[发明专利]一种基于空间域的联合非相干积分矢量跟踪方法

说明书

本发明公布了一种基于空间域的联合非相干积分矢量跟踪方法，用以进一步提高矢量跟踪GPS接收机的性能。在新的矢量跟踪策略设计中舍弃了传统矢量跟踪环路中的鉴相器/鉴频器，而是将各通道可见卫星的基带信号进行非相干积分后作为观测量，并使用EKF估计其直接求解GPS接收机的位置、速度及钟差等。因为非相干积分运算的存在，当GPS卫星信号较弱时，可以有效提高观测量的载噪比，提高跟踪灵敏度。

技术领域

本发明适用于城市交通、航海等中低精度要求的导航定位技术领域，是为了达到高精度、高可靠性以及大定位覆盖范围的导航定位要求，在传统GPS软件接收机技术的基础上研究新的卫星信号跟踪技术,实现了在卫星信号微弱及高动态等环境中的无缝定位。

背景技术

在高动态环境中(航天领域、运载火箭、卫星和导弹)，GPS接收机处于高速运动状态，且可能具有很大的加速度或加加速度，一般商用GPS接收机无法正常工作。在高动态环境中，较高的接收机运动速度使得载波上存在较大的多普勒频移，此外，当接收机以很高的加速度或加加速度改变运动状态时，将导致载波多普勒频移的剧烈变化。由高动态引起的剧烈变化的多普勒频移会给GPS接收机的跟踪环路带来一些问题：

(1)需要尽快的完成捕获过程并进入跟踪过程，太大的多普勒频移会给初期的跟踪带来很大的困难，此时跟踪环路只能采用带宽较宽的锁频环或锁相环。

(2)由于多普勒频移变化剧烈，因此积分时间必须很短，否则很容易超过锁相环或锁频换的跟踪带宽，导致信号失锁。

(3)在高动态环境对信号跟踪进行跟踪时，因为载波多普勒频率变化剧烈，所以才用了较短的积分时间和较大的滤波器噪声带宽，因此环路信噪比通常较低，跟踪精度较差。

众所周知，在GPS接收机中，与传统的标量跟踪环路(Scalar Tracking Loop,STL)相比，矢量跟踪环路(Vector Tracking Loop,VTL)有着很多优点，尤其是在弱信号和高动态环境的中，VTL具有更好的跟踪灵敏度及重捕获速度。传统的GPS接收机在GPS信号信噪比较高且载体动态性较低时可以很好的工作。然而，当传统GPS接收机处于高动态运动状态或GPS信号信噪比较低时将会失去对GPS信号的锁定。与之相反，基于矢量跟踪环路的GPS接收机对低信噪比和高动态环境具有比传统GPS接收机高的多的耐受能力，矢量跟踪GPS接收机拥有比传统接收机更好的性能。

然而，传统的矢量跟踪技术并没有充分的利用各通道信号的内在关系，还不能被称为真正意义上的矢量跟踪。事实上，除了各通道信号的伪距、位居率具有内在耦合性以外，各通道的鉴相器输出(伪距、位居率残差)也不是相互独立的。当我们处理微弱信号的时候，也可以将这个内在的联系加以利用，以提高GPS接收机的性能。

本发明以矢量跟踪思想为基础提出了一种新的矢量跟踪策略，用以进一步提高矢量跟踪GPS接收机的性能。在新的矢量跟踪策略设计中舍弃了传统矢量跟踪环路中的鉴相器/鉴频器，而是将各通道可见卫星的基带信号进行非相干积分后作为观测量，并使用EKF估计其直接求解GPS接收机的位置、速度及钟差等。因为非相干积分运算的存在，当GPS卫星信号较弱时，可以有效提高观测量的载噪比，提高跟踪灵敏度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种新的GPS软件接收机中的信号跟踪方法，该方法克服了传统软件接收机由于信号遮挡或载体高动态环境下定位精度的欠缺，可以得到大量的预估计处理增益，有效提高观测量的载噪比，提高跟踪灵敏度，提供覆盖范围更大、可靠性更高也更精确的弱信号和高动态环境下的定位服务。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于空间域的联合非相干积分矢量跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)通过GPS天线接收卫星信号，将各通道基带信号进行叠加，实现不同通道间信号非相干积分，以提高低信噪比条件下的跟踪灵敏度；