一种高动态GNSS载波信号的跟踪方法及系统.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CN105425257A(43)申请公布日2016.03.23(21)申请号201510734330.8(22)申请日2015.11.03(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人夏轩赵健康朱程广(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人胡晶(51)Int.Cl.G01S19/29(2010.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种高动态GNSS载波信号的跟踪方法及系统(57)摘要本发明公开了一种高动态GNSS载波信号的跟踪方法及系统，该方法包括：初始解调与预检测积分；估算当前载波信号的多普勒频率及卫星方向的加速度；二次解调；载波相位检测与导航电文提取；环路更新与重解调。该系统包括：第一载波压控震荡器、预检测积分器、分数阶傅里叶变换器、加速度估计器、高动态监频器、第二载波压控震荡器、监相器以及跟踪滤波器。本发明的高动态GNSS载波信号的跟踪方法及系统，使得接收机可以对极高动态的载波信号进行跟踪，解除了环路带宽对动态跟踪能力的限制，且减小了动态水平对检测的影响，简化了跟踪环路设计，扩展了基于北斗/GPS的GNSS接收机的使用范围。CN105425257ACN105425257A权利要求书1/3页1.一种高动态GNSS载波信号的跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：S11：初始解调与预检测积分：使用第一载波压控震荡器产生一个稳定的本地载波fL1，用于对接扩后的载波信号x进行初始解调；然后，使用预检测积分器对初始解调后的载波信号分段进行相关积分，产生由N个离散点组成的信号O(k),k＝1,2,3,...,N；S12：对信号O(k)，消除导航电文翻转并计算其分数阶傅里叶变换，根据其变换结果，进行二维的峰值搜索；然后，使用高动态鉴频与加速度估计器估计当前载波信号的多普勒频率fd以及卫星视线方向的加速度a；S13：二次解调：根据当前载波信号的多普勒频率与频率变化率，使用第二载波压控震荡器产生一个高更新频率的本地载波fL2，用于对初始解调后的载波信号进行二次解调，从而完全剥离载波多普勒；其中，所述频率变化率为多普勒变化系数与加速度a的乘积；S14：载波相位检测与导航电文提取：使用鉴相器检测二次解调后的载波信号的相位残差，根据所述相位残差得到载波相位，并根据导航电文翻转提取导航电文；S15：环路更新与重解调：保持本地载波fL1，得到新的离散信号O(k),k＝2,3,4,...,N+1，使得环路更新并保持对信号的跟踪；当多普勒频率超过当前跟踪范围时，对本地载波fL1进行更新，使用更新后的本地载波fL1对接扩后的载波信号x进行重解调并继续跟踪信号。2.根据权利要求1所述的高动态GNSS信号的跟踪方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括以下步骤：S121：计算信号O(k)的平方得到O2(k)，使得导航电文翻转消除；S122：对O2(k)进行分数阶傅里叶变换；S123：对分数阶傅里叶变换结果进行邻域搜索，找到峰值对应的二维坐标(u，p)；S124：使用高动态鉴频与加速度估计器估计当前载波信号的多普勒频率fd以及卫星视线方向的加速度a。3.根据权利要求2所述的高动态GNSS信号的跟踪方法，其特征在于，所述步骤S123中的邻域搜索范围在跟踪过程中缩小并动态调整。4.根据权利要求3所述的高动态GNSS信号的跟踪方法，其特征在于，所述步骤S123中的邻域搜索范围的缩小并动态调整的方法为：S1231：若所述第二载波压控震荡器更新的频率为Ts，则假设在Ts内卫星视线方向加速度a不变，峰值的二维坐标(u，p)中的u不变；S1232：将a和u代入加速度估算器与高动态鉴频器的反函数公式中，计算得到Ts内峰值在上一时刻邻域搜索范围中的最大可移动角度；S1233：根据峰值的最大可移动角度，以上一时刻峰值所在位置为中心，构建当前时刻峰值的邻域搜索范围。5.权利要求1所述的高动态GNSS信号的跟踪方法，其特征在于，所述步骤S14具体包括以下步骤；S141：使用监相器检测二次解调后的信号的相位残差；S142：计算当前载波相位，其为：上一时刻的载波相位+相位变化量+相位残差，即：其中，h为与载波频率相关的多普勒系数；2CN105425257A权利要求书2/3页S143：导航电文翻转，使相位残差发生0→π的跳转，根据此可以检测到导航电文的翻转位置，从而提取导航电文。6.一种高动态GNSS载波信号的跟踪系统，其特征在于，包括：第一载波压控震荡器、预检测积分器、分数阶傅里叶变换器、加速度估计器、高动态鉴频器、第二载波压控震荡器、鉴相器以及跟踪滤波器，其中：所述第一载波压控震荡器用于产生一个稳定的本地载波fL1，对接扩后的载波信号x进行初