[发明专利]基于自适应卡尔曼滤波的弱信号跟踪方法

说明书

本发明涉及卫星导航接收机中在微弱信号下的跟踪技术，提供了一种基于自适应卡尔曼滤波的弱信号跟踪方法。其包括以下步骤：S1、中频信号经过捕获阶段后进入到跟踪阶段；S2、将中频信号分别与正弦和余弦载波复制信号混频，分为I支路和Q支路；S3、混频后的信号与伪码相乘；S4、将解调后的信号均输入到积分清除器中，获取积分值；S5、将积分值输入到鉴相器中获取载波相位误差；S6、将载波相位误差作为测量值输入至基于自适应卡尔曼滤波器的跟踪环路中，获取载波相位误差，载波多普勒误差和载波多普勒变化率；S7、更新载波数控振荡器(NCO)中的多普勒频率和载波相位。本发明能够较佳地提高跟踪灵敏度。

技术领域

本发明涉及卫星导航接收机中在微弱信号下的跟踪技术，提供了一种基于自适应卡尔曼滤波的弱信号跟踪方法。

背景技术

随着众多新的导航卫星系统的投入和运行，全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)接收机技术已经广泛应用于人们的日常生活中，例如车辆导航、个人手机导航、大地测量和海洋救援等。传统的GNSS接收机在开阔的环境下能够准确导航和定位，但是在室内、茂密森林和城市峡谷等复杂环境下，GNSS信号会严重衰减导致接收机无法正常定位。而接收机中的重要部分载波跟踪环路在微弱环境下非常脆弱，而且跟踪环路性能会严重影响接收机导航和定位的性能。因此，提高跟踪环路的灵敏度对于提高接收机的性能具有非常重要的作用。

传统的跟踪环路一般使用的是锁相环，为了提高灵敏度一般需要加长积分时间，但是这就需要减小环路滤波器的带宽。环路带宽的减小会严重影响跟踪环路的动态性能。因此，锁相环在提高跟踪环路的灵敏度上受到很大限制。为了进一步提高跟踪环的灵敏度，卡尔曼滤波器(KF)作为一种时变系统，已经被人们广泛应用于跟踪环路中。目前已经有很多文献指出KF跟踪相对于传统跟踪环可以提高跟踪灵敏度，这主要是因为KF跟踪根据输入的信号自适应的调节载波环路增益，从而提高跟踪环路的准确性。但是KF系统估计的准确性在很大程度上依赖于噪声的统计特性，比如测量噪声协方差和过程噪声协方差。但是这些噪声协方差一般都是根据实验的情况或者经验值预先设定好的，因此这就很难反映实际情况下的噪声统计特性，尤其是输入信号为时变的情况下，很难实时准确反应实际的噪声统计特性。

发明内容

本发明提供了一种基于自适应卡尔曼滤波的弱信号跟踪方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的基于自适应卡尔曼滤波的弱信号跟踪方法，其包括以下步骤：

S1、对经过天线接收到的GPS卫星信号进行下变频及采样，将收到的高频信号转变为中频信号，该中频信号经过捕获阶段后进入到跟踪阶段，作为跟踪环路的输入信号；

S2、将输入到跟踪环路的中频信号分为两路，其中一路与正弦载波复制信号混频，该支路为同相支路，即为I支路；其中另一路与余弦载波复制信号混频，该支路为正交支路，即为Q支路；其中，通过载波数控振荡器(NCO)完成正弦载波和余弦载波的复制；

S3、I支路和Q支路混频后的信号均与伪码发生器产生的伪码相乘，解调出导航数据码；

S4、将经步骤S3处理后的I支路与Q支路的信号均输入到积分清除器中，进而获取I支路的积分值I_p(k)与Q支路的积分值Q_p(k)；

S5、将I_p(k)与Q_p(k)输入到鉴相器中进行处理，进而获取载波相位误差；

S6、采用自适应卡尔曼滤波器对经步骤S5获取的载波相位误差进行处理，以载波相位误差作为测量值，进行卡尔曼滤波迭代计算，计算出载波相位误差载波多普勒误差ω_k和载波多普勒变化率α_k；在卡尔曼滤波迭代的过程，对过程噪声协方差Q_k和测量噪声协方差R_k进行实时更新；