[发明专利]一种基于矢量跟踪环路的抗干扰方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种基于矢量跟踪环路GPS（全球定位系统）接收机抗干扰方法。

背景技术

传统GPS接收机跟踪环路中，每个通道跟踪一颗卫星，各个跟踪通道之间是相互独立工作的，通道之间的信息不能进行相互交流，这样的跟踪环路通常被称为标量跟踪环路。GPS接收机标量跟踪环路硬件结构容易实现，算法简单，因此在实际中广泛应用。

谢刚在《GPS原理与接收机设计》（电子工业出版社.北京.2009年）一书中详细介绍了传统GPS接收机跟踪环路，其工作原理为：接收机接收到的中频信号先与载波环所复制的载波混频相乘，其中I(同向)支路上与正弦复制载波相乘，Q(正交)支路上与余弦复制载波相乘，然后，I支路和Q支路上的混频结果信号分别与码环所复制的超前、即时和滞后三份C/A码做相关运算；接着，相关结果经积分累加后分别输出相干积分值；再后，即时支路上的相干积分值被当作载波环鉴别器的输入，而其他两条相关支路上的相干积分值则作为码环鉴别器的输入；最后，载波环和码环分别对它们的鉴别器输出值进行滤波，并将滤波结果用来调节各自的载波数控振荡器和C/A码数控振荡器的输出相位和频率等状态，使载波环所复制的载波与接收载波一致，同时又使码环所复制的C/A码与接收C/A码保持一致，以保证下一时刻接收信号中的载波和C/A码在跟踪环路中仍被彻底剥离。在跟踪环路的运行中，载波环根据其所复制的载波信号状态输出多普勒频移、积分多普勒和载波相位测量值，同时码环根据其所复制的C/A码信号状态输出码相位和伪距量测值，而载波环鉴别器还可以额外地解调出卫星信号上的导航电文数据比特。

然而在这种跟踪环路中，环路滤波器的增益和带宽是固定的，对所有的相位误差都按照相同的权重处理，从而无法适应信号载噪比的变化；另一方面，因不同跟踪通道之间相互独立，使已有的导航信息无法得到充分利用。因此，一些学者提出了矢量跟踪环路模式，即通过某些技术将各个跟踪通道的信息融合一起。

北京航空航天大学的王新龙，于洁在中国惯性技术学报(第17卷第6期,2009年12月,p710-717.)上面发表了一篇《基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法》，文章是在GPS/SINS(全球导航系统/捷联惯导系统)深组合框架下设计矢量跟踪环路的，将惯导系统解算出的载体位置、速度等转化为伪距、伪距率量测信息，将这些量测信息与GPS接收机所量测到的信息进行组合，并反馈校正接收机的捕获和跟踪环路，提高接收机的精度以及抗干扰能力。文章指出，这种基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法主要用于超视距空空导弹、各种战术导弹及歼击机等高机动飞行器上，这种矢量跟踪环路的跟踪性能很大程度上依赖于惯性器件的精度，往往需要达到战术级精度才能应用于导弹、歼击机等高动态载体上。另外，由于接收机引入了惯导量测信息，需要考虑两个系统的同步问题，才能使组合系统可靠的工作。因此，这种接收机的硬件结构及算法都会比较复杂，成本也较高，不适合作为民用产品使用。

本发明考虑的对象船舶、车辆等非高动态载体，采用单独GPS接收机，不引入外部信息，直接改变其跟踪环路结构，通过扩展滤波器将各个跟踪通道的信息融合在了一起，设置滤波器参数，使得功率较强信号通过单位观测矢量辅助功率较弱的信号，增加较弱信号的信干比（期望信号功率与干扰信号功率的比值），以提高跟踪环路的整体抗干扰能力。同时，功率过低的信号也将有可能影响其他有用信号，需要在滤波器其中设定信号功率门限值来过滤掉功率过低的信号。本发明在传统GPS接收机的标量跟踪环路基础上设计了一种矢量跟踪环路结构，并对比分析了矢量跟踪环路与标量跟踪环路的性能。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种提高GPS接收机的抗干扰能力，基于矢量跟踪环路的抗干扰方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括如下步骤：

（1）在k时刻，接收机混频器将接收到的中频信号与本地载波发生器所产生的两路正交信号混频后，与C/A码发生器同向I支路和正交Q支路上复制的超前C/A码、即时C/A码和滞后C/A码做相关计算和积分累加，将得到的同向超前支路信号I_E、同向滞后支路信号I_L、正交超前支路信号Q_E和正交滞后支路信号Q_L输入C/A码相位鉴别器，同向即时支路信号I_P和正交即时支路信号Q_P输入载波频率鉴别器；

（2）将矢量跟踪环路通道的C/A码相位鉴别器获得的C/A码相位误差、载波频率鉴别器获得的载波频率误差转化为接收机量测到的伪距误差和伪距率误差；