[发明专利]基于四维UKF的高动态GNSS载波的开环补偿跟踪方法

权利要求书

1.基于四维UKF的高动态GNSS载波的开环补偿跟踪方法，其特征是：它由以下步骤完成：

步骤一：采用1ms的数据对数字中频信号进行码相位捕获，获得码相位值，采用10ms的数据对所述数字中频信号进行频率捕获，获得频率偏移值，将所述频率偏移值给UKF滤波器赋初值；同时将所得码相位值给本地码跟踪环赋初值并进行本地码跟踪，获得本地码跟踪结果；

步骤二：将频率为f_c的本地载波信号分别同时经SIN映射和COS映射后获得两路信号，所述两路信号分别与数字中频信号相乘获得信号I和信号Q，所述信号I和信号Q的表达式分别为：

所述P为本地载波信号的接收功率，D(t)为周期为20ms的导航电文，C_PRN(t)为扩频码，R_b为伪码速率，ξ为高动态引起的码速率偏移，τ为接收扩频码的相位延迟，w_c为本地载波频率，w_d为本地载波信号的多普勒频移，Φ₀为本地载波信号的初始相位，N(t)为高斯白噪声；

步骤三：将步骤二获得的信号I和信号Q分别与步骤一中获得的本地码跟踪结果相乘，并对相乘后的结果进行积分清洗，累积积分时间至一个码周期后分别获得信号I_p和信号Q_p，所述信号I_p和信号Q_p的表达式为：

I_p(t)＝AD(t)[sin(w_dt+Φ₀)]+N_p(t)

Q_p(t)＝AD(t)[cos(w_dt+Φ₀)]+N_p(t)式中A为信号幅度，N_p(t)为经积分清洗后的加性高斯噪声；

所述本地码跟踪为同步跟踪；

步骤四：将步骤三获得的信号I_p和信号Q_p进行二倍相位转换，获得滤波器观测信号I_Y和Q_Y，所述信号I_Y和Q_Y的表达式分别为：

I_Y＝A²D(t)²sin2(w_dt+Φ₀)+N_Y

Q_Y＝A²D(t)²cos2(w_dt+Φ₀)+N_Y

式中，N_Y是经积分清洗后的加性高斯噪声N_p(t)进行二倍相位转换后的噪声； 

步骤五：调整UKF滤波器的参数，对高动态的载波信号过程进行跟踪，所述参数为四个状态变量：载波相位θ、多普勒频移w_d、多普勒频移一阶变化率 和多普勒频移二阶变化率 

步骤六：采用补偿器对UKF滤波器的四个状态变量进行输出补偿，获得补偿后的结果θ_k，并将补偿后的结果θ_k代入公式：

D_k＝I_p，k sin(θ_k)+Q_p.k cos(θ_k)＝D(t_k)cos(Δθ)进行数据解调，获得解调结果D_k；

式中，I_p，k是I_p路信号在当前时刻k下的采样值；Q_p，k是Q_p路信号在当前时刻k下的采样值；Δθ是相位误差；D(t_k)是t_k时刻下的解调结果；

步骤五中调整UKF滤波器参数的方法是：UKF滤波器的状态变量为载波相位θ、多普勒频移w_d、多普勒频移一阶变化率 和二阶变化率 调整时间间隔dt为1ms，当前时刻为k，UKF滤波器中上述状态变量满足关系式：

式中W为系统噪声；

观测向量 与上述状态向量的关系为：

式中R为测量噪声；

步骤六所述补偿器对UKF滤波器的四个状态变量的输出补偿是根据公式：

进行的。