一种低更新频度的卫星导航载波跟踪方法技术
A satellite navigation carrier tracking method with low update frequency
Carrier tracking method of satellite navigation software receiver of the invention discloses a low frequency processing, the invention in the carrier tracking loop single processing cycle, GPU also completed several pre detection and accumulation, according to a number of related accumulated value to estimate the carrier phase and Doppler frequency error prediction; CPU as the measurement of Kalman filter and the predicted values are corrected after the relevant cumulative parameter after the loop filtering configuration cycle of GPU, the final completion of carrier tracking loop. Compared with the traditional carrier tracking algorithm, the invention can ensure the stability and accuracy of the carrier loop tracking under the lower processing frequency.
【技术实现步骤摘要】
一种低更新频度的卫星导航载波跟踪方法
本专利技术涉及卫星导航
，具体的说是一种低更新频度的卫星导航载波跟踪方法，可运用在基于GPU(图形处理单元)的卫星导航软件接收机或者其他基于GPU的软件无线电接收机中。
技术介绍
载波跟踪是卫星导航接收机信号处理中的关键环节，其稳定性和精度直接决定了接收机的性能。GPU具有并行计算能力强，开发高效灵活等诸多优势，因此在卫星导航软件接收机中得到广泛的应用。在基于GPU的卫星导航软件接收机中，载波跟踪环路通常由CPU(中央处理器)完成环路处理，GPU完成相关累加。如果载波跟踪环路仍采用1毫秒更新频度的传统方法，就会出现GPU为了频繁与CPU同步而导致其计算效率严重降低的问题。因此为了提高GPU的计算并行度，增加同时可接收的卫星数，载波跟踪环路需要尽可能降低CPU与GPU的交互频度。传统载波跟踪算法的环路处理具有较高的频度，可以保证相关累加过程中载波相位误差在鉴相器的收敛区间内。在降低环路处理频度的情况下，星地间相对运动以及钟漂等因素将不可避免地导致相关累加期间积累较大的载波相位误差。当载波相位误差超过鉴相器的牵引范围时，载波...
【技术保护点】
一种低处理频度的卫星导航软件接收机载波跟踪方法，其特征在于，在单个载波跟踪环路的处理周期内，包括以下步骤：GPU根据CPU设置的前一处理周期载波跟踪环路状态向量的估计值，预测每个预检测积累周期内每个采样点的载波相位、多普勒频率以及多普勒频率变化率，并生成本地复现载波；同时，GPU根据CPU设置的前一处理周期伪码跟踪环路状态向量的估计值，预测每个预检测积累周期内每个采样点的伪码相位，并生成本地复现伪码；GPU将所述本地复现载波和本地复现伪码，与接收信号进行相关累加，得到各预检测积累周期的相关累加值；GPU根据得到的相关累加值估计出载波相位预测误差和多普勒频率预测误差，并传输给...
【技术特征摘要】
1.一种低处理频度的卫星导航软件接收机载波跟踪方法，其特征在于，在单个载波跟踪环路的处理周期内，包括以下步骤：GPU根据CPU设置的前一处理周期载波跟踪环路状态向量的估计值，预测每个预检测积累周期内每个采样点的载波相位、多普勒频率以及多普勒频率变化率，并生成本地复现载波；同时，GPU根据CPU设置的前一处理周期伪码跟踪环路状态向量的估计值，预测每个预检测积累周期内每个采样点的伪码相位，并生成本地复现伪码；GPU将所述本地复现载波和本地复现伪码，与接收信号进行相关累加，得到各预检测积累周期的相关累加值；GPU根据得到的相关累加值估计出载波相位预测误差和多普勒频率预测误差，并传输给CPU；CPU将所述载波相位预测误差和多普勒频率预测误差作为Kalman滤波器的观测量，经过环路滤波后，得到修正后的载波相位、载波多普勒频率和载波多普勒频率变化率的估计值；CPU将修正后的载波相位、载波多普勒频率和载波多普勒频率变化率的估计值作为当前处理周期载波跟踪环路状态向量的估计值传给GPU；GPU开始下一载波跟踪环路的处理周期的处理，最终完成载波环路跟踪。