[发明专利]GPS接收机基于扩展卡尔曼滤波器跟踪环路的失锁检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及GPS接收机基于扩展卡尔曼滤波器跟踪环路的失锁检测方法，属于GPS通信技术领域。

背景技术

卡尔曼滤波器由一系列递归数学公式描述。它提供了一种高效可计算的方法来估计过程的状态，并使估计均方误差最小。卡尔曼滤波器所采用的算法不同于传统的载波跟踪环路，它替代了传统载波环路中的鉴相器加滤波器的结构，它的载波跟踪环路增益能够随着测量值的改变而动态的变化，从而实现高灵敏度、高动态跟踪，从而极大的提升接收机的跟踪性能。由于扩展卡尔曼滤波器中载波跟踪环路增益能够动态变化，用这一参量来作为判断跟踪环路是否失锁的标准，是一个简单而有效的办法。精确的判断环路是否失锁，可以最大化展现环路跟踪灵敏度的性能，也避免了由于漏判而带来的定位点不准确的影响。目前已有少数对于扩展卡尔曼滤波器作为GPS接收机跟踪环路的研究，但是未见使用其中的动态参量作为环路失锁的检测。

发明内容

本发明提供一种GPS接收机中基于扩展卡尔曼滤波器跟踪环路的失锁检测方法，根据扩展卡尔曼滤波器中载波环路增益能够随着测量值的改变而动态变化的特点，通过环路内部的增益变量来检测环路是否失锁。

本发明的技术方案是：GPS接收机中基于扩展卡尔曼滤波器跟踪环路的失锁检测方法，其特征在于：载波环采用二阶扩展卡尔曼滤波器，替代传统载波环路中的鉴相器加滤波器，其状态变量矩阵是载波相位、多普勒频率及多普勒频率变化率，观测变量矩阵是Q路和I路的20ms相干累加值，码环采用60ms非相干积分、一阶滤波的码相位锁定环路的结构，根据状态变量、观测变量、滤波器类型构建跟踪环路，根据扩展卡尔曼滤波器中环路增益随着测量值的改变而动态变化的特点，通过环路内部的增益变量来检测环路是否失锁，包括以下步骤：

(1)通过载波环中的截尾二阶滤波方程，由状态估计均方差矩阵、过程噪声协方差矩阵、测量误差协方差矩阵R，计算得到中间变量和卡尔曼滤波增益；

1)首先计算先验估计均方差误差

其中，Φ为转移矩阵，k代表第k次测量；

Φ=1TsTs2201Ts001]]>

Ts是环路滤波器更新时间间隔0.02s；

Q为过程噪声协方差矩阵，是一个3*3的常系数矩阵