[发明专利]一种极端电离层异常下的多频开环接收机跟踪方法及系统

说明书

本发明提供一种极端电离层异常下的多频开环接收机跟踪方法及系统，属于导航卫星定位领域，多频开环接收机跟踪方法包括：实时接收各北斗卫星的导航信号；确定当前时刻导航信号从卫星到接收机的传输时间，并确定导航信号的多普勒频率，将导航信号的载波擦除；采用网络增强系统信息，将载波擦除信号的导航信息擦除；根据导航信号的扩频码周期，将导航擦除信号分成多个信号块，并将多个信号块进行相干累加，得到累加信号；将累加信号的扩频码擦除，得到复信号；基于多频电离层闪烁模型，对卡尔曼滤波器的状态空间公式进行优化；采用优化卡尔曼滤波器对复信号进行滤波，得到当前时刻的跟踪信号。可在强电离层异常情况下提高定位精度。

技术领域

本发明涉及导航卫星定位领域，特别是涉及一种极端电离层异常下的多频开环接收机跟踪方法及系统。

背景技术

电离层是造成全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)定位误差的最大来源之一。在电离层异常情况下，GNSS系统的完好性、准确性和可用性会受到严重影响。特别是电离层中随时间变化的小规模等离子体不规则体会导致GNSS信号的幅度和相位发生快速、随机的波动，这种现象称为电离层闪烁。闪烁的发生受到地方时、季节、纬度以及太阳和地磁活动等影响。研究表明，闪烁集中发生于地磁赤道南北±20°的赤道延伸带和地磁南北纬65°到90°的高纬度地区。

GNSS接收机需要对卫星信号进行稳定、连续地跟踪，以便尽可能准确地计算信号从卫星到接收机的传播距离。接收机通过PLL(Phase Locked Loop，锁相环)对接收信号的载波进行跟踪，剥离信号中的载波成分。同时，通过码环对码相位进行跟踪，获得准确的码相位。电离层闪烁发生时，接收机载波环和码环跟踪性能下降，相位和码跟踪误差增大，使GNSS载波和伪距观测量噪声增加。在强电离层异常下，GNSS接收机跟踪环路会发生频繁周跳、失锁，对GNSS的应用构成重大威胁。如果卫星覆盖范围一开始就很差，则在出现闪烁的情况下，用户的位置可用性可能变得不可靠。即使卫星覆盖良好，影响多颗卫星的强闪烁仍然会破坏定位服务的可用性。由于这些问题导致的距离测量误差可能会大3到10倍。随着GNSS在对位置估计的准确性、精度和可靠性有着严格要求的工程中的大量应用，对精确定位的性能要求也在不断提高，因此需要抑制闪烁对GNSS的影响。

强电离层闪烁通常导致同时出现信号幅度的深度衰落和相位的快速抖动的现象，使接收机发生频繁的失锁和周跳，对精密导航定位的应用以及生命安全要求严格的应用带来严重的威胁。传统的GNSS跟踪环路通常采用基于比例积分滤波器或基于卡尔曼滤波器(Kalman filter，KF)的闭环跟踪算法，闭环跟踪算法不适合强闪烁情况，因为深度衰落会导致估计出现较大误差，进而影响算法性能，影响定位的准确性。

此外，现有技术中也有采用开环架构应对强闪烁影响的策略，虽然开环跟踪环路不会出现失锁，但测量精度较差。因此，如何平衡应对失锁和保证定位精度两方面的需求成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种极端电离层异常下的多频开环接收机跟踪方法及系统，可在强电离层异常情况下提高定位精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种极端电离层异常下的多频开环接收机跟踪方法，包括：

实时接收各北斗卫星的导航信号；

针对任一北斗卫星的导航信号，根据前一时刻所述北斗卫星的位置及接收机的位置，确定当前时刻所述导航信号从北斗卫星到接收机的传输时间；初始时刻北斗卫星的位置及导航信号的传输时间预先确定；

根据所述传输时间确定所述导航信号的多普勒频率；

根据所述多普勒频率，将所述导航信号的载波擦除，得到载波擦除信号；

采用网络增强系统信息，将所述载波擦除信号的导航信息擦除，得到导航擦除信号；