[发明专利]一种惯性信息辅助的卫星接收机基带信号处理方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到卫星导航和GNSS/INS组合导航系统领域，特指一种利用惯性信息辅助卫星基带信号处理方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)主要包括美国的GPS(Global Positioning System)、俄罗斯的GLONAS S(GLObal NAvigation Satellites System)、欧洲的Galileo以及我国的北斗导航系统等，具有全球性、全天候、连续的、实时的精密三维导航与定位能力，且其误差不随时间发散，但是易受遮挡和干扰。

惯性导航系统(INS，Inertial Navigation System)是一种完全自主的导航系统，具有不依赖外界信息、隐蔽性好、抗辐射性强、全天候等优点，且能实时提供多种导航参数如位置、速度、姿态等。但INS存在陀螺仪、加速度计等器件误差，使得定位误差随时间而积累。根据INS和GNSS导航功能互补的特点，以适当的方法将两者组合来提高系统的整体导航精度及导航性能。

在高动态、超高动态的应用背景下，单独的GNSS接收机难以正常工作，其主要问题是接收机载波环路的动态性不足以跟踪高动态卫星载波信号的多普勒变化，甚至已跟踪的信号也会发生失锁。跟踪的动态性要求带宽越宽越好，这样就能够适应载体产生的大的速度、加速度以及加加速度的情况；而过大的带宽必然引入更大的噪声，使得信号的输出信噪比降低，从而降低了导航系统的跟踪灵敏度。利用惯性信息辅助GNSS接收机的跟踪，可提高跟踪环路的动态性能，同时保证跟踪精度满足导航数据解码的要求，是解决接收机适应高动态以及超高动态需求的有效途径。

对于惯性信息辅助接收机环路跟踪问题，大量学者进行了相关研究。他们的研究主要针对惯性信息辅助的2阶或者3阶PLL环路，如Soloviev应用360°/h精度的陀螺与2mg精度的加速度计组成的INS，有效辅助跟踪15dB/Hz的GPS信号，在高动态条件下缺乏验证；Alban给出了INS辅助的多普勒与接收机时钟误差的估计方法，提高了系统精度与鲁棒性。

但是，目前惯性信息辅助的GNSS基带信号处理方法主要采用2阶或者3阶PLL跟踪载波信号，存在以下不足：当惯性误差较大时，跟踪鲁棒性较差，难以满足航天、航空日益迫切的高动态和高精度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种动态性高、跟踪误差小、鲁棒性好、适用范围广的惯性信息辅助的卫星接收机基带信号处理方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种惯性信息辅助的卫星接收机基带信号处理方法，包括以下步骤：

(1)建立适用于高动态4阶PLL载波跟踪环的状态空间方程，其中以载波相位估计值多普勒频移多普勒频移率多普勒频移加速度作为状态变量，以载波相位鉴相器的输出作为测量值；

(2)使用4阶PLL载波跟踪环模型和预测估计方法估计载波相位及多普勒频移，用于计算载波NCO控制量

(3)引入惯性辅助信息计算载体至卫星视线速度，得到当前多普勒频移用以辅助载波环路的跟踪，并计算载波NCO控制量

(4)使用4阶PLL载波跟踪环估计的多普勒频移辅助码跟踪环，码跟踪环采用2阶DLL。

作为本发明的进一步改进：

所述步骤(1)的4阶PLL状态空间方程的状态矢量为其中，为第k时刻的载波相位，为第k时刻的多普勒频移，为第k时刻的多普勒频移率，为第k时刻的多普勒频移加速度。

所述步骤(3)根据惯性信息计算载体至卫星视线速度，得到多普勒公式为：