[发明专利]一种基于载波相位测量的跳频测距方法

说明书

本发明提供了一种载波相位测量的跳频测距方法。它包括对节点间实时距离、节点运动状态和跳频载波相位的预测和校验。相比传统多载波相位测量的测距方法，跳频测距在实现的时候，由于存在跳频间隔和节点不可忽略的径向速度，每次测量中发送端到接收端的距离不同，以致于各个载波从发送端到接收端的时间间隔不同，增大了测距难度。本发明利用先验估计节点运动状态和跳频载波的相位，根据更新的各项均方误差校正估计值，不仅可以实现实时测量，而且提高了测距精度，可以达到厘米级。

技术领域

本发明属于测距技术领域，是一种跳频系统的载波相位测距算法。

背景技术

从GPS接收机中可以获得码伪距观测量和载波相位观测量。其中，伪距观测量的测距误差在米级，而载波相位观测量的测距误差可以达到厘米级。因此，码伪距观测量所包含的噪声远大于载波相位观测量所包含的噪声。但是在利用单频载波相位测距时，只能测量载波不足一个波长的部分，我们无法确定当前时刻是第几个整周的小数部分，即存在整周模糊度的问题。传统的单频载波测距方法在解算整周模糊度时通常需要连续几个历元的观测值，因此实时性不强。而码伪距观测虽然不存在解算整周模糊度的问题，测距过程较简单，但是当对测距精度有很高的要求时，仍然采用载波相位测距的方法。

收发端采用跳频通信。跳频，就是指通信的双方按照某一规律自动地改变工作频率，使系统的工作频率在一定的频率范围内以一定的速率进行跳变。频率不断地跳变，这一跳变的速率就称为跳频速率。

测距时，由于收发端之间存在相对运动，并且受到外界环境因素的影响，相对运动的速度不是恒定的，因此每次发送的载波在收发端之间的时延不一样。于是，这个时延的测量精度是影响测距精度的主要因素，可通过接收端信息位同步得到，然而同步得到的精度并不高。

本发明提出了一种基于跳频系统的载波相位测量的测距方法，由于采用多频测量，增加了观测时间点的信息量，避免了单频载波相位测距时求解整周模糊度的复杂计算过程，只需提供一个初始的伪距测量值和节点的初始运动状态，就可以根据递推方程预测下一时刻的伪距值和节点的运动状态。并且，实时更新下一时刻的误差方差阵，校正预测值得到更精确的结果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种基于载波相位测量的跳频测距方法。

在具有载波相位测距需求时，跳频信号发射端可用宽带调制器实现。此时不需要考虑各频点间由于模拟信号处理造成的延时差。

跳频系统测距时，实际上每次只能观测到某一频率上的载波相位，但是由于采用递推方式，各载波频率和前一时刻速度已知，在系统跳频速率足够高且发射端各频率相位同步的情况下，可以换算出每一载波的当前时刻的载波相位。因此可以考虑将单跳的载波相位测量在时间上延展看作是多频同步载波相位测量。

测距时，实时观测载波相位，根据已获得的初始粗糙伪距值和观测数据预测当前时刻的载波相位和节点运动状态，通过后验校正预测值获得更高精度的结果。

保证跳频测距源端发送的各载波初始相位对齐；实时观测载波相位，根据已获得的初始粗糙伪距值和观测数据预测当前时刻的载波相位和节点运动状态，通过后验校正预测值获得更高精度的结果。

获得初始粗糙伪距值和观测数据后，由预测模块(101)、更新模块(102) 和校正模块(103)进行数据处理；初始粗糙伪距值和校正模块(103)的输出同时作为预测模块(101)的输入，预测模块(101)的输出作为更新模块(102) 的输入；观测数据、预测模块(101)和更新模块(102)的输出同时作为校正模块(103)的输入，校正模块(103)的输出作为结果。

所述的预测模块(101)建立系统状态模型并给出目标状态方程和测量方程，由kT时刻的校正结果递推目标(k+1)T时刻的预测值和(k+1)T时刻的信息值；预测值中包括节点运动状态和载波相位。所述目标状态方程和测量方程为：