[发明专利]一种能有效减弱电离层闪烁效应的多PLL载波跟踪环

说明书

本发明提出了一种能有效减弱电离层闪烁效应的多PLL载波跟踪环。所诉方法在单一信道内设置多个结构相同参数不同的并行PLL,设定并计算相关性和兼容性以选取有效子环路及其输出估计，减小了环路性能对环路参数的依赖性；再通过跟踪融合算法确定各子环路的反馈，降低了单一环路失锁的风险；最终通过输出融合算法对冗余数据进行加权平均以得到最终的输出估计，提高了输出的连续性和准确性;本发明有效的提高了在电离层闪烁情况下载波跟踪环的可靠性和输出连续性，为信号保持跟踪和提高定位精度提供可能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种能有效减弱电离层闪烁效应的多PLL载波跟踪环。

背景技术

GPS信号从卫星传播到接收机时会受到多种误差因素的影响,其中最主要的是电离层闪烁引起的误差。当无线电信号通过电离层时，因电离层电子密度分布不均匀，信号的幅值和相位会发生强烈抖动,这会导致GPS接收机的载波锁相环对信号失去锁定。电离层闪烁对GPS接收信号的可靠性和准确性构成了一定的威胁,锁相环滑移会使导航定位误差增大甚至导航中断。

为了减少因电离层闪烁而导致的失锁的情况，目前已提出诸如基于卡尔曼滤波的PLL算法，基于矢量的跟踪算法等。基于卡尔曼滤波的PLL算法使用卡尔曼滤波器替代低通滤波器，因而它具有变化的带宽。在电离层发生闪烁的情况下，它的稳定性比传统的三阶PLL更好，但是它的性能受到带宽和积分时间的影响较大，且它对过程模型和噪声模型的要求很高，在实际情况下，模型很难精确建立。基于矢量的跟踪算法把所有可见信道的观察值用来估计各自信道的载波相位或多普勒频移，受电离层闪烁影响的信道可用未受影响的信道信号进行纠正，同时受电离层影响的信道会反过来污染健康的信道。由于跟踪环路的性能受环路参数(噪声带宽，相关积分时间等)的影响，故环路参数的设定要与电离层闪烁强度相对应，然而在电离层发生闪烁的情况下，这些参数难以估计，这使得这些方法的可靠性受到了限制。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种能有效减弱电离层闪烁影响的多PLL载波跟踪环路结构。该结构在单一的信道内设置多个不同参数的并行PLL，其稳定性依赖于所有子环路的融合算法，减小了环路性能对环路参数的依赖性，同时提高了环路的稳定性和可靠性，为达此目的，本发明提供一种能有效减弱电离层闪烁效应的多PLL载波跟踪环，包括如下步骤：

步骤A：用贴近度δ_nm大小确定不同子环路之间的相关关系，设定阈值δ₀以区分和选择具有不同性能的松耦合子环路，对子环路的输出误差及误差的方差做相关运算得到兼容性γ_nm(k)以判断该子环路输出的有效性；

步骤B：以当前子环路的积分时间为标准，对其它子环路的积分时间做向上或做向下采样以确定具有统一积分时间的输出，通过兼容性大小判断该子环路输出的稳定性，根据稳定性原则对该子环路的反馈做估计；

步骤C：根据误差最小性原则选择权系数对各子环路的反馈作加权平均，将冗余测量数据整合，得到一个连续且精确的最终输出值。

本发明的进一步改进，在步骤A中，确定δ_nm和γ_nm(k)的计算公式及其子环路的选定依据，具体过程如下：

步骤A-1：选取具有不同性能的松耦合子环路，用贴近度δ_nm来描述不同子环路之间的相关关系：

其中，υ_n(k)为是子环路n的输出误差，为子环路n误差的方差，设定阈值δ₀＝0.5，选取贴近度δ_nm小于阈值δ₀的松耦合子环路；

步骤A-2：在第k个采样周期内两子环路的多普勒频移相减得到误差项ε_nm(k)，具体过程为：