CN108267756A - 一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法 - Google Patents

一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108267756A
CN108267756A CN201810014122.4A CN201810014122A CN108267756A CN 108267756 A CN108267756 A CN 108267756A CN 201810014122 A CN201810014122 A CN 201810014122A CN 108267756 A CN108267756 A CN 108267756A
Authority
CN
China
Prior art keywords
subcarrier
nscc
carrier
weighted
squares
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810014122.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108267756B (zh
Inventor
罗瑞丹
徐颖
袁洪
王建辉
袁杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Academy of Opto Electronics of CAS
Original Assignee
Academy of Opto Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Academy of Opto Electronics of CAS filed Critical Academy of Opto Electronics of CAS
Priority to CN201810014122.4A priority Critical patent/CN108267756B/zh
Publication of CN108267756A publication Critical patent/CN108267756A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108267756B publication Critical patent/CN108267756B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/29—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system carrier including Doppler, related
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，具体过程为：根据NSCC信号子载波‑多普勒频移线性关系及子载波幅值信息，采用加权最小二乘参数估计算法对各子载波多普勒频移进行联合估计，利用联合估计的结果作为载波数控振荡器NCO的控制参量；经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。本发明能够充分利用NSCC信号已知参数配置信息(子载波频点信息、子载波幅值功率信息等)，对NSCC各子载波跟踪环路进行融合估计，抑制环路噪声，从而提升载波频率估计精度及灵敏度。

