the first threshold and determine the lock, J0 (j0+N) to the frequency error is less than or equal to the first threshold, will select a loop of information Change to indicate the information of select loop ii.

【技术实现步骤摘要】
一种实现高动态导航跟踪的方法和装置
本专利技术涉及但不限于导航接收技术，尤指一种实现高动态导航跟踪的方法和装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，人类对导航定位技术的研究跨入了卫星定位时代。为了能够在全球范围内、全天候地提供精确的位置以及速度信息，全球导航卫星系统(GNSS，GlobalNavigationSatelliteSystem)的概念被提出。GNSS在众多领域有着非常重要的作用，其中包括军事、导航、勘探、监测、测量、通信授时等等，随着近年民用应用的快速发展，在日常生活中GNSS已经逐渐深入，从移动终端、个人电脑、汽车、民用飞机到导弹、战机都离不开卫星导航技术。全球多个国家都在努力发展卫星导航技术，目前存在多个卫星导航系统，不同国家之间既独立竞相发展卫星导航技术又相互兼容系统，形成繁荣的GNSS。GNSS包括美国的全球定位系统(GPS，GlobalPositionSystem)，俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)卫星导航系统、欧洲的伽利略(Galileo)卫星定位系统和中国的北斗卫星导航系统(CompassNavigationSatelliteSystem)。其中，美国的GPS是第一个覆盖全球的空间卫星导航系统，其卫星星座共有32颗卫星，采用码分多址(CDMA，CodeDivisionMultipleAccess)的卫星寻址方式。目前，美国正在加速GPS现代化和第三代GPS的研发工作，在新的GPS卫星中增加L2C和L5两个民用信号及一个军用M码信号。俄罗斯的GLONASS卫星导航系统与GPS原理和功能类似，其卫星星座由24颗卫星组成，采用频分多址(FDMA，FrequencyDivisionMultipleAccess)的卫星寻址方式。目前，俄罗斯正在进行GLONASS现代化工作，采用CDMA方式实现与GPS和Galileo卫星定位系统的兼容并且可以提供更多的民用服务。“北斗1号”是中国自主研发的由3颗卫星组成的第一代卫星导航系统，没有测距和测高的功能。正在建设的“北斗2号”是由3颗倾斜同步轨道卫星、27颗中轨道卫星和5颗地球静止轨道卫星组成，可满足全球覆盖的条件，为我国陆地、海洋、空中和空间的各类军事和民用提供多种应用保障。作为GPS中的核心组成部分，GPS接收机主要的用途就是接收卫星下发的信号，并从中提取出导航电文信息和伪距观测量用于定位解算。因此，在不同的环境下需要设计高性能的基带处理算法来捕获和跟踪接收到的GPS信号，以此获得导航电文信息和伪距观测量。在GPS卫星信号发射端，GPS载波信号上调制有粗/捕获码(C/A码)和导航电文信息。相应地，在GPS接收端，为了从接收到的卫星信号中解调出导航电文信息，GPS接收机需要通过混频技术彻底地剥离接收到的卫星信号(即数字中频信号)中包括多普勒频移在内的载波，并且需要通过C/A码相关运算再彻底地剥离混频后的信号中的C/A码。GPS接收机包括两个环路：载波跟踪环路和码跟踪环路。其中，GPS接收机通过载波跟踪环路不断调整其本地复制的载波，使复制的载波的频率(或相位)与接收到的卫星信号的载波的频率(或相位)保持一致，然后经过下变频混频实现载波剥离。GPS接收机通过码跟踪环路不断调整其本地复制的C/A码，使其复制的C/A码的相位与混频后的信号的C/A码的相位保持一致，然后经过码相关运算实现C/A码的剥离。