[发明专利]一种误差与非误差建模相结合的高动态GNSS矢量跟踪方法

权利要求书

1.一种误差与非误差建模相结合的高动态GNSS矢量跟踪方法，其特征在于：矢量跟踪方法的卡尔曼滤波模型在误差量建模的基础上引入非误差量，跟踪方法包括以下步骤：

第一步，提取导航系统的跟踪测量数据，得到跟踪通道数量以及跟踪通道的载波鉴别器输出和码鉴别器输出，并对鉴别器输出进行归一化处理，得到观测量Z；

第二步，判断是否首次进入矢量跟踪卡尔曼滤波模块，如果是首次则进行卡尔曼滤波的初始化，对状态转移阵Φ、噪声驱动阵Q进行设定，对状态量X、均方误差阵P、以及载体位置信息设定初始值；非首次则跳过并进行下一步操作；

第三步，进行相关参量的预测，包括状态量X、均方误差阵P以及载体位置信息；

预测方法如下：

状态量X预测：设状态量为X＝[δ_x,δ_vx,a_x,δ_y,δ_vy,a_y,δ_z,δ_vz,a_z,δ_t,δ_f]^T，其中δ_x,δ_y,δ_z为载体的位置误差，δ_vx,δ_vy,δ_vz为载体的速度误差，δ_t,δ_f为时钟误差和时钟频率误差，为误差状态量；a_x,a_y,a_z表示载体的加速度，为非误差状态量，状态量预测方法为将误差量清零，非误差量保持不变，即X_k|k-1＝[0,0,a_x,0,0,a_y,0,0,a_z,0,0]^T，其中X_k|k-1为k时刻状态量的预测值；

均方误差阵P预测：根据公式P_k|k-1＝ΦP_k-1Φ^T+Q计算得到，其中P_k|k-1为k时刻的均方误差阵的预测值；

载体位置信息预测：通过高阶量对低阶量的估计实现对载体位置信息的预测，设载体位置信息为X′_k＝[x_x,v_x,a_x,x_y,v_y,a_y,x_z,v_z,a_z]^T，那么k时刻位置信息的预测值为X′_k|k-1＝X′_k-1Φ′，其中

第四步，计算与通道相关的矩阵信息：通过卫星位置的计算公式计算得到卫星的位置信息，通过卫星位置信息与第三步中的载体位置信息计算得到量测阵H；通过跟踪通道信号载噪比计算得到观测噪声阵R；

第五步，通过第二步中的均方误差阵P和第四步中的量测阵H、观测噪声阵R计算得到滤波增益矩阵K，通过滤波增益矩阵K与观测量Z相乘计算得到k时刻状态量的最优估计值X_k；根据状态量X_k对载体位置信息进行更新，得到k时刻载体位置信息的最优估计；

第六步，通过量测阵H将状态量估计值X_k投影在各个通道上，并考虑载体加速运动的影响，得到通道伪距误差、伪距率误差的最优估计值，将伪距误差、伪距率误差转化为载波误差、码片误差，并对各个通道进行修正，更新数字控制振荡器(NCO)；

第七步，通过滤波增益矩阵K和量测阵H对均方误差阵P进行更新，得到均方误差阵在k时刻的最优估计值P_k；

第八步，此次滤波周期结束，等待进入下一个滤波周期；

所述第四步中量测阵H：

其中，N表示跟踪通道数，分别为k时刻第i个通道卫星位置的三维分量，根据卫星空间位置计算公式得到；R_x,k,R_y,k,R_z,k分别为k时刻接收机位置的三维分量；

所述第六步中：

(1)计算跟踪通道的误差：

设其中分别为k时刻第i个通道卫星的伪距误差、伪距率误差：

其中N表示跟踪通道数，为k时刻第i个通道卫星与接收机的距离，分别为k时刻第i个通道卫星位置的三维分量，R_x,k,R_y,k,R_z,k分别为k时刻接收机位置的三维分量，分别为k时刻状态量估计值中的载体的加速度三维分量，T为相干积分时间；

(2)计算载波误差、码片误差：

其中，分别为k时刻第i个通道的码环误差和载波误差，分别为k时刻第i个通道的伪距误差、伪距率误差，λ_τλ_f分别为伪随机码、载波的波长。