[发明专利]基于I/Q支路相关积分观测滤波的GPS弱信号跟踪系统

说明书

技术领域

本发明属于GPS信号跟踪领域，尤其涉及基于I/Q支路相关积分观测滤波的GPS弱信号跟踪系统。

背景技术

GPS接收机从卫星接收到的信号是扩频的调制信号，通过捕获和跟踪阶段对卫星信号解扩、解调才能得到导航电文。GPS信号跟踪阶段，信号通道从捕获阶段获得的对当前卫星信号载波频率和码相位的粗略估计值出发，通过跟踪环路逐步精细对这两个信号参量的估计。在微弱条件下，简单的增加积分时间已经不能满足跟踪要求，利用位同步方法可以避免环路积分时间跨越导航电文数据位边缘。利用扩展卡尔曼滤波(EKF)可以消除信号跟踪时的多路径效应,模型构造较简单,但不能有效跟踪微弱信号。通过在信号自相关函数特性的三角波峰点采用拟合的手段,可以避免EKF运算过程中雅可比方程的非连续性，但跟踪误差比较大。

发明内容

本发明目的是提供一种能够有效跟踪GPS微弱信号的基于I/Q支路相关积分观测滤波的GPS弱信号跟踪系统。

本发明通过以下技术方案实现的：

基于I/Q支路相关积分观测滤波的GPS弱信号跟踪系统，包括接收机、本地载波数控振荡器、混频器、码发生器、积分清除器、相关运算器、卡尔曼滤波器，

接收机用于接收卫星信号，经过下变频成中频信号，传送给混频器；

混频器还接收本地载波数控振荡器输出的本地正弦、余弦复现载波信号，将中频信号与本地正弦复现载波信号进行混频运算，得到I支路输出信号，传送给相关运算器，将中频信号与本地余弦复现载波信号进行混频运算，得到Q支路输出信号，传送给相关运算器；

相关运算器还接收码发生器产生的本地超前复现C/A码、即时复现C/A码和滞后复现C/A码，将I支路输出信号和Q支路输出信号分别与本地超前复现C/A码、即时复现C/A码、滞后复现C/A码做相关运算，结果传送给积分清除器；

积分清除器根据接收的信息产生六路相关积分值I_E，I_P，I_L，Q_E，Q_P，Q_L，传送给卡尔曼滤波器；卡尔曼滤波器得到估计出的载波相位差、载波频率差和码相位差，将载波相位差和载波频率差传送给本地载波数控振荡器，将码相位差传送给码发生器；

本地载波数控振荡器根据接收的信息产生本地正弦、余弦复现载波信号，输送给混频器；码发生器根据接收的信息产生本地超前复现C/A码、即时复现C/A码和滞后复现C/A码，传送给相关运算器。

本发明基于I/Q支路相关积分观测滤波的GPS弱信号跟踪系统还可以包括：

1、接收机输出的第i颗卫星信号的中频信号为：

其中，A为归一化信号幅值，D(k)为数据码，C(k)为卫星所播放的C/A码，f₁为射频信号输入频率，f_d为信号多普勒频移，k为历元时刻，为第载波初相位；

本地载波数控振荡器产生的本地正弦复现载波信号S_OS和本地余弦复现载波信号S_OC为：

其中，A_O为幅值，f_O为频率，为相位，

中频信号和本地正弦复现载波信号S_OS做混频预算的结果为：

其中，

Ae=12A·AO]]>

f_e＝f₁+f_d-f_O

中频信号和本地余弦复现载波信号S_OC做混频预算的结果为：

2、相关运算器中的相关运算方法为：