[发明专利]基于导航信号空时处理与矢量跟踪相结合的卫星导航方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种卫星导航方法，特别是涉及一种基于导航信号空时处理与矢量跟踪相结合的卫星导航方法。

背景技术：

近年来卫星导航在国民经济和军事国防中得到广泛的应用，中美欧俄日等国家和地区都在积极发展自主的卫星导航系统及终端应用系统，以期提供更优的服务应用能力，特别是随着卫星导航的深入应用，一些新的导航的需求也浮现出来，迫切需要提升卫星导航的定位、定姿、抗干扰、弱信号跟踪和多系统融合等方面的能力。

卫星导航能力提升主要体现在系统能力和终端应用能力的建设发展上，其中终端朝着低成本和高性能两个方向发展，特别是在导航接收机方面的抗干扰、多系统融合、组合导航等技术，是目前的研究热点，也是提高导航抗干扰能力和提升导航定位精度、可靠性的关键技术，国内外已相继提出和开展了导航信号的矢量跟踪与导航解算、空时抗干扰等新技术的研究，并提出了信号的空时处理(Space-Time Processing)、矢量跟踪(Vector Tracking)等新的导航信号处理与导航解算方法，通过充分发掘导航信号的时间空间结构和相干关系，融合信号处理与导航解算过程，提升导航性能，取得了较好的效果。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够提高精度的基于导航信号空时处理与矢量跟踪相结合的卫星导航方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种基于导航信号空时处理与矢量跟踪相结合的卫星导航方法，包括以下步骤：

步骤一：坐标系的建立：设载体安装阵列P,共有N个理想全向点状天线阵元，建立载体坐标系b，则阵元n在载体坐标系中的坐标则阵列p在载体坐标系中的坐标记为：

若某卫星信号sⁱ，在载体坐标系的入射方向为其中φ、θ分别为入射方位角和极距角，则其方向余弦为：

则地心地固坐标系e中，阵列p的坐标为：

在坐标系e中，载体坐标b的原点坐标为坐标系e旋转到载体坐标b的欧拉角为

则：

则坐标系e转换到坐标系b的转换矩阵为：

则坐标系b转换到坐标系e的转换矩阵为：

信号sⁱ若在e坐标系的方向余弦为则有：

步骤二：接收机对卫星导航信号进行接收；

对于卫星i发射的某导航信号sⁱ，设共有M个卫星，则对于卫星i，其发射的信号sⁱ的一般形式为：

其中，Aⁱ为信号幅度，dⁱ为导航数据，Cⁱ为该信号的PRN码，ωⁱ表示该信号的中心频率或载波频率；

对于信号sⁱ,有一理想阵列p接收，则阵元p_n接收到的卫星信号为延时后的sⁱ：

为阵元p_n接收到信号sⁱ幅度，为信号sⁱ的传输时延；

对于阵元p_n接收到的全部卫星信号及噪声可写为：

步骤三：将接收到的卫星信号进行载波信号空时处理和PRN码信号空时处理；

1)载波信号空时处理

若为信号sⁱ的载波信号，为波长，入射方向为aⁱ(φⁱ，θⁱ)，则信号的波数为：

其中uⁱ为信号sⁱ的方向余弦，则该信号的阵列流行矢量：

对于卫星导航信号，若剥离掉调制信号，则余留单频信号其带宽bs≈0，属于窄带信号，对于窄带信号，为了获取阵列处理增益，应将每个阵元输出补偿一个时移τ_i，使各个阵元输出的信号恢复到共同相位上，再进行信号相加，利用信号的空间相干特性实现阵列接收的调向，在期望信号方向上形成波峰，信号的延时补偿τ_n可用中心频率相移来实现。

定义：

其中，k_s为期望的平面波波数，且若忽略各类噪声，阵列调向后接收到卫星信号的响应为：

由公式可得总的频率-波数响应为