[发明专利]一种锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统

权利要求书

1.一种锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，其特征在于，包括：矢量相位锁定环路VPLL和频率锁定环路FLL，其中，频率锁定环路FLL用于辅助矢量相位锁定环路VPLL，用于保证在接收机载体做高机动运动时，锁定信号，在用户处于低动态时，精确地跟踪和测量载波信号，减小矢量相位锁定环路的跟踪误差，提高相应矢量接收机跟踪性能。

2.根据权利要求1所述的锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，其特征在于，在所述频率锁定环路FLL辅助所述矢量相位锁定环路VPLL时，所述频率锁定环路FLL独立于所述矢量相位锁定环路VPLL，不影响所述矢量相位锁定环路VPLL的运行。

3.根据权利要求1所述的锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，其特征在于，所述矢量相位锁定环路VPLL包括积分清除、相位鉴别器、导航滤波器以及载波相位估计，其中：

所述积分清除器，通过低通滤波器消除信号中的高频成份和噪声；

所述相位鉴别器，利用相干积分结果I_P(n)和Q_P(n)输出接收信号和本地复制信号之间的相位差异；

所述导航滤波器，采用平方根容积卡尔曼滤波SRCKF算法得到当前时刻各个参量估计值的修正值，同时输出下一时刻各个参量的估计值；

所述载波相位估计，根据导航滤波器的输出结果对载波相位进行估计。

4.根据权利要求1所述的锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，其特征在于，所述频率锁定环路FLL包括交乘点乘、扩展卡尔曼滤波器以及载波NCO，其中：

所述交乘点乘，对I支路和Q支路的输出分别进行交乘与点乘运算；

所述扩展卡尔曼滤波器，对输入频率进行估计；

所述载波NCO，完成正弦载波和余弦载波的复制工作。

5.根据权利要求1所述的锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，其特征在于，当接收机处于高动态状态时，矢量跟踪环路模型相对于非高动态会有很大不同，使用高速高机动目标的jerk模型对高动态状态进行建模，假设处于高动态状态时接收机的速度、加速度、加加速度向量如下：

V＝[V_x V_y V_z]，

V′＝[V_x′ V_y′ V_z′]，,

V″＝[V_x″ V_y″ V_z″]，,

则状态方程如下：

其中，X_k＝[L_kx L_ky L_kz V_kx V_ky V_kz V′_kx V′_ky V′_kz V″_kx V″_ky V″_kz]^T，W_k-1为状态扰动噪声。

6.根据权利要求2所述的锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，其特征在于，若选择载波相位鉴别器的输出作为观测量，则系统的观测方程如下：

Z_k＝h(ΔX_k)+U_k。

7.根据权利要求2所述的锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，其特征在于，所述导航滤波器采用平方根容积卡尔曼滤波算法SRCKF，平方根容积卡尔曼滤波算法SRCKF在矢量跟踪环中的实现具体步骤如下：

步骤一、时间更新：

首先利用SRCKF算法通过已给的模型得到状态估计值和状态估计误差协方差矩阵的平方根S_k-1|k-1，其中

假设过程噪声W_k和观测噪声U_k相互独立，W_k～N(0，Q_k),U_k～N(0，Q_k)；过程噪声协方差初始值Q₀＝diag(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)，观测噪声协方差初始值R₀＝diag(10，10……10)_2n×2n；

计算出容积点并采用状态方程对其进行传播，其中状态转换矩阵F如下所示：

计算状态量预测值和预测误差W_k的协方差矩阵的平方根S_k|k-1；其中S_Q，k-1表示Q_k-1的平方根因子，即Q_k-1表示预测误差W_k-1的协方差矩阵，对应x,y,z三轴方向用户动态；

步骤二、测量更新：

计算容积点并通过观测方程对其进行传播，然后计算测量预测值；

得到S_R，k的更新值；

得到状态量更新值和状态估计误差协方差矩阵的平方根因子的更新值，然后进入下一次循环。