[发明专利]单频多频GNSS接收机跟踪环路自适应切换方法

说明书

一种单频多频GNSS接收机跟踪环路自适应切换方法，通过GNSS接收机的硬件平台的射频前端采集GNSS数字中频信号，计算得到反映环境变化的指标后与预先设置的门限比较以选择单频跟踪环路或多频跟踪环路进行闭环跟踪。本发明通过选取能够反映环境变化的指标，设置相应的门限进行检测，来调整环路的切换状态。当信号质量良好时，采用各频点独立跟踪模式，减少计算量和其他频点观测量的干扰。当信号质量下降，易失锁时，采用多频联合跟踪的模式，用其他频点正常信号的观测量进行辅助，提升GNSS接收机的鲁棒性和抗干扰能力。因此，单频独立和多频辅助自适应切换的跟踪方法能提高GNSS接收机的定位可靠性、精度和连续性，具有巨大的潜在价值。

技术领域

本发明涉及的是一种卫星导航领域的技术，具体涉及一种单频多频全球卫星导航系统(GNSS)接收机跟踪环路自适应切换方法。

背景技术

高可靠性的卫星导航接收机在无人机、车联网、自动驾驶等应用场景有着广阔的应用前景，受到国内外的广泛关注。全球卫星导航系统(GNSS)可以为上述场景提供全天候的导航位置信息，使无人机或车辆实现绝对定位。但是，GNSS信号质量极易恶化，给GNSS接收机设计带来很多困难，具体体现在：1、GNSS信号从卫星发射端到用户接收端是一种开放传输信道，其间穿越电离层过程中出现的电离层闪烁现象会严重削弱信号质量，具体表现为接收信号相位、幅度、到达角等参数随机起伏闪烁。电离层闪烁会导致导航卫星失锁，接收机故障，严重影响信号测量精度以及导航、定位和授时功能。2、在高楼林立、树木茂密、电磁辐射污染较严重的城市峡谷区域中，GNSS信号很容易受到遮挡、多径效应、干扰等影响，造成信号能量衰减和相位畸变，增加接收机跟踪测量误差，甚至造成定位中断。3、GNSS信号到达地面后十分微弱，极易受到由各类通信或广播无线电信号等人为因素造成的射频干扰，射频干扰会引起GPS接收机的码环、载波环精度下降，误码率升高，降低导航精度或者造成跟踪的丢失，从而引起定位中断。

发明内容

本发明针对现有单频GNSS接收机在挑战环境下出现跟踪失锁的问题，以及现有多频接收机在正常环境下计算量过大、不同频点之间观测量互相影响的问题，提出一种单频多频GNSS接收机跟踪环路自适应切换方法，选取能够反映环境变化的指标，设置相应的门限进行检测，来调整环路的切换状态。当信号质量良好时，采用各频点独立跟踪模式，减少计算量和其他频点观测量的干扰。当信号质量下降，易失锁时，采用多频联合跟踪的模式，用其他频点正常信号的观测量进行辅助，提升GNSS接收机的鲁棒性和抗干扰能力。因此，单频独立和多频辅助自适应切换的跟踪方法能提高GNSS接收机的定位可靠性、精度和连续性，具有巨大的潜在价值。

所述的挑战环境是指：建筑物、树木等对GNSS信号造成遮挡；GNSS信号在建筑物墙面等区域反射产生的非直射信号造成的多径效应；电离层闪烁造成的GNSS信号幅度、相位和到达角等参数的随机起伏；广播无线电信号等人为因素对GNSS信号造成的射频干扰等。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种单频多频GNSS接收机跟踪环路自适应切换方法，通过GNSS接收机的硬件平台的射频前端采集GNSS数字中频信号，计算得到反映环境变化的指标后与预先设置的门限比较以选择单频跟踪环路或多频跟踪环路进行闭环跟踪。

所述的单频是指：GNSS卫星所发射的信号中载波频率为单一频段种类。

所述的多频是指：GNSS卫星所发射的信号中载波频率为两种或以上频段种类。以北斗三号导航系统为例，其提供B1I、B1C、B2a、B2b和B3I五个公开服务信号。其中：B1I频段的中心频率为1561.098MHz，B1C频段的中心频率为1575.420MHz，B2a频段的中心频率为1176.450MHz，B2b频段的中心频率为1207.14MHz，B3I频段的中心频率为1268.520MHz。