技術(shù)特征：

1.一種用于GNSS信號(hào)跟蹤的多更新速率卡爾曼載波跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，接收到的GNSS信號(hào)依次經(jīng)過(guò)接收機(jī)中的天線、射頻前端、AD轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)r(t)；

步驟2，本地載波生成裝置NCO(NCO:Numerically Controlled Oscillator)產(chǎn)生頻率控制字為f_NCO的兩路信號(hào)，分別為同相信號(hào)s_I(t)和正交信號(hào)s_Q(t)，具體為：

s_I(t)＝cos(2πf_NCO·t)

s_Q(t)＝-sin(2πf_NCO·t)

本地偽碼生成裝置產(chǎn)生導(dǎo)頻支路偽碼信號(hào)c_p(t)和數(shù)據(jù)支路偽碼信號(hào)c_d(t)；

將數(shù)字中頻信號(hào)分為相同的兩路信號(hào)，一路信號(hào)與同相信號(hào)相乘混合為s_I(t)·r(t)，再分別與導(dǎo)頻支路偽碼信號(hào)、數(shù)據(jù)支路偽碼信號(hào)相乘混合后，得到信號(hào)為s_I(t)·c_p(t)·r(t)、s_I(t)·c_d(t)·r(t)；另一路信號(hào)與正交信號(hào)相乘混合為s_Q(t)·r(t)，再分別與導(dǎo)頻支路偽碼信號(hào)、數(shù)據(jù)支路偽碼信號(hào)相乘混合后，得到信號(hào)為s_Q(t)·c_p(t)·r(t)、s_Q(t)·c_d(t)·r(t)；

步驟3，相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)處理，設(shè)定相干積分時(shí)間為T_c，對(duì)所述步驟2中的信號(hào)s_I(t)·c_p(t)·r(t)、s_Q(t)·c_p(t)·r(t)、s_I(t)·c_d(t)·r(t)、s_Q(t)·c_d(t)·r(t)分別進(jìn)行相關(guān)處理得到輸出信號(hào)分別為I_p,k，Q_p,k，I_d,k，Q_d,k，其中下標(biāo)k表示跟蹤環(huán)路中第k個(gè)跟蹤歷元，每個(gè)歷元對(duì)應(yīng)的時(shí)長(zhǎng)為T_c，故輸出信號(hào)的積分區(qū)間為(k-1)·T_c到k·T_c，具體結(jié)果如下：

$I_{p,k}={\∫}_{\left(k-1\right)\·T_c}^{k\·T_c}{s}_I\left(t\right)\·c_p\left(t\right)\·r\left(t\right)dt$

$Q_{p,k}={\∫}_{(k-1)\·T_c}^{k\·T_c}{s}_Q\left(t\right)\·c_p\left(t\right)\·r\left(t\right)dt$

$I_{d,k}={\∫}_{\left(k-1\right)\·T_c}^{k\·T_c}{s}_I\left(t\right)\·c_d\left(t\right)\·r\left(t\right)dt$

$Q_{d,k}={\∫}_{(k-1)\·T_c}^{k\·T_c}{s}_Q\left(t\right)\·c_d\left(t\right)\·r\left(t\right)dt$

步驟4，鑒別器處理，鑒別器包括數(shù)據(jù)支路鑒相器(記為第一鑒別器)，導(dǎo)頻支路鑒相器(記為第二鑒別器)，導(dǎo)頻支路鑒頻器(記為第三鑒別器)，

所述步驟3中的相關(guān)器輸出信號(hào)I_d,k，Q_d,k輸入第一鑒別器，經(jīng)第一鑒別器處理后輸出為ε_d,θ,k；相關(guān)器輸出信號(hào)I_p,k分別輸入第二鑒別器和第三鑒別器，相關(guān)器輸出信號(hào)Q_p,k分別輸入第二鑒別器和第三鑒別器，經(jīng)第二鑒別器和第三鑒別器處理后分別輸出為ε_p,θ,k和ε_p,f,k；具體各輸出計(jì)算過(guò)程為：

