[发明专利]一种高轨卫星双频加权融合锁频环GNSS跟踪接收系统及方法

说明书

一种高轨卫星双频加权融合锁频环GNSS跟踪接收系统及方法，利用双频GNSS天线同时接收双频GNSS信号；对双频GNSS信号进行低噪声放大，并依次经过下变频器、模数转换器、混频器、相关器、鉴频器处理。通过信噪比估计模块计算两路信号的信噪比，判定两路信噪比是否超过设定门限，当两路信号中只有一路信噪比超过设定门限时，选择用超过设定门限一路的频率误差和码相位观测值分别推动锁频率环和码环；当两路信号信噪比均超过设定门限时，则对频率误差和码相位观测值进行融合，利用融合后的频率误差和码观测融合误差分别推动锁频率环和码环，获得载波频率控制字送至载波NCO，获得码频率控制字送至码NCO。本发明提高了GNSS接收系统在高轨的可用性。

技术领域

本发明属于星载GNSS导航接收机领域，涉及一种高轨卫星高灵敏度GNSS接收系统及方法。

背景技术

高轨航天器，如地球静止轨道、倾斜地球同步轨道、大偏心轨道卫星以及月球深空探测器等，在卫星通信、预警监视、气象探测等领域有着重要用途。当前，高轨卫星主要依赖地面测控实现轨道确定。随着高轨航天器种类和数量日益增多，高轨对地观测载荷对高精度定轨需求逐步提高，传统地面测控系统资源日趋紧张。

全球导航卫星系统(GNSS)具有全天时、全天候、全球覆盖特点，已广泛应用于低轨道航天器，在高轨空间使用GNSS导航方式，可以有效缓解地面测控压力、实现自主实时导航。

与传统GNSS导航相比，高轨GNSS接收机需要接收GNSS旁瓣漏信号，其信号功率会比主瓣信号小约20dB且信号功率分布空间连续性较差，由于GEO轨道用户到GNSS星座的距离更远，使接收功率进一步下降。同时参照Lockheed Martin公司发布的GPS信号发射天线方向图特性，GNSS信号的旁瓣离散的分布在空间内不同区域。

为了改善高轨卫星GNSS导航性能，传统的解决方式是开发高灵敏度GNSS信号处理算法，使其可以处理更多GNSS漏信号，通过改善灵敏度提高系统可用性。

王猛,单涛,王盾.高轨航天器GNSS技术发展.测绘学报，2020，49(9)：1158-1167.DOI:10.11947/j.AGCS.2020.20200170介绍了高轨GNSS接收机的发展情况，提到“在高灵敏度信号跟踪技术方面，现有的主要技术手段主要借助于传统锁相环(PLL)和锁频环(FLL)跟踪弱信号跟踪能力。”

HARSHA P B S,RATNAM D V.Implementation of advanced carrier trackingalgorithm using adaptive-extended Kalman filter for GNSS receivers[J].IEEEGeoscience and Remote Sensing Letters,2016,13(9):1280-1284]介绍了使用卡尔曼滤波器(KF)高灵敏环路处理，建立载波多普勒相位、频移和频率变化率的状态和测量方程模型，来实现微弱信号载波跟踪。

HENKEL P,GIGER K,GUNTHER C.Multifrequency,multisatellite vectorphase-locked loop for robust carrier tracking[J].IEEE Journal of SelectedTopics in Signal Processing,2009,3(4):674-681采用矢量跟踪环路技术，用于联合跟踪多个频率上所有卫星的载波相位，可进一步提高跟踪灵敏度。