GPS接收机实现跟踪之后，可获得用于卫星定位的精细的多普勒频移和C/A码的码相位值。传统的高动态导航跟踪的方法基本上是以锁相环(PLL，PhaseLockedLoop)与锁频环(FLL，FrequencyLockedLoop)结合为基础。PLL一般适用于中低动态的场景中，跟踪精度比FLL高。虽然FLL跟踪精度较差，但是它有更好的动态适应性。在传统的高动态载波跟踪中，当接收机以中低速运动时采用PLL跟踪，以较窄的环路带宽获取较高的跟踪精度；当接收机较高速运动时，环路切换到FLL，以较宽的环路带宽适应动态的环境。图1为一种典型的传统的高动态导航跟踪方法的示意图。如图1所示，当捕获阶段成功捕获到可见的卫星，并得到粗略的C/A码码相位和多普勒频率时，进入到跟踪阶段。接收到的卫星信号先与伪码数控振荡器根据捕获到的粗略的C/A码码相位生成的C/A码进行相关，剥离C/A码。相关后的信号分别与载波数控振荡器生成的频率为捕获到的粗略的多普勒频率的I路(余弦)和Q路(正弦)本地载波信号进行混频，剥离载波信号。I路混频后的信号和Q路混频后的信号分别进行相干积分或非相干积分，即积累一定时间的混频信号以便提高信噪比。I路积分后的信号和Q路积分后的信号分别进入鉴频器进行鉴频处理。当跟踪环路开始工作时，由切换判决模块判断鉴频器输出的频率误差(即相关后的信号的频率和载波数控振荡器产生的I路本地载波信号或Q路本地载波信号的频率之间的差值)是否满足FLL的工作范围来判断是否需要进行切换。图2为传统的切换判决模块的实现示意图。如图2所示，切换判决模块将鉴频器输出的频率误差fe与FLL的第一锁定门限△f比较，当fe大于△f时，此时FLL失锁，重新执行捕获卫星信号的步骤。当fe小于或等于△f时，由频率误差得到相位误差θe，如果相位误差小于或等于PLL的第二锁定门限△θ，则将θe发送给环路滤波器，环路滤波器进行滤波后将相位误差θe发送给载波数控振荡器，载波数控振荡器生成初始相位为上一次的的初始相位和相位误差θe之间的和值的I路本地载波信号和Q路本地载波信号。如果θe大于△θ，则将fe发送给环路滤波器，环路滤波器进行滤波后将频率误差fe发送给载波数控振荡器，载波数控振荡器生成频率为上一次的频率和频率误差fe之间的和值的I路本地载波信号和Q路本地载波信号。上述方法中，由于在高动态环境中多普勒频率较大且频率变化较快，因此跟踪环在FLL和PLL之间不停地切换，而每次PLL和FLL的切换都会引起跟踪结果产生抖动，极大地恶化跟踪效果。此外，仅依靠FLL对动态环境的适应性很难在较高动态的环境下跟踪信号。因此，传统的高动态载波跟踪环路在高动态环境中的适应能力较差且跟踪效果不好。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种实现高动态导航跟踪的方法和装置，能够提高跟踪的效果。为了达到上述目的，本专利技术提出了一种实现高动态导航跟踪的方法，包括：接收机判断出表示选择某一个环路的信息为表示选择环路Ⅰ的信息，分别生成频率为第j次调整频率或捕获阶段获得的粗略的多普勒频率的第j次I路本地载波信号和Q路本地载波信号；接收机将相关后的信号分别与生成的I路本地载波信号和Q路本地载波信号进行混频，分别将I路混频后的信号和Q路混频后的信号进行积分；接收机将I路积分后的信号和Q路积分后的信号进行鉴频处理得到第j次频率误差；其中，第j次频率误差为相关后的信号的频率和I路本地载波信号或Q路本地载波信号的频率之间的差值；接收机判断出第j次频率误差小于第一锁定门限，且判断出第j次频率误差小于或等于第一预设门限，继续执行分别生成频率为第(j+1)次调整频率的第(j+1)次I路本地载波信号和Q路本地载波信号，直到接收机判断出第j0次到第(j0+N)次频率误差均小于第一锁定门限，且判断出第j0次到第(j0+N)次频率误差均小于或等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现高动态导航跟踪的方法，其特征在于，包括：接收机判断出表示选择某一个环路的信息为表示选择环路Ⅰ的信息，分别生成频率