CN107748376B - 无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法，该方法包括如下步骤：一，采用多项式拟合方法对对输出信号Vo(n)进行学习；二，对未来六个数进行预测得到预测输出信号d(n)；三，将预测输出d(n)与输出Vo(n)的差e(n)进行一致性估计；四，采用自适应算法对带宽B(n)进行调整。本发明可以在不知道环路具体结构的情况下，通过对输出信号的自我学习，实时的调整环路带宽，使得环路进入最优状态。

Description

无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法，属于卫星导航中的环路带宽调整技术领域。

背景技术

在高速运动的载体导航中，要求卫星接收机具有一定的动态性。一般认为接收信号中含有载波多普勒频移的二阶时间导数，所以，最好采用二阶以上的环路进行信号跟踪。但相对于低阶环路，高阶环路的带宽较小，环路收敛时间长。为了缩短收敛时间必须增大环路带宽，提高环路的动态性能。但是带宽的增加，使得稳态跟踪误差性能恶化。所以环路设计者希望在信号较差时，带宽适当地变宽。在信号较好时，带宽适当地变小，即环路具有一定的自适应性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法，在不知道环路具体结构的情况下，通过对输出信号的自我学习，实时的调整环路带宽，使得环路进入最优状态。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法，包括如下步骤：

步骤1，采用二次多项式拟合方法对跟踪环路的输出信号进行学习，求解二次多项式的二次项系数、一次项系数以及常数项系数；所述跟踪环路的输出信号为当前时刻的前11个时刻至前6个时刻跟踪环路的输出信号；

步骤2，根据步骤1得到的二次多项式对当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的输出信号进行预测，得到预测输出信号；

步骤3，将当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号与实际输出信号做差，并对差进行一致性估计；

步骤4，根据步骤3一致性估计的结果，采用自适应算法对当前时刻的环路带宽进行调整。

作为本发明的一种优选方案，步骤1所述具体过程为：

采用二次多项式y＝ax²+bx+c进行学习，其中，x表示时刻，y表示跟踪环路的输出信号，a为二次项系数，b为一次项系数，c为常数项系数；

选取当前时刻的前11个时刻至前6个时刻，得到的矩阵为：

其中，P＝[a,b,c]^H，上标H表示转置，

选取当前时刻的前11个时刻至前6个时刻对应的跟踪环路输出信号：

v＝[v_o(n-11),v_o(n-10),v_o(n-9),v_o(n-8),v_o(n-7),v_o(n-6)]^H

令Y＝v并且取[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆]＝[1,2,3,4,5,6]，求得A的广义共轭矩阵A⁺：

则P＝A⁺Y，求得a、b、c。

作为本发明的一种优选方案，步骤2所述具体过程为：

取[x₇,x₈,x₉,x₁₀,x₁₁,x₁₂]＝[7,8,9,10,11,12]，则A'P＝Y'，其中，

Y'＝[d(n-5),d(n-4),d(n-3),d(n-2),d(n-1),d(n)]^H表示当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号，P＝[a,b,c]^H，a、b、c分别为步骤1得到的二次多项式的二次项系数、一次项系数、常数项系数。

作为本发明的一种优选方案，步骤3所述具体过程为：

当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号与实际输出信号做差表示为：

E＝v'-Y'

E＝[e(n-5),e(n-4),e(n-3),e(n-2),e(n-1),e(n)]^H表示当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号与实际输出信号的差，v'表示实际输出信号，Y'表示预测输出信号；

一致性估计公式为：

其中，D(n)表示一致性估计结果。

作为本发明的一种优选方案，步骤4所述具体过程为：

自适应算法公式为：

B(n)＝B(n-1)+μ*J(n)

其中，B(n)、B(n-1)分别表示当前时刻、当前时刻的前1时刻的环路带宽，μ为步长，D(n)、D(n-1)分别表示当前时刻、当前时刻的前1时刻的一致性估计结果。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明可以在不知道环路具体结构的情况下，通过对输出信号的自我学习，实时的调整环路带宽，使得环路进入最优状态。

2、本发明在环路设计中通过多项式拟合对输出信号进行学习并预测出未来一定时间内信号的输出。

附图说明

图1是本发明无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法的原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，为本发明无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法的原理图。具体步骤如下：

