[发明专利]一种高动态环境下GPS弱信号跟踪方法

权利要求书

1.一种高动态环境下GPS弱信号跟踪方法，其特征在于：由锁相环、锁频环、UKF滤波器组成，通过锁频环辅助锁相环和UKF进行组合来实现对高动态环境下微弱的信号进行跟踪的方法，通过下述步骤实现：

(1)锁相环由鉴别器(1)、环路滤波器(2)、数控振荡器(3)组成，通过鉴别器(1)鉴别出环路输出信号与输入信号之间的相位误差，实时调整本地信号的频率，进而实现本地信号对输入信号的跟踪；

(2)锁频环也由鉴别器(4)、环路滤波器(5)、数控振荡器(6)组成，鉴别器(4)主要是对信号频率进行鉴别，调整本地信号频率进行跟踪；

(3)通过锁相环和锁频环组合的方式实现二阶锁频环辅助三阶锁相环的方法，通过锁频环实现对高动态环境下多普勒频率更加鲁棒的跟踪，通过锁相环实现对多普勒频率更加紧密地跟踪；

(4)将信号用UKF滤波器来消除跟踪过程中的多路径效应，由UKF输出码相位补偿值和载波相位补偿值通过环路滤波器送给锁相环的数控振荡器(3)和锁频环的数控振荡器(6)，作为反馈调节值，对微弱信号进行锁定。

2.根据权利要求1所述的一种高动态环境下GPS弱信号跟踪方法，其特征是：中频信号和数控振荡器(6)的输出信号进行结合，再和本地即时码结合，通过积分清除操作生成I和Q两路信号，I路信号和锁相环数控振荡器(3)输出信号结合，通过锁相环鉴别器(1)进行比较后，将输入信号相位和数控振荡器(3)输出相位进行转换，得到误差电压，通过环路滤波器(2)消除高频噪声，用来控制数控振荡器(3)。

3.根据权利要求2所述的一种高动态环境下GPS弱信号跟踪方法，其特征是：Q路信号通过鉴别器(4)，将输入信号的频率与数控振荡器(6)的频率进行转换，得到误差电压，通过环路滤波器(5)消除高频噪声，用来控制数控振荡器(6)。

4.根据权利要求1所述的一种高动态环境下GPS弱信号跟踪方法，其特征是：码相位误差和锁频环辅助锁相环输出的载波频率误差转换为伪距和伪距率误差，作为UKF滤波器的量测信息，通过UKF滤波器代替锁相环的鉴别器(1)和锁频环回路的鉴别器(4)，UKF滤波器通过对位置、速度、时钟偏差、时钟频差进行估计，对码相位和载波频率相位进行估计。

5.根据权利要求1所述的一种高动态环境下GPS弱信号跟踪方法，其特征是：GPS信号先通过二阶锁频环辅助三阶锁相环回路，解决信号处于高动态环境的情况，再将信号作为UKF滤波器的量测信息，实现对前面锁频环辅助锁相环回路码相位和载波频率的修正，从而实现对微弱信号的跟踪。

6.据权利要求1所述的一种高动态环境下GPS弱信号跟踪方法，其特征是：建立系统模型如下：

选取位置和速度误差作为状态变量，记为δX和δV，设T为k和k+1之间的时间长度，当T足够小时，速度差在该时间段内视为常数，由此得到速度和位置的误差模型：

δX_k+1＝δX_k+TδV_k+η_k+1

δV_k+1＝δV_k+v_k+1

其中，η_k+1和v_k+1是接收机位置和速度噪声，为零均值白噪声序列；

时钟误差模型为：

B_k+1＝B_k+TΔt_k

D_k+1＝D_k+Δt_k

其中，B_k和D_k分别代表时钟偏差和时钟频差，Δt_k在短时间内可以视为常数；Δt_k是高斯白噪声序列，记：Δt_k＝γ_k；

系统的状态方程表示为：

其中，F_k,k+1为状态转移矩阵，

W_k为过程噪声；

系统的量测方程为：

量测矩阵H如下：

δρ_i,k＝a_ix,kδx_k+a_iy,kδy_k+a_iz,kδz_k+B_k+η_i,k

其中，a_ix,k、a_iy,k、a_iz,k分别为第i通道x、y、z方向上接收机相对于卫星第k时刻的视线矢量。