为第j次调整频率或捕获阶段获得的粗略的多普勒频率的第j次I路本地载波信号和Q路本地载波信号；接收机将相关后的信号分别与生成的I路本地载波信号和Q路本地载波信号进行混频，分别将I路混频后的信号和Q路混频后的信号进行积分；接收机将I路积分后的信号和Q路积分后的信号进行鉴频处理得到第j次频率误差；其中，第j次频率误差为相关后的信号的频率和I路本地载波信号或Q路本地载波信号的频率之间的差值；接收机判断出第j次频率误差小于第一锁定门限，且判断出第j次频率误差小于或等于第一预设门限，继续执行分别生成频率为第(j+1)次调整频率的第(j+1)次I路本地载波信号和Q路本地载波信号，直到接收机判断出第j0次到第(j0+N)次频率误差均小于第一锁定门限，且判断出第j0次到第(j0+N)次频率误差均小于或等于第一预设门限，将表示选择某一个环路的信息更改为表示选择环路Ⅱ的信息，并继续执行判断表示选择某一个环路的信息为表示选择哪一个环路的信息的步骤；其中，第j次调整频率为第(j‑1)次I路本地载波信号或Q路本地载波信号的频率和第(j‑1)次频率误差之间的和值；j，j0，N为大于或等于1的整数。...

【技术特征摘要】
1.一种实现高动态导航跟踪的方法，其特征在于，包括：接收机判断出表示选择某一个环路的信息为表示选择环路Ⅰ的信息，分别生成频率为第j次调整频率或捕获阶段获得的粗略的多普勒频率的第j次I路本地载波信号和Q路本地载波信号；接收机将相关后的信号分别与生成的I路本地载波信号和Q路本地载波信号进行混频，分别将I路混频后的信号和Q路混频后的信号进行积分；接收机将I路积分后的信号和Q路积分后的信号进行鉴频处理得到第j次频率误差；其中，第j次频率误差为相关后的信号的频率和I路本地载波信号或Q路本地载波信号的频率之间的差值；接收机判断出第j次频率误差小于第一锁定门限，且判断出第j次频率误差小于或等于第一预设门限，继续执行分别生成频率为第(j+1)次调整频率的第(j+1)次I路本地载波信号和Q路本地载波信号，直到接收机判断出第j0次到第(j0+N)次频率误差均小于第一锁定门限，且判断出第j0次到第(j0+N)次频率误差均小于或等于第一预设门限，将表示选择某一个环路的信息更改为表示选择环路Ⅱ的信息，并继续执行判断表示选择某一个环路的信息为表示选择哪一个环路的信息的步骤；其中，第j次调整频率为第(j-1)次I路本地载波信号或Q路本地载波信号的频率和第(j-1)次频率误差之间的和值；j，j0，N为大于或等于1的整数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述接收机判断出所述第j次频率误差小于或等于所述第一锁定门限，且所述第j次频率误差大于所述第一预设门限时，该方法还包括：所述接收机继续执行所述分别生成频率为第(j+1)次调整频率的第(j+1)次I路本地载波信号和Q路本地载波信号的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收机判断出所述第j次频率误差小于所述第一锁定门限，且所述第j次频率误差小于或等于所述第一预设门限时，该方法还包括：所述接收机将第一计数器加1；所述接收机判断出所述第j次频率误差小于或等于所述第一锁定门限，且所述第j次频率误差大于所述第一预设门限时，该方法还包括：所述接收机将所述第一计数器清零。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述接收机判断出所述第j次频率误差大于所述第一锁定门限时，该方法还包括：所述接收机将表示选择某一个环路的信息更改为表示选择环路Ⅲ的信息，并继续执行所述判断表示选择某一个环路的信息为表示选择哪一个环路的信息的步骤。