[发明专利]一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路

说明书

本发明公开了一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路，用于解决GNSS卫星导航接收机信号快速牵引和定位问题。技术方案通过对码环鉴相器的平滑滤波输出和牵引时间计时，利用环路参数控制器自适应地调整伪码延迟锁定环路的噪声带宽。在环路的牵引初始阶段，选择较宽的带宽实现环路快速震荡和收敛；初始牵引完成后，通过鉴相误差的大小对环路滤波器的带宽自适应调节，使环路完成稳定和精确跟踪。本发明克服了现有固定带宽伪码跟踪环路高跟踪精度和快速收敛的矛盾，实现了在不降低环路稳态跟踪精度的前提下加快环路收敛速度。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，特别是涉及一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路。

背景技术

随着全球卫星导航系统GNSS的建设和GNSS接收机的广泛应用，用户对GNSS接收机的连续定位能力提出了越来越高的要求。但是，在城市、丛林、山谷等复杂环境应用中，卫星信号经常受到短时遮挡，因此失锁后的快速重定位技术成为了GNSS接收机的研究热点之一。对于短时信号遮挡，GNSS接收机可以采用码相位预测的方法完成信号的快速捕获，但是从捕获完成通常伪码误差为0.5码片到伪码跟踪环路稳定通常伪码误差小于0.02码片的时间仍是制约定位恢复的主要因素。

对于实现伪码跟踪的延迟锁定环路DLL来说，噪声带宽是环路的重要设计参数之一。较宽的环路带宽能够使环路快速收敛和稳定，但是稳定跟踪后存在较大的环路跟踪误差；反之，较窄的环路带宽有助于滤除环路中的噪声，能够保证更高的环路跟踪精度，但是却需要较长的稳定时间。由此可见，在传统的固定带宽的码跟踪环路设计中，降低环路跟踪误差和提升环路收敛速度的要求相互矛盾。文献“Bandwidth Optimization of Carrier/Code Tracking Loops in GPS Receiver[ResearchGate,Available from:wei-lung Mao,Retrieved on:21November 2016]”中认为，适应正常定位和动态需求的最优码环带宽应为4.556Hz到2.4283Hz，然而在这种带宽下的码环收敛时间通常为1秒或更长，导致GNSS接收机无法满足失锁后的快速重定位的需求。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足，提供一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路。通过码环鉴相器的输出和牵引时间计时，自适应地调整伪码延迟锁定环路的噪声带宽，有效地实现了码环牵引过程的快速稳定和精确跟踪。

本发明采用的技术方案为：

一种快速收敛的自适应伪码延迟锁定环路，包括本地伪码产生器1、相关器2、鉴相器3、牵引时间计时器4、平滑滤波器5、环路参数控制器6、环路滤波器7和数控振荡器8；

本地伪码产生器1用于根据本地伪码时钟生成间隔不超过半个码片的超前、即时和滞后三组本地伪码序列，并将超前和滞后两组本地伪码序列发送至相关器2；

相关器2用于将载波剥离的I支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，将载波剥离的Q支路数字信号分别与超前和滞后两组本地伪码序列相乘并在一定时间内积分，得到I、Q支路的超前和滞后两组相关结果，将超前和滞后两组相关结果发送至鉴相器3；

鉴相器3用于分别对I、Q支路的超前和滞后两组相关结果进行相位差异分析，得到本地伪码序列与卫星信号的相位差异，将相位差异分别发送至平滑滤波器5和环路滤波器7；

平滑滤波器5用于对相位差异进行平滑滤波，得到稳定的相位误差结果，将相位误差结果发送至环路参数控制器6；

牵引时间计时器4用于在环路参数控制器6的控制下开启或关闭，还用于在开启时完成从环路同步开始的时间累积，将时间累积结果发送至环路参数控制器6；

环路参数控制器6用于建立环路噪声带宽参数查找表，并根据时间累积结果和相位误差结果从表格中选择噪声带宽参数对环路滤波器7进行设置；