${\mathrm{\ϵ}}_{d,\mathrm{\θ},k}=atan(\underset{i=k-N_{d,\mathrm{\θ}}+1}{\overset{k}{\Σ}}{Q}_{d,i}/\underset{i=k-N_{d,\mathrm{\θ}}+1}{\overset{k}{\Σ}}{I}_{d,i})$

${\mathrm{\ϵ}}_{p,\mathrm{\θ},k}=atan2(\underset{i=k-N_{p,\mathrm{\θ}}+1}{\overset{k}{\Σ}}{Q}_{p,i},\underset{i=k-N_{p,\mathrm{\θ}}+1}{\overset{k}{\Σ}}{I}_{p,i})$

${\mathrm{\ϵ}}_{p,f,k}=\frac{atan2(I_1{Q}_2-Q_1{I}_2,I_1{I}_2+Q_1{Q}_2)}{N_{p,f}\·T_c}$

其中

$I_1=\underset{i=k-2\·N_{p,f}+1}{\overset{k-N_{p,f}}{\Σ}}{I}_{p,i}$

$I_2=\underset{i=k-N_{p,f}+1}{\overset{k}{\Σ}}{I}_{p,i}$

$Q_1=\underset{i=k-2\·N_{p,f}+1}{\overset{k-N_{p,f}}{\Σ}}{Q}_{p,i}$

$Q_2=\underset{i=k-N_{p,f}+1}{\overset{k}{\Σ}}{Q}_{p,i}$

其中，N_d,θ，N_p,θ，N_p,f分別表示三個(gè)鑒別器的相干積累次數(shù)；

步驟5，多更新速率卡爾曼濾波器MUKF(MUKF:Multiple Update-rate Kalman Filter)進(jìn)行濾波處理，將濾波結(jié)果反饋至載波生成裝置中用于更新頻率控制字f_NCO。

2.如權(quán)利要求1所述的一種用于GNSS信號(hào)跟蹤的多更新速率卡爾曼載波跟蹤方法，其特征在于，所述步驟5中MUKF濾波的具體過(guò)程為：

步驟51，根據(jù)鑒別器的輸出結(jié)果獲取量測(cè)信息，所述量測(cè)信息包括MUKF的新息增量Y_k,量測(cè)矩陣H_k，量測(cè)噪聲矩陣R_k,當(dāng)三個(gè)鑒別器的結(jié)果均有輸出時(shí)，計(jì)算表達(dá)式為：

$\left\{\begin{array}{c}{Y}_k=\[{\mathrm{\ϵ}}_{d,\mathrm{\θ},k};{\mathrm{\ϵ}}_{p,\mathrm{\θ},k};{\mathrm{\ϵ}}_{p,f,k}\]\\ H_k=\[H_{d,\mathrm{\θ}};H_{p,\mathrm{\θ}};H_{p,f}\]\\ R_k=diag(\[R_{d,\mathrm{\θ}};R_{p,\mathrm{\θ}};R_{p,f}\])\end{array}\right.$

H_d,θ，H_p,θ和H_p,f分別為三個(gè)鑒別器對(duì)應(yīng)的量測(cè)矩陣，具體為：

$H_{d,\mathrm{\θ}}=\left[\begin{array}{ccc}1& \frac{-(N_{d,\mathrm{\θ}}-2)\·T_c}{2}& \frac{(N_{d,\mathrm{\θ}}^2-3\·N_{d,\mathrm{\θ}}+3)\·T_c^2}{6}\end{array}\right]$

$H_{p,\mathrm{\θ}}=\left[\begin{array}{ccc}1& \frac{-(N_{p,\mathrm{\θ}}-2)\·T_c}{2}& \frac{(N_{p,\mathrm{\θ}}^2-3\·N_{p,\mathrm{\θ}}+3)\·T_c^2}{6}\end{array}\right]$