步骤一：采用多项式拟合方法对对输出信号Vo(n)进行学习；

步骤二：对未来六个数进行预测得到预测输出信号d(n)；

步骤三：将预测输出d(n)与输出Vo(n)的差e(n)进行一致性估计；

步骤四：自适应算法设计。

多项式拟合方法通常采用二次多项式或者三次多项式，下面运用二次多项式对该算法进行举例。

步骤一：对输出信号Vo(n)进行学习，其学习算法采用多项式拟合的方法。

y＝ax²+bx+c

其中，P＝[a,b,c]^H，

选取v＝[v_o(n-11),v_o(n-10),v_o(n-9),v_o(n-8),v_o(n-7),v_o(n-6)]^H

令Y＝v并且取[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆]＝[1,2,3,4,5,6]，则A的广义共轭矩阵A⁺：

则P＝A⁺Y。

步骤二：对未来六个数进行预测得到预测输出信号d(n)。

取[x₇,x₈,x₉,x₁₀,x₁₁,x₁₂]＝[7,8,9,10,11,12]

则A'P＝Y'

Y'＝[d(n-5),d(n-4),d(n-3),d(n-2),d(n-1),d(n)]^H

步骤三：将预测输出d(n)与输出Vo(n)的差e(n)进行一致性估计。即：

E＝v'-Y'

其中，

E＝[e(n-5),e(n-4),e(n-3),e(n-2),e(n-1),e(n)]^H

步骤四：自适应算法设计

B(n)＝B(n-1)+μ*J(n)

μ为步长，一般情况下，μ值不易过大，一般取0.04左右。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.无人驾驶车辆卫星定位接收机自适应带宽跟踪环设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，采用二次多项式拟合方法对跟踪环路的输出信号进行学习，求解二次多项式的二次项系数、一次项系数以及常数项系数；所述跟踪环路的输出信号为当前时刻的前11个时刻至前6个时刻跟踪环路的输出信号；具体过程为：

采用二次多项式y＝ax²+bx+c进行学习，其中，x表示时刻，y表示跟踪环路的输出信号，a为二次项系数，b为一次项系数，c为常数项系数；

选取当前时刻的前11个时刻至前6个时刻，得到的矩阵为：

其中，P＝[a,b,c]^H，上标H表示转置，

选取当前时刻的前11个时刻至前6个时刻对应的跟踪环路输出信号：

v＝[v_o(n-11),v_o(n-10),v_o(n-9),v_o(n-8),v_o(n-7),v_o(n-6)]^H

令Y＝v并且取[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆]＝[1,2,3,4,5,6]，求得A的广义共轭矩阵A⁺：

则P＝A⁺Y，求得a、b、c；

步骤2，根据步骤1得到的二次多项式对当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的输出信号进行预测，得到预测输出信号；具体过程为：

取[x₇,x₈,x₉,x₁₀,x₁₁,x₁₂]＝[7,8,9,10,11,12]，则A'P＝Y'，其中，

Y'＝[d(n-5),d(n-4),d(n-3),d(n-2),d(n-1),d(n)]^H

表示当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号，P＝[a,b,c]^H，a、b、c分别为步骤1得到的二次多项式的二次项系数、一次项系数、常数项系数；

步骤3，将当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号与实际输出信号做差，并对差进行一致性估计；具体过程为：

当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号与实际输出信号做差表示为：

E＝v'-Y'

E＝[e(n-5),e(n-4),e(n-3),e(n-2),e(n-1),e(n)]^H

表示当前时刻的前5个时刻至当前时刻跟踪环路的预测输出信号与实际输出信号的差，v'表示实际输出信号，Y'表示预测输出信号；

一致性估计公式为：

其中，D(n)表示一致性估计结果；

步骤4，根据步骤3一致性估计的结果，采用自适应算法对当前时刻的环路带宽进行调整；具体过程为：

自适应算法公式为：

B(n)＝B(n-1)+μ*J(n)

其中，B(n)、B(n-1)分别表示当前时刻、当前时刻的前1时刻的环路带宽，μ为步长，D(n)、D(n-1)分别表示当前时刻、当前时刻的前1时刻的一致性估计结果。

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