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    重庆时时彩好账号注册: 一种惯性信息辅助卫星信号跟踪环路处理方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201611044065.1

    申请日:

    2016.11.23

    公开号:

    CN106772479A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01S 19/37申请日:20161123|||公开
    IPC分类号: G01S19/37(2010.01)I 主分类号: G01S19/37
    申请人: 北京自动化控制设备研究所
    发明人: 左启耀; 李育龙; 胡文涛; 李峰; 王黎斌; 刘峰
    地址: 100074 北京市丰台区云岗北区西里1号院
    优先权:
    专利代理机构: 核工业专利中心 11007 代理人: 吕岩甲
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611044065.1

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明属于卫星接收机基带信号处理领域,涉及一种利用惯性信息辅助卫星接收机跟踪环路处理方法;本发明利用惯导输出的加速度信息辅助卫星接收机跟踪环路,来减小载波跟踪环路的动态应力误差,从而可以减小跟踪环路等效噪声带宽,也可以实现长时间的相干积分,即可降低环路热噪声误差,提高了环路对于低载噪比信号的跟踪性能。本发明对惯性信息辅助下的卫星信号跟踪环路实现形式进行了公开,主要包括惯性信息环路辅助量计算、环路滤波器阶数、环路滤波器带宽、环路滤波器实现结构以及环路滤波器的切换应用形式,在提高卫星接收机跟踪动态性能的同时,提高接收机灵敏度。

    权利要求书

    1.一种利用惯性信息辅助卫星接收机跟踪环路处理方法,其特征在于:该方法包括以
    下步骤:
    步骤一、在无惯性信息辅助情况下,采用传统跟踪环路;
    在存在惯性信息辅助情况下,采用惯性辅助载波跟踪环路;传统跟踪环路和惯性辅助
    载波跟踪环路的切换,由有无惯性信息决定;
    步骤二、将惯导输出的载体加速度信息作为惯性辅助信息,加速度信息换算为每一颗
    跟踪卫星的视距加速度;
    步骤三、每一颗视距加速度信息作为惯性辅助信息用于载波二阶跟踪环路;
    步骤四、在惯性辅助形式下,二阶载波跟踪环路等效噪声带宽进行压缩;
    步骤五、在惯性辅助形式下,二阶载波跟踪环路采用长预检测积分时间。
    2.根据权利要求1所述的一种利用惯性信息辅助卫星接收机跟踪环路处理方法,其特
    征在于:所述视距加速度的计算公式为:
    <mrow> <mi>a</mi> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mover> <mi>a</mi> <mo>&RightArrow;</mo> </mover> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>a</mi> <mo>&RightArrow;</mo> </mover> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mi>c</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:为卫星加速度矢量,为用户加速度矢量;f为信号频率,c为光速;
    其中:
    <mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mover> <mi>a</mi> <mo>&RightArrow;</mo> </mover> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>a</mi> <mo>&RightArrow;</mo> </mover> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>a</mi> <mi>u</mi> <mi>x</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>a</mi> <mi>s</mi> <mi>x</mi> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>a</mi> <mi>u</mi> <mi>y</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>a</mi> <mi>s</mi> <mi>y</mi> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>a</mi> <mi>u</mi> <mi>z</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>a</mi> <mi>s</mi> <mi>z</mi> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:xu、yu、zu是用户三维位置,xs、ys、zs是卫星空间三维位置;是用户三维
    加速度分量,是卫星三维加速度分量;
    1)(xu、yu、zu)和是惯导提供的辅助信息;
    2)(xs、ys、zs)和是接收机在本机完成的计算;(xs、ys、zs)按卫星导航系
    统ICD文件推荐公式进行计算,此后利用对卫星位置(xs、ys、zs)的二次微分结果,可计算得
    到卫星的加速度
    3)卫星位置和加速度的计算也可以在100~200s分段三次埃米特插值法;
    4)要求au和as同时采样;as采用插值计算;
    5)环路滤波器运算周期和惯导解算周期相同,为2ms。
    3.根据权利要求2所述的一种利用惯性信息辅助卫星接收机跟踪环路处理方法,其特
    征在于:如果每100s按ICD文件计算一次as,要求该次计算和惯导2ms采样时间对齐,后续在
    100s内采用插值的方法。
    4.根据权利要求2所述的一种利用惯性信息辅助卫星接收机跟踪环路处理方法,其特
    征在于:
    锁相环鉴别器为:
    <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mn>2</mn> <mi>&phi;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msqrt> <mrow> <msubsup> <mi>I</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:φ表示锁相环鉴别器鉴相误差;IPS表示同相即时支路的相干积分结果;QPS表示正
    交即时支路的相干积分结果;
    惯性辅助载波跟踪环路为加速度辅助二阶锁相环形式;
    二阶锁相环滤波器系数为:
    a0=1.414ω2 (4)
    <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&omega;</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:ω2=1.6BLF,BLF为等效环路噪声带宽,T=1ms是环路滤波器采样时间间隔,在惯
    性辅助方式下,取为2Hz,环路增益K=1;
    k1、k2是加速度积分环节系数:
    k1=T2/2×Kn (6)
    k2=T2/6×Kn (7)
    Kn=6×fc/c是环路增益,其中,fc是载波频率,c是光速。
    5.根据权利要求1或2所述的一种利用惯性信息辅助卫星接收机跟踪环路处理方法,其
    特征在于:
    传统载波跟踪环路为二阶锁频环辅助三阶锁相环的形式;
    锁频环鉴频器采用叉积鉴频实现精确的频率跟踪,计算公式为:
    Cross=Qps[k]·Ips[k-1]-Ips[k]·Qps[k-1] (8)
    则归一化叉积鉴频器输出efk为:
    <mrow> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>C</mi> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>s</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&pi;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mi>D</mi> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&lsqb;</mo> <msubsup> <mi>I</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>s</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>s</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:TID=1ms,为积分清除器的积分间隔时间;
    锁相环鉴别器为:
    <mrow> <mi>sin</mi> <mn>2</mn> <mi>&phi;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msqrt> <mrow> <msubsup> <mi>I</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:φ表示锁相环鉴别器鉴相误差;IPS表示同相即时支路的相干积分结果;QPS表示正
    交即时支路的相干积分结果;
    二阶载波环路滤波器系数为:
    b0=1.414ω1T (10)
    <mrow> <msub> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&omega;</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <msup> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:T为滤波器输入采样时间间隔,T=1ms;ω1=1.6BLF为环路的自然频率,BLF=2Hz
    为环路等效噪声的带宽;
    三阶锁相环环路滤波器系数为:
    a0=2.4ω0 (12)
    <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>1.1</mn> <msubsup> <mi>&omega;</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>13</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&omega;</mi> <mn>0</mn> <mn>3</mn> </msubsup> <msup> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中:ω0=1.2BLF,BLF=10Hz为跟踪环路等效噪声带宽,T=1ms是环路滤波器采样时间
    间隔。

    关 键 词:
    一种 惯性 信息 辅助 卫星 信号 跟踪 环路 处理 方法
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