[发明专利]具有定点西格玛罗滤波器的卫星导航接收机

说明书

描述了具有改进的稳定性的使用定点西格玛罗(sigma rho)滤波器(42)进行载波和码字跟踪的多频带卫星导航接收机(11)。接收机(11)简化并加速了滤波器(42)中的数据处理，以自适应地容纳来自聚合频带的公共信息并且实时获得接收机(11)的准确位置。滤波器(42)可以在确定自适应缩放因子时使用标准偏差函数和互相关函数，以确保滤波器(42)是稳定且可靠的。

技术领域

本申请一般涉及具有定点西格玛罗滤波器的卫星导航接收机。具体地，本申请涉及具有改进的稳定性的使用定点西格玛罗(sigma rho)滤波器进行载波和码字跟踪的多频带卫星导航接收机。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)利用卫星使得接收机能够使用从卫星发射的信号以非常高的准确度和精度确定位置、速度和时间。这种GNSS包括全球定位系统(GPS)、GLONASS和伽利略。从卫星发射的信号包括在分离的已知频率处的一个或多个载波信号，例如在GPS中的第一载波(L1)、第二载波(L2)和附加的第三载波(L5)。诸如调制有信息的伪随机(PN)噪声码之类的码字可以调制信号的载波，并且对于每个卫星可以是独特的。因为卫星具有相对于时间已知的轨道位置，所以可以基于从三个或更多个卫星接收的一个或多个信号的传播时间，使用信号来估计接收机的天线与每个卫星之间的相对位置。具体地，接收机可以将载波的本地副本与信号中传输的码字进行同步以估计相对位置。

典型的接收机利用针对每个卫星的载波跟踪环和码字跟踪环来测量接收机与特定卫星之间的距离和速度。载波和码字的本地副本可以由本地信号发生器生成，该本地信号发生器由载波跟踪环和码字跟踪环驱动。在一些接收机中，可以利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)通过联合估计来估计载波和码字的相位。传统的EKF可以结合来自多个频率的信息以最优地估计接收机与卫星之间的距离和速度。但是，由于需要执行浮点计算，EKF不一定适合用作用于载波和码字跟踪的聚合预测滤波器。例如，EKF可能具有与最小化数据参数的均方误差相关联的严苛的或过度的计算要求，所述数据参数具有与卫星导航接收机中的信号处理相关联的典型动态范围。此外，用于信号处理的EKF滤波器可能需要复杂度为O(n³)的逆矩阵计算，其中n为矩阵的维度。这种快速迭代要求阻碍了具有复杂的矩阵计算的EKF使用实时信号处理。

EKF的一种替代表示是西格玛罗滤波器。在一些接收机中也可以使用西格玛罗滤波器来估计载波和码字的相位。西格玛罗滤波器可以使用标准偏差项(例如，σ参数)和互相关项(例如，ρ参数)来替代典型EKF中的协方差矩阵。标准偏差项的使用可以减小数值范围，并且可以导致节省逻辑门和/或降低对寄存器宽度的要求。互相关项的使用自然保证了协方差矩阵的对称性，这与典型EKF相反，典型EKF使用需要额外的对称检验的协方差矩阵。然而，使用浮点计算的西格玛罗滤波器可能难以使用数字电路来实现，并且在没进行特殊处理的情况下可能存在可靠性和稳定性方面的问题，诸如存在互相关项在西格玛罗滤波器的动态传播和/或测量更新期间可能没被正确限制的可能性。

因此，卫星导航接收机有机会解决这些问题。更具体地，卫星导航接收机有机会简化和加速用于载波跟踪和码字跟踪的稳定的多频带预测滤波器中的数据处理，以自适应地容纳来自聚合频带的公共信息并实时获得接收机的准确位置。

发明内容

本文描述的卫星导航接收机包括接收机前端、模数转换器、多个信号发生器、多个接收机模块以及聚合预测滤波器。所述接收机前端可以用于对包括多个载波信号的复合接收信号进行下变频，以及所述模数转换器可以用于将下变频的复合接收信号转换成数字复合接收信号。所述多个信号发生器可以各自用于基于载波校正控制数据和码字校正控制数据生成本地参考载波信号和本地参考测距码字，其中，所述本地参考载波信号和所述本地参考测距码字与所述多个载波信号之一相关联。所述多个接收机模块可以各自包括相关器，所述相关器用于确定所述数字复合接收信号与所述本地参考载波信号和所述本地参考测距码字的多个相关之一，其中，所述多个相关中的每一个包括同相相关和正交相关，并且与所述多个载波信号之一相关联。所述聚合预测滤波器可以与所述多个信号发生器通信，并且用于基于所述多个相关来估计所述载波校正控制数据和所述码字校正控制数据。