專利名稱：一種慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到衛(wèi)星導航和GNSS/INS組合導航系統(tǒng)領域，特指一種利用慣性信息輔助衛(wèi)星基帶信號處理方法。
背景技術：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS,GlobalNavigation Satellite System)主要包括美國StJGPS (Global Positioning System)、俄羅斯的GLONAS S(GLObal NAvigation SatellitesSystem)、歐洲的Galileo以及我國的北斗導航系統(tǒng)等,具有全球性、全天候、連續(xù)的、實時的精密三維導航與定位能力，且其誤差不隨時間發(fā)散，但是易受遮擋和干擾。慣性導航系統(tǒng)(INS, Inertial Navigation System)是一種完全自主的導航系統(tǒng)，具有不依賴外界信息、隱蔽性好、抗輻射性強、全天候等優(yōu)點，且能實時提供多種導航參數(shù) 如位置、速度、姿態(tài)等。但INS存在陀螺儀、加速度計等器件誤差，使得定位誤差隨時間而積累。根據(jù)INS和GNSS導航功能互補的特點，以適當?shù)姆椒▽烧呓M合來提高系統(tǒng)的整體導航精度及導航性能。在高動態(tài)、超高動態(tài)的應用背景下，單獨的GNSS接收機難以正常工作，其主要問題是接收機載波環(huán)路的動態(tài)性不足以跟蹤高動態(tài)衛(wèi)星載波信號的多普勒變化，甚至已跟蹤的信號也會發(fā)生失鎖。跟蹤的動態(tài)性要求帶寬越寬越好，這樣就能夠適應載體產(chǎn)生的大的速度、加速度以及加加速度的情況；而過大的帶寬必然引入更大的噪聲，使得信號的輸出信噪比降低，從而降低了導航系統(tǒng)的跟蹤靈敏度。利用慣性信息輔助GNSS接收機的跟蹤，可提高跟蹤環(huán)路的動態(tài)性能，同時保證跟蹤精度滿足導航數(shù)據(jù)解碼的要求，是解決接收機適應聞動態(tài)以及超聞動態(tài)需求的有效途徑。對于慣性信息輔助接收機環(huán)路跟蹤問題，大量學者進行了相關研究。他們的研究主要針對慣性信息輔助的2階或者3階PLL環(huán)路，如Soloviev應用360° /h精度的陀螺與2mg精度的加速度計組成的INS，有效輔助跟蹤15dB/Hz的GPS信號，在高動態(tài)條件下缺乏驗證;Alban給出了 INS輔助的多普勒與接收機時鐘誤差的估計方法，提高了系統(tǒng)精度與魯棒性。但是，目前慣性信息輔助的GNSS基帶信號處理方法主要采用2階或者3階PLL跟蹤載波信號，存在以下不足當慣性誤差較大時，跟蹤魯棒性較差，難以滿足航天、航空日益迫切的高動態(tài)和高精度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題就在于針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種動態(tài)性高、跟蹤誤差小、魯棒性好、適用范圍廣的慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案一種慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法，包括以下步驟
(I)建立適用于高動態(tài)4階PLL載波跟蹤環(huán)的狀態(tài)空間方程，其中以載波相位估計值4、多普勒頻移、多普勒頻移率、多普勒頻移加速度作為狀態(tài)變量，以載波相
位鑒相器的輸出i,作為測量值；(2)使用4階PLL載波跟蹤環(huán)模型和預測估計方法估計載波相位及多普勒頻移，用于計算載波NCO控制量(3)引入慣性輔助信息計算載體至衛(wèi)星視線速度，得到當前多普勒頻移用以輔助載波環(huán)路的跟蹤，并計算載波NCO控制量；(4)使用4階PLL載波跟蹤環(huán)估計的多普勒頻移輔助碼跟蹤環(huán)，碼跟蹤環(huán)采用2階DLL。作為本發(fā)明的進一步改進所述步驟⑴的4階PLL狀態(tài)空間方程的狀態(tài)矢量為H C* 4l,其中為第k時刻的載波相位，為第k時刻的多普勒
頻移也為第k時刻的多普勒頻移率，為第k時刻的多普勒頻移加速度。所述步驟(3)根據(jù)慣性信息計算載體至衛(wèi)星視線速度，得到多普勒公式為
權利要求
1.一種慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟(1)建立適用于高動態(tài)4階PLL載波跟蹤環(huán)的狀態(tài)空間方程，其中以載波相位估計值It、多普勒頻移、多普勒頻移率4 、多普勒頻移加速度作為狀態(tài)變量，以載波相位鑒相器的輸出I作為測量值； (2)使用4階PLL載波跟蹤環(huán)模型和預測估計方法估計載波相位及多普勒頻移，用于計算載波NCO控制量 (3)引入慣性輔助信息計算載體至衛(wèi)星視線速度，得到當前多普勒頻移用以輔助載波環(huán)路的跟蹤，并計算載波NCO控制量I (4)使用4階PLL載波跟蹤環(huán)估計的多普勒頻移輔助碼跟蹤環(huán)，碼跟蹤環(huán)采用2階DLL。
2.根據(jù)權利要求I所述的慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法，其特征在于:所述步驟(I)的4階PLL狀態(tài)空間方程的狀態(tài)矢量為Xi ^eajt中，為第k時刻的載波相位，.為第k時刻的多普勒頻移，為第k時刻的多普勒頻移率，為第k時刻的多普勒頻移加速度。
3.根據(jù)權利要求I所述的慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法，其特征在于所述步驟(3)根據(jù)慣性信息計算載體至衛(wèi)星視線速度，得到多普勒公式為
4.根據(jù)權利要求3所述的慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法，其特征在于所述步驟(3)中載波NCO控制量的計算公式為
5.根據(jù)權利要求I 4中任意一項所述的慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法，其特征在于所述步驟(4)的多普勒頻移輔助碼跟蹤環(huán)方法為根據(jù)PLL狀態(tài)矢量的載波多普勒頻移4L,項計算當前的碼多普勒頻移# #，碼跟蹤環(huán)路采用典型的二階跟蹤環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種慣性信息輔助的衛(wèi)星接收機基帶信號處理方法，包括以下步驟(1)建立適用于高動態(tài)4階PLL載波跟蹤環(huán)的狀態(tài)空間方程；(2)使用4階PLL載波跟蹤環(huán)模型和預測估計方法估計載波相位及多普勒頻移，用于計算載波NCO控制量(3)引入慣性輔助信息計算載體至衛(wèi)星視線速度，得到當前多普勒頻移用以輔助載波環(huán)路的跟蹤，并計算載波NCO控制量(4)使用4階PLL載波跟蹤環(huán)估計的多普勒頻移輔助碼跟蹤環(huán)，碼跟蹤環(huán)采用2階DLL。本發(fā)明具有動態(tài)性高、跟蹤誤差小、魯棒性好、適用范圍廣等優(yōu)點。
文檔編號G01S19/29GK102830408SQ20121033534
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者唐康華, 何曉峰, 潘獻飛, 胡小平, 郭瑤, 羅兵, 羅勇 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學