[发明专利]一种自适应矢量跟踪环路的实现方法

权利要求书

1.一种自适应矢量跟踪环路的实现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一：通过捕获、标量跟踪环节，获取各项跟踪参数的估计值，将其赋给矢量跟踪参数，完成初始化；

步骤二：中频信号送入噪声估计通道，中频信号与本地载波、一组未被使用的伪码进行相关计算，相关结果I_P0、Q_P0用于估计噪声功率；

步骤三：中频信号送入跟踪通道，分别与本地载波、超前码E、即时码P、滞后码L进行相关计算，对于第i个跟踪通道，即时码P的同相支路I、正交支路Q相关结果I_Pi、Q_Pi用于估计信号和噪声的总功率；

步骤四：估计输入信号的载噪比C/N₀，并以此计算同相支路I、正交支路Q的噪声方差σ_nI、σ_nQ

载噪比C/N₀计算公式为：

式中，T为相干积分时间，N为相干积分点数，R为自相关函数；

通过计算载噪比C/N₀实现对I、Q支路噪声方差σ_nI、σ_nQ的估计，σ_nI、σ_nQ计算公式为

步骤五：六路相关结果作为量测信息，送入通道滤波器，用以估计载波频率误差Δf_i、码相位误差Δτ_i跟踪参数；

第i个跟踪通道的通道滤波器状态量定义为：

式中，φ为载波相位误差，为载波相位变化率误差，为载波相位二阶导误差，为载波相位三阶导误差，Δτ为码相位误差，A为归一化的信号强度；

经归一化的导航信号强度A定义为：

式中，A_S为信号强度，T_S为采样时间间隔，为I、Q支路的噪声方差，通过步骤四求取；

通道滤波器的状态方程为：

式中，[w₁ w₂ w₃ w₄ w₅ w₆]^T为各状态量对应的噪声，K₀为将弧度转换为码片的系数，其中

式中，f_carr、f_code分别为载波、伪码的频率；

通道滤波器的量测方程为：

Z＝h(X)+v (7)

具体形式展开后为：

式中，T＝MT_S为相干积分时间，δ为相关器间隔，[v₁ v₂ v₃ v₄ v₅ v₆]^T为各支路的噪声，R(·)为自相关函数；

在量测方程中，量测噪声的方差阵为：

载波频率误差Δf由通道滤波器的状态估计结果获得，其计算公式为

采用无迹卡尔曼滤波器UKF，利用UT变换的方法，通过Sigma采样点集来表现函数的非线性，Sigma采样策略为比例对称采样方法，采样参数设置为α＝10^-3、β＝2；

步骤六：各个跟踪通道的载波频率误差Δf_i、码相位误差Δτ_i经比例转换后，得到伪距误差Δρ_i、伪距率误差其比例关系为

Δρ_i＝λ_codeΔτ_i (11)

式中，λ_code、λ_carr分别为伪码、载波的波长；

将各通道的伪距误差Δρ_i、伪距率误差组织为一个量测矢量，送入导航滤波器，以估计载体的位置修正量速度修正量用以修正载体位置、速度；

导航滤波器的状态量定义为

X＝[δx δy δz δv_x δv_y δv_z δa_x δa_y δa_z b_clk d_clk]^T (13)

式中，δx、δy、δz、δv_x、δv_y、δv_z、δa_x、δa_y、δa_z分别为载体在地心地固坐标系下三个方向的位置误差、速度误差、加速度误差，b_clk、d_clk分别为时钟误差等效距离误差、时钟频率误差等效距离率误差；

当建立n个跟踪通道时，则导航滤波器的状态方程为

式中，F为一步转移矩阵，W为系统噪声，T_ru为相关时间

W＝[w_x w_y w_z w_vx w_vy w_vz w_ax w_ay w_az w_b w_d]^T (16)

导航滤波器的状态方程为

Z＝HX+V (17)

式中，Z为量测矢量，H为量测矩阵，V为量测噪声矩阵，[e_i1 e_i2 e_i3]^T为载体和导航卫星之间视线方向上的单位矢量，i＝1,…,n

步骤七：通过经校正后的载体位置、速度信息和卫星星历，计算得到各通道的伪距ρ_i、伪距率利用式(12)、(13)，通过伪距、伪距率的变化量计算得到各跟踪通道码相位修正值载波频率修正值将其反馈至载波NCO、码NCO，对跟踪参数进行修正。