2.根据权利要求1所述的一种低处理频度的卫星导航软件接收机载波跟踪方法，其特征在于，所述GPU根据CPU设置的前一处理周期载波跟踪环路状态向量sn-1的估计值为：其中，表示(n-1)Tu时刻的载波相位θn-1的估计值，表示(n-1)Tu时刻的载波多普勒频率fn-1的估计值，表示(n-1)Tu时刻的载波多普勒频率变化率an-1的估计值，Tu表示载波环路更新周期。3.根据权利要求1所述的一种低处理频度的卫星导航软件接收机载波跟踪方法，其特征在于，所述预测每个预检测积累周期内每个采样点的载波相位、多普勒频率和多普勒频率变化率，包括以下步骤：GPU将CPU写入的(n-1)Tu时刻载波跟踪环路状态向量的估计值作为预测过程的初值，计算(n-1)Tu～nTu时间段内第0个预检测积累周期每个采样点对应的载波相位、多普勒频率和多普勒频率变化率的预测值：其中，所述(n-1)Tu～nTu时间段内第0个预检测积累周期的时间段为(n-1)Tu～nTu+Tc，Tc表示预检测积累周期，Tu表示载波环路更新周期，fR表示载波频率的标称值，Ts表示采样周期，k表示预检测积累周期内采样点的序号，其范围是0～N-1，N＝Tc/Ts，表示预检测积累周期内的采样点数，θn|n-1[k]是(n-1)Tu～nTu时间段内第0个预检测积累周期第k个采样点的载波相位的预测值，fn|n-1[k]是(n-1)Tu～nTu时间段内第0个预检测积累周期第k个采样点的多普勒频率的预测值、an|n-1[k]是(n-1)Tu～nTu时间段内第0个预检测积累周期第k个采样点的多普勒频率变化率的预测值，表示(n-1)Tu时刻的载波相位θn-1的估计值，表示(n-1)Tu时刻的载波多普勒频率fn-1的估计值，表示(n-1)Tu时刻的载波多普勒频率变化率an-1的估计值；在(n-1)Tu～nTu时间段内，根据下述表达式递推得到第i个预检测积累周期每个采样点对应的载波相位、多普勒频率和多普勒频率变化率的预测值：θn|n-1[iN+k]＝θn|n-1[(i-1)N]+fn|n-1[(i-1)N]Tc+kfBTsfn|n-1[iN+k]＝fn|n-1[(i-1)N]+an|n-1[(i-1)N]Tcan|n-1[iN+k]＝an|n-1[(i-1)N]其中，i表示(n-1)Tu～nTu时间段内预检测积累周期的序号，其范围是1～r-1，r＝Tu/Tc，表示每个处理周期内预检测积累周期总数，θn|n-1[iN+k]是(n-1)Tu～nTu时间段内第i个预检测积累周期第k个采样点的载波相位的预测值，fn|n-1[iN+k]是(n-1)Tu～nTu时间段内第i个预检测积累周期第k个采样点的多普勒频率的预测值，an|n-1[iN+k]是(n-1)Tu～nTu时间段内第i个预检测积累周期第k个采样点的多普勒频率变化率的预测值，θn|n-1[(i-1)N]是(n-1)Tu～nTu时间段内第i-1个预检测积累周期第0个采样点的载波相位的预测值，fn|n-1[(i-1)N]是(n-1)Tu～nTu时间段内第i-1个预检测积累周期第0个采样点的多普勒频率的预测值，an|n-1[(i-1)N]是(n-1)Tu～nTu时间段内第i-1个预检测积累周期第0个采样点的多普勒频率的预测值。4.根据权利要求1所述的一种低处理频度的卫星导航软件接收机载波跟踪方法，其特征在于，所述本地复现载波为：LOc[iN+k]＝cos(θn|n-1[iN+k])LOs[iN+k]＝sin(θn|n-1[iN+k])其中，LOc[iN+k]和LOs[iN+k]表示(n-1)Tu～nTu时间段内第i个预检测积累周期第k个采样点对应的本地复现载波的实部和虚部，cos(·)和sin(·)分别表示正弦和余弦函数，θn|n-1[iN+k]是(n-1)Tu～nTu时间段内第i个预检测积累周期第k个采样点的载波相位的预测值。5.根据权利要求1所述的一种低处理频度的卫星导航软件接收机...
【专利技术属性】
技术研发人员：屈晓阳，马学新，潘芳香，杨国锋，易枝独秀，赵芳芳，
申请(专利权)人：湖南跨线桥航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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