一种适用于动态弱信号的卫星导航信号跟踪系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111045040A(43)申请公布日2020.04.21(21)申请号201911248587.7(22)申请日2019.12.09(71)申请人北京时代民芯科技有限公司地址100076北京市丰台区东高地四营门北路2号申请人北京微电子技术研究所(72)发明人吴雨航毕波(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人张丽娜(51)Int.Cl.G01S19/29(2010.01)G01S19/30(2010.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种适用于动态弱信号的卫星导航信号跟踪系统及方法(57)摘要本发明涉及一种动态弱信号的卫星导航信号跟踪系统及方法，属于卫星导航信号处理技术领域。本发明的方法为了实现动态弱信号下的卫星导航信号的稳定跟踪，提高动态性和跟踪精度，将UKF算法用于环路跟踪中，实现高动态下的载波跟踪，对于码相位的跟踪，利用码相位偏移与多普勒频移的相关性采用载波辅助码环的技术，基本消除码环所承受的动态应力，实现高动态的码跟踪。同时提出了自适应的电文去除方法，在电文未收齐情况下，采用符号判决和相位翻转的方式消除电文的影响，在电文收齐的情况下，采用已知卫星导航电文，去除电文的影响，实现长时间的相干积分，进而实现弱信号环境下的载波跟踪和码跟踪。CN111045040ACN111045040A权利要求书1/3页1.一种动态弱信号卫星导航信号的跟踪系统，其特征在于：该跟踪系统包括去除符号模块、积分模块、扩维无迹卡尔曼滤波模块、传统的二阶辅助三阶的跟踪环路模块、载波NCO模块、码鉴相器模块、环路滤波器模块以及伪码NCO模块；所述去除符号模块是去除I支路信号早晚码与即时伪码相干积分值和Q支路信号早晚码与即时伪码相干积分值的符号影响；所述积分模块是在完成去除导航电文符号影响后，进行自适应时间长度的相干积分，获得即时、超前、滞后三路相干积分值；所述扩维无迹卡尔曼滤波模块是将去除导航电文符号的影响的I支路信号与即时伪码相干积分值IP和Q支路信号与即时伪码相干积分值QP作为扩维无迹卡尔曼滤波模块的测量值，进行载波跟踪输出状态量xk＝[xp；xw；xa；xj]k的最佳估计值；用载波相位差估计值xpk实时修正本地载波NCO的角频率值wNCOk+1；传统的二阶辅助三阶的跟踪环路模块是指在未完成相干积分前进行载波环路跟踪，实现UKF模块启动前的环路稳定跟踪；载波NCO模块根据角频率值wNCOk+1完成正弦载波和余弦载波的复制工作；码鉴相器模块接收I支路信号与超时伪码相干积分值IE、I支路信号与滞后伪码相干积分值IL和Q支路信号与超时伪码相干积分值QE、Q支路信号与滞后伪码相干积分值QL，输出码相位差异δcp；环路滤波器模块是将接收到的码相位差异δcp滤波后输出，与本地载波NCO的角频率值wNCOk+1经过比例器κc后的结果相加，输出相加的和M作为伪码NCO模块的控制输入量；伪码NCO模块实时输出频率fco，频率fco驱动伪码发生器生成本地超时、即时和滞后伪码。2.一种动态弱信号卫星导航信号的跟踪方法，其特征在于该方法的步骤包括：S1、将完成伪码和载波剥离的导航信号送入跟踪通道，同时存储捕获到的最大能量值、捕获得到的载波多普勒和码相位；S2、判断导航电文是否已收齐，如若没有，通过符号判决或相位翻转等方式去除导航电文符号的影响，进入步骤S3，如若完成电文收集，对完成伪码和载波剥离的导航信号通过与导航电文相乘，完成导航电文剥离，进入步骤S3；S3、在没有完成载噪比计算时，根据捕获得到的最大能量值，设置相干积分时间长度；完成载噪比计算时，根据载噪比设置相干积分时间长度；S4、根据步骤S3中得到的相干积分时间长度进行相应相干积分时间长度的相干积累，并存储相干积累结果，相干积累结果包括I支路即时伪码相干积分值Ip、Q支路即时伪码相干积分值QP、I支路超时伪码相干积分值IE、I支路滞后伪码相干积分值IL、Q支路超时伪码相干积分值QE、Q支路滞后伪码相干积分值QL；S5、环路跟踪时间与相干积分时间长度进行比较，如若环路跟踪时间小于相干积分时间长度，启动传统的二阶辅助三阶的跟踪环路模块，实现载波跟踪；如若环路跟踪时间不小于相干积分时间长度，启动扩维无迹卡尔曼滤波模块，实现载波跟踪；S6、将步骤S4中获得的IE、IL、QE、QL经过码鉴相器后，输出码相位差异δcp，δcp经过环路滤波器后与本地载波NCO的角频率值经过比例器κc后的结果相加，相加的和M作为伪码NCO模块的控制输入量，伪码NCO实时输出频率fco，频率fco驱动伪码发生器生成本地超时、即时和2CN111045040A权利要求书2/3页滞后伪码。3.根据权利要求2所述的一种动态弱信号卫星导航信号的跟踪