$H_{p,f}=\left[\begin{array}{ccc}0& 1& \frac{-(N_{p,\mathrm{\θ}}-2)\·T_c}{2}\end{array}\right]$

R_d,θ，R_p,θ和R_p,f分別為三個(gè)鑒別器輸出結(jié)果的噪聲方差，具體為：

$R_{d,\mathrm{\θ}}={\left(\frac{1}{2\mathrm{\π}}\right)}^2\·\frac{1}{2\·C/N_0\·N_{d,\mathrm{\θ}}\·T_c}\·(1+\frac{1}{2\·C/N_0\·N_{d,\mathrm{\θ}}\·T_c})$

$R_{p,\mathrm{\θ}}={\left(\frac{1}{2\mathrm{\π}}\right)}^2\·\frac{1}{2\·C/N_0\·N_{p,\mathrm{\θ}}\·T_c}\·(1+\frac{1}{2\·C/N_0\·N_{p,\mathrm{\θ}}\·T_c})$

$R_{p,f}={\left(\frac{1}{2{\mathrm{\πT}}_c}\right)}^2\·\frac{1}{C/N_0\·N_{p,f}\·T_c}\·(1+\frac{1}{C/N_0\·N_{p,f}\·T_c})$

其中C/N₀為信號(hào)載噪比，當(dāng)某跟蹤歷元中僅有其中一個(gè)或兩個(gè)鑒別器的結(jié)果輸出時(shí)，Y_k，H_k和R_k只取對(duì)應(yīng)項(xiàng)的組合值；

步驟52，MUKF跟蹤濾波迭代過(guò)程，具體如下：

濾波器的系統(tǒng)方程為：

X_k+1＝Φ·X_k+w_k

其中X_k＝[θ_k,f_k,α_k]^T，表示第k個(gè)歷元時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)向量，θ_k、f_k、α_k分別表示信號(hào)的載波相位、頻率和頻率變化率，單位分別為周、Hz和Hz/s；w_k＝[ω_rf·w_b ω_rf·w_d (ω_rf/c)·w_a]^T表示系統(tǒng)噪聲，w_b和w_d分別為由接收機(jī)中晶體振蕩器的引起的相位噪聲和頻率噪聲,其噪聲譜密度分別為q_b和q_d；w_a是系統(tǒng)頻率變化率噪聲，其功率譜密度為q_a；ω_rf是載波頻率，c表示光速；Φ是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，具體為：

$\mathrm{\Φ}=\left[\begin{array}{ccc}1& T_c& T_c^2/2\\ 0& 1& T_c\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

Q是w_k對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣，具體為：

$\begin{array}{c}Q={\mathrm{\ω}}_{rf}^2{q}_b\left[\begin{array}{ccc}{T}_c& 0& 0\\ 0& 0& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]+{\mathrm{\ω}}_{rf}^2{q}_d\left[\begin{array}{ccc}{T_c}^3/3& {T_c}^2/2& 0\\ {T_c}^2/2& T_c& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\\ +{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_{rf}}{c}\right)}^2{q}_a\left[\begin{array}{ccc}{T_c}^5/20& {T_c}^4/8& {T_c}^3/6\\ {T_c}^4/8& {T_c}^3/3& {T_c}^2/2\\ {T_c}^3/6& {T_c}^2/2& T_c\end{array}\right]\end{array}$

根據(jù)步驟51中獲取的量測(cè)信息，MUKF濾波過(guò)程為：

Step 1：計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)向量預(yù)測(cè)值

$X_k^{-}=\mathrm{\Φ}\·X_{k-1}$

Step 2：計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣的預(yù)測(cè)值

$P_k^{-}=\mathrm{\Φ}\·P_{k-1}\·{\mathrm{\Φ}}^T+Q$

P_k-1表示系統(tǒng)狀態(tài)向量X_k-1的協(xié)方差矩陣，表示系統(tǒng)狀態(tài)向量X_k的協(xié)方差矩陣預(yù)測(cè)值；

