【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星导航领域，具体为一种基于环境感知的卫星导航信号的双环路跟踪方法。
技术介绍
1、当前，基于位置信息的应用出现了爆发式增长，人们对全球导航卫星系统(globalnavigation satellite system,gnss)的需求不断增多，对gnss接收机性能的要求也逐渐提高。尤其在城市场景中，gnss接收机的应用环境十分复杂，存在着多种应用环境，不同环境会带来不同问题，例如多径干扰、信号衰减和信号遮挡等问题。
2、针对上述每一种问题，目前已提出了很多对应的信号接收方法，并且在gnss接收机中得到了应用，但当前的gnss接收机由于技术复杂度或是硬件资源限制等因素，采用的信号接收技术比较单一，导致现有gnss接收机往往只能够应对某一种特定环境下的问题，当环境变化时，接收机会因为无法适应新环境而降低性能，甚至无法正常工作，不能够应对多种环境的问题，缺乏自适应环境的能力。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，使接收机能够感知环境的变化，并能够根据环境自适应地调整信号的跟踪方式，本专利技术提出一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，以增强gnss接收机在复杂环境应用时的自适应能力。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，包括以下步骤：
4、步骤1：根据卫星导航信号特征识别环境类型：
5、基于可见卫星数量或载噪比判断环境是否为遮挡环境；基于信号相关峰的对称性判
6、步骤2：根据步骤1识别的环境类型，选择相应的信号跟踪方式：
7、在开阔环境下，接收机采用标量跟踪模式，采用相位锁定环路pll跟踪卫星导航信号的载波，采用延时锁定环dll跟踪卫星导航信号的伪码；
8、当检测到某个接收通道的信号被遮挡或存在多径干扰时，将该接收通道的信号接收方式切换为矢量跟踪模式，采用基于矢量跟踪环路的矢量频率锁定环路vfll跟踪载波的频率，采用矢量码相位锁定环路vdll跟踪伪码；
9、当检测到高动态时，采用矢量跟踪环路中估计的载波频差叠加到标量跟踪环路中的相位锁定环路pll上，辅助相位锁定环路pll跟踪载波。
10、进一步，所述相位锁定环路pll由第一混频器、载波相位鉴别器、载波环路滤波器和第一载波数控振荡器(nco)组成；第一混频器将接收的中频导航信号和本地载波信号相乘生成零中频的基带信号；载波相位鉴别器将基带信号作为输入，计算得到接收信号与本地载波信号的载波相位差；载波环路滤波器对相位差进行滤波，生成载波频差；第一载波nco根据载波频差生成新的本地载波信号，输出到第一混频器中，形成载波跟踪环路。
11、进一步，所述延时锁定环dll由第一相关器、第一码相位鉴别器、码环路滤波器和第一码nco组成；第一相关器将混频后的信号和本地伪码信号相乘后进行累加，得到包含码相位差的解扩信号；第一码相位鉴别器基于非相干超前减滞后幅值法对解扩信号进行计算，得到码相位差；码环路滤波器对码相位差进行滤波，生成伪码的频率误差；第一码nco根据伪码的频率误差生成新的本地伪码，输出到第一相关器中，形成伪码跟踪环路。
12、进一步，所述矢量频率锁定环路vfll由第二混频器、载波频率鉴别器、第二载波nco、导航滤波器和载波频率预测模块组成；第二混频器将中频导航信号和本地载波信号相乘生成零中频的基带信号；载波频率鉴别器根据第二混频器的输出，采用四象性反正切函数计算得到载波频差，并将其输出给导航滤波器；导航滤波器中完成导航解算，输出位置、速度、时钟误差和星历；载波频率预测模块基于导航滤波器的输出，估算出新的载波频率；第二载波nco根据估算的载波频率生成新的本地载波信号，输出到第二混频器中，形成矢量频率锁定环路。
13、进一步，所述矢量码相位锁定环路vdll由第二相关器、第二码相位鉴别器、第二码nco、导航滤波器和伪码预测模块组成；第二相关器将混频后的信号和本地伪码信号相乘后进行累加，得到包含码相位差的解扩信号；第二码相位鉴别器基于非相干超前减滞后幅值法对解扩信号进行计算，得到码相位差；导航滤波器中完成导航解算，输出位置、速度、时钟误差和星历；伪码预测模块基于导航滤波器的输出预测新的伪码频率和伪码相位；第二码nco根据预测的伪码频率和伪码相位生成新的本地伪码，输出到第二相关器中，形成矢量码相位锁定环路。
14、进一步的，步骤1中，如果可见卫星的数量小于4颗，或信号的载噪比小于30db-hz，则判断环境为遮挡环境。
15、进一步的，步骤1中，基于斜率对称算法计算信号相关峰两边斜率之和，如果计算结果的绝对值不小于设定阈值，则判断环境为多径环境。
16、进一步的，步骤1中，如果载波频差大于或等于pll能够跟踪的最大频差，则判断接收机处于高动态状态。
17、进一步的，所述第一混频器与所述第二混频器共用同一混频器；所述第一载波nco与所述第二载波nco共用同一载波nco；所述第一相关器与所述第二相关器共用同一相关器；所述第一码相位鉴别器与所述第二码相位鉴别器共用同一码相位鉴别器；所述第一码nco与所述第二码nco共用同一码nco。
18、有益效果
19、本专利技术针对目前gnss接收机往往只能够应对某一特定环境的问题，提出了一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，首先根据导航信号的特征来识别环境的类型，例如，室外开阔环境、遮挡环境或多径干扰环境等；然后根据所识别的环境类型来决定选择或是融合两种跟踪环路的信息，更好地实现对导航信号的跟踪。两种跟踪环路分别为标量跟踪环路和矢量跟踪环路：标量跟踪环路是传统gnss接收机中普遍采用的信号跟踪技术，它实现对导航信号载波和伪码的跟踪锁定，尤其是能够跟踪载波相位，跟踪精度高；矢量跟踪环路也能够对导航信号的载波和伪码进行跟踪，而且具有跟踪弱信号、抑制多径干扰和桥接遮挡信号的优势，在恶劣环境下的鲁棒性强。因此本专利技术实现了导航接收机自适应地识别其所处的环境类型，并根据环境类型，能够选择合适的信号跟踪方式，增强对信号的跟踪能力。
