基于惯导系统辅助的伪卫星系统接收机载波跟踪方法

摘要

本发明公开了基于惯导系统辅助的伪卫星系统接收机载波跟踪技术，涉及伪卫星定位领域。本发明方法包括：一、伪卫星发射机发送伪卫星信号；惯导系统将自身的状态信息并发送给伪卫星系统接收机；二、伪卫星系统接收机对伪卫星信号进行捕获，获得伪卫星发射机的状态信息；三、伪卫星系统接收机计算接收到的伪卫星信号的瞬时多普勒频率，调整本地载波环的频率为瞬时多普勒频率后，基于传统锁相环策略完成对伪卫星信号的载波跟踪。本发明方法，满足高动态条件下的稳定的载波跟踪；抑制伪卫星系统接收机在邻近伪卫星区域内运动导致的高阶频率激励对载波环的影响，实现在这些区域内的载波相位跟踪；计算负担小，无需初始收敛迭代，实时性好。

说明书

技术领域

本发明涉及伪卫星定位领域，特别是一种针对区域伪卫星系统接收机在高动 态条件下的载波跟踪方法。

背景技术

目前，导航定位的需求越来越迫切，人们希望能够在野外、山地、城市等室 外条件知道自身所在的位置，并且能够快速的到达目的地。

以北斗和GPS为代表的卫星导航系统应用越来越广泛，并且已经成为智能手 机、车载导航仪等必不可少的功能。然而，卫星导航信号因建筑物的遮挡效应， 无法穿透建筑物墙壁，或在山地等区域受地形遮挡，从而使卫星导航接收机失去 定位功能。伪卫星系统是一种通过发射类似卫星导航信号的设备，可实现遮蔽环 境下的独立定位。但由于伪卫星的服务区域有限，当接收机与伪卫星距离较近时， 接收机简单的运动也将引起接收伪卫星信号频率高阶(三阶及以上)分量的大幅 增长和快速变化，这将导致应用于卫星导航系统接收机的二、三阶锁相环及二阶 锁频环+三阶锁相环组合的载波跟踪方式不能适用于伪卫星系统接收机。

基于上述原因，需要一种针对于伪卫星系统接收机的载波跟踪方法，可在高 动态条件和伪卫星服务区域内实现连续的载波跟踪能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于惯导系统辅助的伪卫星系统接收机载波跟踪 方法，改善伪卫星系统接收机在服务区域内高动态条件下的信号跟踪能力，可在 高动态条件和邻近伪卫星的区域内实现对接收伪卫星信号载波的连续跟踪。

为了达到上述目的，基于惯导系统辅助的伪卫星系统接收机载波跟踪方法， 包括以下步骤：

(1)由分散在不同地点的伪卫星发射机发送伪卫星信号；惯导系统获得自 身的状态信息并发送给伪卫星系统接收机；所述惯导系统的状态信息包括瞬时位 置、速度和姿态；

(2)伪卫星系统接收机对伪卫星信号进行捕获，获得伪卫星发射机的状态 信息；所述伪卫星发射机的状态信息包括瞬时位置和速度；

(3)伪卫星系统接收机基于惯导系统的状态信息和伪卫星发射机的状态信 息计算接收到的伪卫星信号的瞬时多普勒频率，调整本地载波环的频率为瞬时多 普勒频率，并在完成频率调整后基于传统锁相环策略完成伪卫星系统接收机对伪 卫星信号的载波跟踪。

其中，步骤(3)之后还包括：伪卫星系统接收机在完成伪卫星信号的载波 跟踪下实现自身精密定位，将伪卫星接收机的精密定位数据与惯导系统的状态信 息通过卡尔曼滤波器进行滤波，得到惯导系统用于定位解算的误差参量的估计 解，将估计解反馈至惯导系统进行校正。

其中，步骤(3)中伪卫星系统接收机基于惯导系统的状态信息和伪卫星发 射机的状态信息计算接收到的伪卫星信号的瞬时多普勒频率，调整本地载波环的 频率为多普勒频率具体步骤为：

(301)伪卫星系统接收机在获知惯导系统的状态信息后，基于伪卫星系统 接收机的接收天线和惯导系统的空间安装对应关系计算得到接收天线的空间位 置；并通过惯导系统输出的姿态和速度计算接收天线的瞬时空间速度；

(302)伪卫星系统接收机基于接收天线空间位置、瞬时空间速度和伪卫星 发射机的状态信息计算接收天线与伪卫星发射机之间的径向速度，基于径向速度 计算得到伪卫星信号的瞬时多普勒频率；