Step 3：若當(dāng)前歷元時(shí)刻無(wú)鑒別器結(jié)果輸出，則轉(zhuǎn)至Step6，若當(dāng)前歷元至少有一個(gè)鑒別器輸出結(jié)果，則根據(jù)對(duì)應(yīng)量測(cè)信息中的R_k，H_k計(jì)算卡爾曼濾波器增益G_k：

$G_k=P_k^{-}\·{H_k}^T\·{(R_k+H_k\·P_k^{-}\·{H_k}^T)}^{-1}$

Step 4：根據(jù)新息Y_k更新系統(tǒng)狀態(tài)向量值X_k：

$X_k=X_k^{-}+G_k\·Y_k$

Step 5：更新系統(tǒng)狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣P_k：

$P_k=P_k^{-}-G_k\·H_k\·P_k^{-}$

Step 6：無(wú)鑒別器結(jié)果輸出時(shí)，直接將預(yù)測(cè)結(jié)果作為當(dāng)前歷元的估計(jì)結(jié)果，即：

$X_k=X_k^{-}$

$P_k=P_k^{-}$

步驟53，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)向量X_k的估計(jì)結(jié)果，反饋輸出至本地載波生成裝置NCO用于更新頻率控制字f_NCO，即：

f_NCO＝f_k

其中f_k為向量X_k中的第二個(gè)元素，即信號(hào)載波頻率；至此，完成了一次MUKF的濾波處理過(guò)程。

3.一種用于GNSS信號(hào)跟蹤的多更新速率卡爾曼載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，包括本地載波生成裝置NCO(1)、本地偽碼生成裝置(2)、6個(gè)乘法器(3,4,5,6,7,8)、4個(gè)相關(guān)器(9,10,11,12)、3個(gè)鑒別器(13,14,15)和1個(gè)MUKF(16)；

通過(guò)本地載波生成裝置NCO產(chǎn)生同相信號(hào)和正交信號(hào)，第一乘法器(3)和第二乘法器(4)將數(shù)字中頻信號(hào)與同相信號(hào)、正交信號(hào)分別進(jìn)行乘運(yùn)算得到混合信號(hào)s_I(t)·r(t)和s_Q(t)·r(t)；第三乘法器(5)將s_I(t)·r(t)與本地偽碼生成裝置產(chǎn)生導(dǎo)頻支路偽碼信號(hào)進(jìn)行乘運(yùn)算后輸出至第一相關(guān)器(9)，第四乘法器(6)將s_Q(t)·r(t)與本地偽碼生成裝置產(chǎn)生導(dǎo)頻支路偽碼信號(hào)進(jìn)行乘運(yùn)算后輸出至第二相關(guān)器(10)，第五乘法器(7)將s_Q(t)·r(t)與本地偽碼生成裝置產(chǎn)生數(shù)據(jù)支路偽碼信號(hào)進(jìn)行乘運(yùn)算后輸出至第三相關(guān)器(11)，第六乘法器(8)將s_I(t)·r(t)與本地偽碼生成裝置產(chǎn)生數(shù)據(jù)支路偽碼信號(hào)進(jìn)行乘運(yùn)算后輸出至第四相關(guān)器(12)；第一相關(guān)器(9)和第二相關(guān)器(10)的輸出作為第一鑒別器(13)的輸入，第三相關(guān)器(11)和第四相關(guān)器(12)的輸出作為第二鑒別器(14)和第三鑒別器(15)的輸入；第一鑒別器，第二鑒別器和第三鑒別器的輸出作為MUKF的輸入；所述MUKF的輸出結(jié)果反饋至本地載波生成裝置NCO，用于更新本地載波生成裝置NCO的振蕩頻率。