20、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述相位锁定环路PLL由第一混频器、载波相位鉴别器、载波环路滤波器和第一载波NCO组成；第一混频器将接收的中频导航信号和本地载波信号相乘生成零中频的基带信号；载波相位鉴别器将基带信号作为输入，计算得到接收信号与本地载波信号的载波相位差；载波环路滤波器对相位差进行滤波，生成载波频差；第一载波NCO根据载波频差生成新的本地载波信号，输出到第一混频器中，形成载波跟踪环路。
3.根据权利要求2所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述延时锁定环DLL由第一相关器、第一码相位鉴别器、码环路滤波器和第一码NCO组成；第一相关器将混频后的信号和本地伪码信号相乘后进行累加，得到包含码相位差的解扩信号；第一码相位鉴别器基于非相干超前减滞后幅值法对解扩信号进行计算，得到码相位差；码环路滤波器对码相位差进行滤波，生成伪码的频率误差；第一码NCO根据伪码的频率误差生成新的本地伪码，输出到第一相关器中，
4.根据权利要求1所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述矢量频率锁定环路VFLL由第二混频器、载波频率鉴别器、第二载波NCO、导航滤波器和载波频率预测模块组成；第二混频器将中频导航信号和本地载波信号相乘生成零中频的基带信号；载波频率鉴别器根据第二混频器的输出，采用四象性反正切函数计算得到载波频差，并将其输出给导航滤波器；导航滤波器中完成导航解算，输出位置、速度、时钟误差和星历；载波频率预测模块基于导航滤波器的输出，估算出新的载波频率；第二载波NCO根据估算的载波频率生成新的本地载波信号，输出到第二混频器中，形成矢量频率锁定环路。
5.根据权利要求4所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述矢量码相位锁定环路VDLL由第二相关器、第二码相位鉴别器、第二码NCO、导航滤波器和伪码预测模块组成；第二相关器将混频后的信号和本地伪码信号相乘后进行累加，得到包含码相位差的解扩信号；第二码相位鉴别器基于非相干超前减滞后幅值法对解扩信号进行计算，得到码相位差；导航滤波器中完成导航解算，输出位置、速度、时钟误差和星历；伪码预测模块基于导航滤波器的输出预测新的伪码频率和伪码相位；第二码NCO根据预测的伪码频率和伪码相位生成新的本地伪码，输出到第二相关器中，形成矢量码相位锁定环路。
6.根据权利要求1所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：步骤1中，如果可见卫星的数量少于4颗，或信号的载噪比小于30dB-Hz，则判断环境为遮挡环境。
7.根据权利要求1所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：步骤1中，基于斜率对称算法计算信号相关峰两边斜率之和，如果计算结果的绝对值不小于设定阈值，则判断环境为多径环境。
8.根据权利要求1所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：步骤1中，如果载波频差大于或等于PLL能够跟踪的最大频差，则判断接收机处于高动态状态。
9.根据权利要求3或5所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述第一混频器与所述第二混频器共用同一混频器；所述第一载波NCO与所述第二载波NCO共用同一载波NCO；所述第一相关器与所述第二相关器共用同一相关器；所述第一码相位鉴别器与所述第二码相位鉴别器共用同一码相位鉴别器；所述第一码NCO与所述第二码NCO共用同一码NCO。
...【技术特征摘要】
1.一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述相位锁定环路pll由第一混频器、载波相位鉴别器、载波环路滤波器和第一载波nco组成；第一混频器将接收的中频导航信号和本地载波信号相乘生成零中频的基带信号；载波相位鉴别器将基带信号作为输入，计算得到接收信号与本地载波信号的载波相位差；载波环路滤波器对相位差进行滤波，生成载波频差；第一载波nco根据载波频差生成新的本地载波信号，输出到第一混频器中，形成载波跟踪环路。
3.根据权利要求2所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述延时锁定环dll由第一相关器、第一码相位鉴别器、码环路滤波器和第一码nco组成；第一相关器将混频后的信号和本地伪码信号相乘后进行累加，得到包含码相位差的解扩信号；第一码相位鉴别器基于非相干超前减滞后幅值法对解扩信号进行计算，得到码相位差；码环路滤波器对码相位差进行滤波，生成伪码的频率误差；第一码nco根据伪码的频率误差生成新的本地伪码，输出到第一相关器中，形成伪码跟踪环路。
4.根据权利要求1所述一种基于环境感知的卫星导航信号双环路跟踪方法，其特征在于：所述矢量频率锁定环路vfll由第二混频器、载波频率鉴别器、第二载波nco、导航滤波器和载波频率预测模块组成；第二混频器将中频导航信号和本地载波信号相乘生成零中频的基带信号；载波频率鉴别器根据第二混频器的输出，采用四象性反正切函数计算得到载波频差，并将其输出给导航滤波器；导航滤波器中完成导航解算，输出位置、速度、时钟误差和星历；载波频率预测模块基于导航滤波器的输出，估算出新的载波频率；第二载波nco根据估算的载波频率生成新的本地载波信号，输出到...
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