[发明专利]一种GPS/INS深组合跟踪环路高斯码相位鉴别器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及GNSS(全球卫星导航系统)/INS(惯性导航系统)组合导航领域，尤其涉及在多径信号干扰时，在INS信息的辅助下，设计了一种GPS/INS深组合跟踪环路高斯码相位鉴别器。

背景技术

根据信息融合所采用的卫星接收机数据源的不同，一般将GPS/INS组合导航系统分为松组合、紧组合和深组合，GPS表示全球卫星定位系统，INS表示惯性导航系统。深组合有着松组合和紧组合无可比拟的优势，是GPS/INS组合导航系统的最新研究方向，深组合技术突破了卫星接收机原有跟踪环路的工作方式，因此，对跟踪环路的重新设计成为了研究热点。码相位鉴别器是码跟踪环路(DLL)的关键部分，它直接决定了码相位的鉴别精度，影响码相位跟踪误差，所以，码相位鉴别器在很大程度上影响了DLL的噪声和动态等重要性能。

在DLL中，本地码发生器产生的C/A码先与接收信号中的C/A码进行相关运算，然后通过码相位鉴别器来确定码相位误差，传统的码相位鉴别器有：

(a)非相干超前减滞后幅值鉴别器，它简称前减后幅值鉴别器，是用的比较常见的一种码相位鉴别器，由于这种鉴别器需要分别计算超前、滞后自相关幅值，而这些自相关幅值都需要经过开根号才能求得，所以计算量偏大、效率比较低。对于0.5码元的相关间距，在±0.5码元输入误差范围内，它产生良好的跟踪误差。但归一化后，对于0.5码元的相关间距，输入误差小于±1.5码元时，产生良好的跟踪误差，输入误差大于±1.5时，它会因为除以0而变得不稳定。由于只需要超前、滞后两条支路的信息，故需要两对相关器即可。

(b)非相干超前减滞后功率鉴别器，它是将超前支路与滞后支路上的非相干积分功率相减，这种非相干超前减滞后功率法可以免去开根号运算，所以对于非相干超前减滞后幅值法计算量要小、效率高。然而，由于自相关幅值曲线与功率曲线不相重合，因而采用非相干超前减滞后功率鉴别器会产生一定的鉴相误差。同非相干超前减滞后幅值鉴别器一样也只要两对相关器即可，误差性能也相似。

(c)似相干点积功率鉴别器，这种码相位鉴别器不再采用非相干积分结果，而是直接利用超前、即时和滞后三条支路上的相干积分值，所以它至少需要三对相关器，所采用的相干点积功率法所需要的计算量比前两种非相干型鉴别器都要低，对于0.5码元的相关间距，在±0.5码元输入误差范围内，它近似产生真实的误差输出。

(d)相干点积功率鉴别器，这种鉴别器是似相干点积功率鉴别器的一种特例，即当载波环采用锁相环的形式并且锁相环又已经工作在稳态时，接收信号的所有功率全部都集中在同向支路上，正交支路上的信号接近于零。这种鉴别器所采用的方法计算最为简单，然而它要求信号的功率集中在同向支路上。如果载波采用锁频环，或者如果作为载波环的锁相环还未达到稳态，那么接收信号的一部分功率会在正交支路中流失，这使得同向支路上输出的信号功率未达到最大，从而导致该鉴别器性能的下降。

载体在信号良好的环境里作运动时，传统的鉴相器都能够完成鉴相功能，但是在多径干扰下，码相位跟踪受到了干扰信号的严重影响，这些码相位鉴别器将不能实时鉴别出码相位误差，进而跟踪环路将进入失锁状态。因此，许多学者提出了一系列基于码相位鉴别器的抗多径干扰算法，主要有基于最大似然估计的多径分离方法和窄相关技术法。然而，基于最大似然估计的多径分离方法的抗噪声性能比较差，即在没有噪声的情况下可以对多径干扰信号的幅度和相位进行非常准确地估计，而存在噪声时其估计的准确性大大下降。窄相关技术存在其固有的局限性：由于相关间隔不可能为0，因此采用窄相关技术是不可能完全消除由多径干扰引入的C/A码跟踪误差；另外，接收机信号通道为无限带宽的条件下，减少相关间隔d可以不断地减少多径误差，而在实际应用中这个条件显然是无法满足的。

发明内容

本发明针对在多径信号干扰条件下，传统的码相位鉴别器不能有效抑制多径的干扰，其改进算法的鉴相误差精度也不够理想，在实际应用中不好实现，提出了一种基于GPS/INS深组合跟踪环路高斯码相位鉴别器及其设计方法。