[发明专利]一种适用于跳时导航信号的矢量跟踪方法及装置

说明书

本发明公布了一种适用于跳时导航信号的矢量跟踪方法及装置，装置包括：脉冲控制模块、积分清零ID模块、鉴别器、IUP预滤波器和导航滤波器；其中，导航滤波器包括PM模块、EKF模块和LOS映射模块；将矢量跟踪用于伪卫星跳时导航信号处理，根据伪卫星跳时导航信号设计基于不规则更新周期IUP的卡尔曼通道预滤波和基于误差观测量预测PM的导航滤波；再利用视距LOS映射完成视距投影与通道反馈校正，实现适用于跳时导航信号的矢量跟踪。本发明通过不规则更新的通道预滤波与观测量同步后的导航滤波，提高了跳时导航信号矢量跟踪环的环路跟踪精度、稳定性与接收机定位测速精度。

技术领域

本发明属于无线电导航技术领域，具体涉及一种适用于跳时导航信号的矢量跟踪方法及装置。

背景技术

伪卫星定位系统能够在城市峡谷、露天矿山和室内商超等全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)受限的环境下向用户提供连续可靠的定位服务。为了在一定程度上与GNSS兼容，伪卫星定位系统往往采用与GNSS相近的信号体制，即用伪随机码对信号进行直接序列扩频，实现码分多址复用。但由于伪卫星定位系统覆盖范围内，用户与各伪卫星基站之间的距离差异有时非常大，导致了严重的远近效应问题。仅依靠扩频码带来的相关增益无法有效抑制远近效应，因此，通常采用实现成本较低的跳时脉冲调制技术来提升系统抗远近效应的性能。

跳时脉冲调制将信号分为帧、子帧以及时隙三个层次，每帧包含N_f个子帧，每个子帧包含N_s个时隙，其中N_f取决于伪随机跳时序列的长度，N_s则取决于脉冲信号占空比。伪随机跳时序列决定了各颗伪卫星在每一子帧内的发射时隙，保证每颗伪卫星均以近似随机的间隔发射跳时脉冲信号，在最大程度上保持了信号原有的频谱特性，从而避免了周期性频谱搬移带来的信号误锁问题。同时，跳时脉冲调制使得每个时隙内仅有一颗伪卫星在发射信号，抑制了系统中其它伪卫星带来的互相关干扰。

与GNSS信号相同，伪卫星跳时导航信号也可以使用矢量环路进行跟踪。矢量跟踪环(Vector Tracking Loop，VTL)将所有通道的观测量集中到一个导航滤波器中进行处理，不同通道的信息相互辅助，相比标量跟踪方式，能够提高接收机的动态跟踪性能，提升信号跟踪的连续性。但传统的矢量跟踪方法针对的是连续信号，而对于采用跳时脉冲调制的伪卫星定位系统，其信号非连续且脉冲间隔具有伪随机特性，各颗伪卫星的有效时隙也不重叠，这将导致跟踪环路鉴别器误差增大以及各跟踪通道鉴别器输出时间不同步的问题，进而造成信号跟踪性能与接收机定位性能的下降。因此，现有技术难以实现精准可靠的伪卫星跳时导航信号的矢量跟踪。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种适用于跳时导航信号的矢量跟踪方法，通过不规则更新的通道预滤波与观测量同步后的导航滤波，提高了伪卫星跳时导航信号矢量跟踪环的环路跟踪精度、稳定性与接收机定位测速精度。

本发明方法一方面包括了一种基于不规则更新周期(Irregular UpdatePeriods，IUP)的卡尔曼通道预滤波方法：根据伪卫星跳时导航信号的脉冲间隔调整更新周期，获得基带信号跟踪误差估计值。另一方面包括了一种基于误差观测量预测(PredictedMeasurements，PM)的导航滤波方法：将不同通道预滤波器估计的跟踪误差外推至同一时刻，获得同步的导航滤波观测量，然后得到导航误差估计值，再完成视距(Line-of-Sight，LOS)投影与通道反馈校正。

本发明的技术方案是：

一种适用于跳时导航信号的矢量跟踪方法，本发明将矢量跟踪应用在伪卫星跳时导航信号的处理中，并根据伪卫星跳时导航信号的特性，提出了一种基于IUP的卡尔曼通道预滤波方法和一种基于PM的导航滤波方法，主要包括如下步骤：