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述接收机判断出所述表示选择某一个环路的信息为表示选择环路Ⅱ的信息时，该方法还包括：所述接收机生成相位为第j次调整相位的第j次I路本地载波信号和Q路本地载波信号；所述接收机将相关后的信号分别与生成的I路本地载波信号和Q路本地载波信号进行混频，分别将I路混频后的信号和Q路混频后的信号进行积分；所述接收机将所述I路积分后的信号和Q路积分后的信号进行鉴相处理得到所述相关后的信号的相位和I路本地载波信号或Q路本地载波信号的相位之间的第j次相位误差；所述接收机判断出所述第j次相位误差小于或等于第二锁定门限，继续执行所述判断表示选择某一个环路的信息为表示选择哪一个环路的信息的步骤；其中，所述第j次调整相位为所述第(j-1)次生成的I路本地载波信号和所述Q路本地载波信号的相位和第(j-1)次相位误差之间的和值。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述接收机判断出所述第j次相位误差大于所述第二锁定门限时，在继续执行所述判断表示选择某一个环路的信息为表示选择哪一个环路的信息的步骤之前还包括：所述接收机将所述表示选择某一个环路的信息更改为表示选择环路Ⅰ的信息。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述接收机判断出所述表示选择某一个环路的信息为表示选择环路Ⅲ的信息时，该方法还包括：所述接收机估算最佳加速度，根据所述最佳加速度估算最佳加加速度；所述接收机根据所述最佳加速度和所述最佳加加速度估算所述最佳频率；所述接收机分别生成频率为所述最佳频率的第j次I路本地载波信号和Q路本地载波信号；所述接收机将相关后的信号分别与生成的I路本地载波信号和Q路本地载波信号进行混频，分别将I路混频后的信号和Q路混频后的信号进行积分；所述接收机将I路积分后的信号和Q路积分后的信号进行鉴频处理得到第j次频率误差；接收机判断出第j次频率误差小于第一锁定门限，且判断出第j次频率误差小于或等于第一预设门限，继续执行估计最佳加速度，直到所述接收机判断出第j0次到第(j0+M)次频率误差小于第一锁定门限，且判断出第j0次到第(j0+M)次频率误差小于或等于第一预设门限，将表示选择某一个环路的信息更改为表示选择环路I的信息，并继续执行所述判断表示选择某一个环路的信息为表示选择哪一个环路的信息的步骤。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收机判断出所述第j次频率误差小于或等于第一锁定门限，且所述第j次频率误差大于所述第一预设门限时，该方法还包括：所述接收机继续执行所述分别生成频率为第(j+1)次调整频率的第(j+1)次I路本地载波信号和Q路本地载波信号的步骤。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述接收机判断出所述第j次频率误差小于所述第一锁定门限，且所述第j次频率误差小于或等于所述第一预设门限时，该方法还包括：所述接收机将第二计数器加1；所述接收机判断出所述第j次频率误差小于或等于所述第一锁定门限，且所述第j次频率误差大于所述第一预设门限时，该方法还包括：所述接收机将所述第二计数器清零。10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述接收机估算最佳加速度包括：所述接收机生成X个频率为的本地信号；其中；X为大于或等于1的整数，f为所述本地信号的频率，fd为捕获阶段得到的粗略的多普勒频率，ai＝amin+(i-1)Δa，amin为预设的加速度的最小值，Δa为相邻两个加速度之间的差值，t为时间；所述接收机分别将所述X个本地信号与来自卫星的中频信号进行混频；所述接收机分别将X个混频后的信号进行傅里叶变换；所述接收机估算X个傅里叶变换后的信号的峰值最大的信号对应的加速度为最佳加速度。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：宋挥师，徐雄伟，刘航，赵海龙，刘晓燕，孙涛，
申请(专利权)人：大唐半导体设计有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11