(303)基于得到的瞬时多普勒频率调整本地载波环的频率。

本发明方法具有如下优点：

(i)本发明提出了一种伪卫星系统接收机基于惯导系统辅助的伪卫星载 波跟踪方法，可满足高动态条件下的稳定的载波跟踪；

(ii)本发明提出的载波跟踪方法，可抑制伪卫星系统接收机在邻近伪卫星 区域内运动导致的高阶频率激励对载波环的影响，实现在这些区域内的载波相位 跟踪。

(iii)本发明提出的方法计算负担小，无需初始收敛迭代，实时性好。

附图说明

图1是本发明的基于惯导系统辅助的伪卫星系统接收机载波跟踪方法的示意 图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述。

在山区、室内或隧道等应用环境中，多个固定或移动伪卫星发射机分别部署 在不同区域，构成伪卫星定位区域网格，各伪卫星发射机发射确定频点的伪卫星 信号。伪卫星系统接收机具有与惯导系统的数据交互能力。在定位过程中，惯导 系统将获得的全部数据输出至伪卫星系统接收机，伪卫星系统接收机基于伪卫星 位置和惯导系统数据解算出多普勒频率，并基于多普勒频率调整本地载波环的信 号频率，实现对载波的稳定跟踪。

基于惯导系统辅助的伪卫星系统接收机载波跟踪方法，包括以下步骤：

(1)由分散在不同地点的伪卫星发射机发送伪卫星信号；惯导系统获得 自身的状态信息并发送给伪卫星系统接收机；所述惯导系统的状态信息包括瞬时 位置、速度和姿态；

(2)伪卫星系统接收机对伪卫星信号进行捕获，获得伪卫星发射机的状 态信息；所述伪卫星发射机的状态信息包括瞬时位置和速度；

(3)伪卫星系统接收机基于惯导系统的状态信息和伪卫星发射机的状态 信息计算接收到的伪卫星信号的瞬时多普勒频率，调整本地载波环的频率为瞬时 多普勒频率，并在完成频率调整后基于传统锁相环策略完成伪卫星系统接收机对 伪卫星信号的载波跟踪；

所述步骤(3)中伪卫星系统接收机基于惯导系统的状态信息和伪卫星发射 机的状态信息计算接收到的伪卫星信号的瞬时多普勒频率，调整本地载波环的频 率为瞬时多普勒频率具体步骤：

(301)伪卫星系统接收机在获知惯导系统的状态信息后，基于伪卫星系统 接收机的接收天线和惯导系统的空间安装对应关系计算得到接收天线的空间位 置；并通过惯导系统输出的姿态和速度计算接收天线的瞬时空间速度；

(302)伪卫星系统接收机基于接收天线空间位置、瞬时空间速度和伪卫星 发射机的状态信息计算接收天线与伪卫星发射机之间的径向速度，基于径向速度 计算得到伪卫星信号的瞬时多普勒频率；

其中，伪卫星系统接收机计算瞬时多普勒频移的具体方法为：惯导和伪卫 星经过卡尔曼滤波输出的实时三维定位和速度分别为和通过 电文解算得到伪卫星的坐标为[P_x,P_y,P_z]和速度[v_x,v_y,v_z]，则瞬时多普勒频移为

$\Delta \hat{f}=\frac{f\left[{\hat{I}}_x-P_x,{\hat{I}}_y-P_y,{\hat{I}}_z-P_z\right]{\left[{\hat{v}}_x-v_x,{\hat{v}}_y-v_y,{\hat{v}}_z-v_z\right]}^T}{c\left|\left[{\hat{I}}_x-P_x,{\hat{I}}_y-P_y,{\hat{I}}_z-P_z\right]\right|}$

式中f为无多普勒频移下的伪卫星信号的中心频点，c为光速。

(303)基于得到的瞬时多普勒频率调整本地载波环的频率。

(4)伪卫星系统接收机在完成伪卫星信号的载波跟踪下实现自身精密定位， 将伪卫星接收机的精密定位数据与惯导系统的状态信息通过卡尔曼滤波器进行 滤波，得到惯导系统用于定位解算的误差参量的估计解，将估计解反馈至惯导系 统进行校正。

以上所述，仅为本发明的一具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此， 在本发明揭露的技术范围内，可理解想到的变换，都应涵盖在本发明的包含范围 内。