[发明专利]一种锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统

说明书

本发明提供一种锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，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。本发明将两种环路相结合，既发挥了矢量相位锁定环路VPLL精确跟踪的优势，又因为矢量跟踪以及频率锁定环路FLL的辅助在一定程度上增强了在高动态环境下环路对信号的锁定和跟踪能力。本发明系统具有更加准确的估计性能和跟踪性能。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，具体而言，尤其涉及一种锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统。

背景技术

在矢量相位锁定环路VPLL中载波相位跟踪支持厘米或更精确的位置定位，在差分模式下，比非相干跟踪导航信号的精度高两个数量级。然而，载波相位跟踪相比于伪码和频率跟踪更脆弱，特别是在高动态以及深度信号衰减和阻塞，还有多径环境中，但如果使用频率锁定环路FLL对VPLL进行辅助，那么可以充分发挥FLL和VPLL各自的优势，使接收机既能够容忍用户的高动态应力，又具有较强的抗干扰性能，提高接收机对载波的跟踪性能。

另外，在一般情况下FLL是利用鉴别器来提取载波频率误差，但鉴别器只能在自变量的一段很小的区间内保持输入和输出之间的线性关系，由此阻碍了接收机性能的提高，如果此时使用非线性滤波的方法对载波频率进行估计，那么可以增加线性区间。

发明内容

矢量相位锁定环路虽然具备了矢量环路的诸多优点，但当接收机处于高动态环境时会造成较大的速度和位置误差甚至对信号锁定发生困难，针对该技术问题，提供一种锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统。本发明首先使用标量跟踪环对信号进行接收和处理，之后切换到矢量跟踪环，建立了矢量环路高动态模型的状态方程和观测方程。

本发明采用的技术手段如下：

一种锁频环辅助的矢量相位锁定环路系统，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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：