Description

一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法。
背景技术
导航接收机作为地面接收解算设备，能在一定程度上反应出导航系统所能达到的精度及性能。对于接收机而言，信号同步技术是其性能指标的关键因素之一，直接决定接收机后端解算的精度。信号同步技术具体包括捕获和跟踪两个步骤，捕获阶段主要完成期望信号检测以及信号参数粗略估计，而跟踪阶段基于捕获阶段牵引的粗略估计值，进行精确化参数估计，并保持动态应力长时追踪，为PVT解算模块提供观测量，因此，跟踪环路设计必须兼顾跟踪精度与稳健性。
复合载波导航信号(Navigation Signal based on Compound Carrier,NSCC)，本质上，可视为多个子载波信号的叠加之和，如图1所示。NSCC是基于多载波调制机制/复用技术，并兼顾导航通信服务需求，而设计出的导航通信融合型增强信号体制，其信号时域通用表达式可写为：
其中，i为信号发射端标识索引号，M为子载波数目；m∈[1,M]为子载波编号，Am表示第m个子载波信号幅度，Cm表示第m个子载波上调制的伪随机码(PRN)，Dm表示第m个子载波上调制的导航数据，f0表示起始频率，Δfm为第m个子载波频率与起始频率间的频率偏置，为第m个子载波信号的载波初相。信号基于码分隔离(子载波采用不同PRN组合)和频分隔离(子载波采用不同频点组合)区别源端，并抑制信道间干扰。
NSCC信号体制多样化体制参数，赋予其非常宽泛的设计自由度，但同时也为信号同步设计引入技术调整和优化问题。
鉴于传统跟踪环路设计简洁，资源配置高效，NSCC信号各子载波又相互独立，其环路设计完全可采用传统跟踪环路对各子载波分别进行参数锁定，即：单载波-单环路的跟踪设计。这种简单而直接的方式，虽不会对接收机带来不可容忍的资源扩张，但也没有挖掘NSCC信号潜在体制优势。
因此，有必要在借鉴传统跟踪框架的基础上，基于NSCC信号体制结构特征与参数配置信息，结合参数估计理论，将彼此独立的子载波跟踪通道进行信息融合，提升环路跟踪稳健性，并改善环路跟踪精度与灵敏度。
发明内容
本发明为弥补传统跟踪环路的通道信息彼此孤立，无法充分挖掘NSCC信号体制优势的缺陷，基于经典参数估计理论对NSCC子载波跟踪环路进行信息融合，解决NSCC子载波跟踪环路参数高精度联合估计问题，提出了一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法。
实现本发明的技术方案如下：
一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，具体过程为：
根据NSCC信号子载波-多普勒频移线性关系及子载波幅值信息，采用加权最小二乘参数估计算法对各子载波的载波环多普勒频移进行联合估计，利用联合估计的结果作为载波数控振荡器NCO的控制参量；
经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。
进一步地，本发明所述进行联合估计的具体过程为：
对输入的NSCC中频信号各路子载波信号分别进行载波剥离、积分清除、相位鉴别及滤波，得到各路子载波频移Fd；
根据载波-多普勒频移线性关系，利用加权最小二乘参数估计算法融合各路子载波频移Fd，联合估计出各路子载波多普勒频移
其中，fm表示第m路子载波频率，m＝1,2...M，M表示子载波的总数；W为基于子载波幅度信息的加权矩阵。
进一步地，本发明所述加权矩阵W为：
其中，Am表示第m路子载波幅值。
有益效果
第一，提升环路跟踪精度及灵敏度
WLS联合跟踪方法能够充分利用NSCC信号已知参数配置信息(子载波频点信息、子载波幅值功率信息等)，对NSCC各子载波跟踪环路进行融合估计，抑制环路噪声，从而提升载波频率估计精度及灵敏度。
第二，增强环路稳健性
WLS联合跟踪方法能够有效抑制NSCC各子载波跟踪环路噪声，即使NSCC某子载波支路信号质量极差，环路状态不稳定，依然能够联合其他环路，有效规避/滤除某环路噪声恶劣状态，实现环路稳健跟踪。
第三，缩短跟踪环路入锁时长
WLS联合跟踪方法能够迅速调整NSCC各子载波环路频率相应，使得环路达到稳态所需时间较少。
附图说明
图1为复合载波信号频谱对比图；
图2为复合载波导航信号WLS联合跟踪流程图；
图3为不同Costas锁相环鉴相器对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号载波联合方法，该方法，将参数估计理论引入复合载波跟踪环路，依据NSCC信号子载波已知频点信息(子载波-多普勒频移线性关系)，采用最小二乘(Least Square,LS)参数估计算法对各子载波的载波环多普勒频移估计值进行联合估计，使得彼此孤立的NSCC子载波信道信息融合，压制环路噪声，提高跟踪灵敏度。此外，针对NSCC子载波功率配置差异较大的情况，采用加权最小二乘(Weighted Least Square,WLS)估计算法，依据NSCC子载波信号能量进行权值设置，进一步提升最小二乘参数估计精度。
如图2所示，具体过程为：
一，对输入的NSCC中频信号各路子载波信号分别进行载波剥离。
利用接收机内本地载波生成器分别对M路子载波各复现同相(I)支路和正交(Q)支路两份载波信号，即：相位互差90°的正弦(Sin)信号和余弦信号(Cos)；将复现信号分别与复合载波各子载波信号进行混频(相乘)，实现对复合载波各子载波信号的下变频(载波剥离)。
二，对载波剥离(即去中频)后的NSCC各子载波信号分别进行积分清除。
为提高跟踪环路性能，积分器对去中频后的NSCC各子载波信号分别进行一定时间段(Tcoh)的相干积分累加，输出(I1,Q1)，(I2,Q2)，……(IM,QM)，该操作本质上为积分低通滤波，用以消除各子载波同相支路与正交支路中由混频所产生的高频信号成分和部分环路噪声，提高支路信号载噪比。然后，清除器清除积分器中的各个寄存单元，方便接着再进行下一时段的积分，如此重复不断。
三，分别对M路子载波信号进行相位鉴别及滤波。
根据步骤二中NSCC各子载波环路积分器输出结果(I1,Q1)，(I2,Q2)，……(IM,QM)，利用环路鉴相器估算当前子载波跟踪环路的接收信号与本地复现信号间的相差φe，如图3所示为不同Costas锁相环鉴相器对比图；然后，利用低通滤波器滤除环路噪声，使得鉴相器输出既能够真实反映各子载波相位真实变化情况，又能够防止噪声过激地调节压控振荡器；利用滤波后相差φe激励压控振荡器，输出各环路子载波频移Fd。
四，根据载波-多普勒频移线性关系，利用加权最小二乘参数估计算法融合M路子载波环路信息，即子载波频移Fd，对NSCC子载波多普勒频移进行联合估计。
具体如下：
多普勒效应导致信号接收频率随信号源端与终端间的相对运动而发生变化，该频率变化视为多普勒频移值fDoppler，其表达式可写为：
其中，c为光速，v为终端运动速度，fcarrier为信号载波频率。
可知，NSCC信号各子载波多普勒频移存在如下线性关系：
其中，m和n分别表示NSCC子载波标识索引号，fd,m和fd,n表示m路和n路子载波的多普勒频移，fm和fn表示m路和n路子载波频率。
因此，利用最小二乘参数估计算法联合NSCC信号M路子载波环路信息进行多普勒频移估计，可得，第m路子载波多普勒频移估计为：
其中，vm为第m路子载波环路噪声。
将NSCC信号M路子载波多普勒频移写为矢量形式，即：Fd＝(fd,1fd,2…fd,m…fd,M)T，则，
其中，
V＝(v1v2…vm…vM)T (8)
则，基于最小二乘的NSCC各路子载波多普勒频移联合估计值表达式为：
然而，以上一般LS算法仅能高效跟踪等功率或近似等功率配置的NSCC子载波。假定NSCC各子载波功率分配差异较大，导致各子载波环路信号质量优劣明显(各环路背景噪声统计模型参数相等)，一般LS估计算法无差别的处理方式，必然会使跟踪精度大打折扣。
这种情况下，可采用WLS估计算法，依据NSCC各子载波功率配置情况设置权重矩阵。已知NSCC各子载波幅值为Am，对应加权矩阵W可设置为：
则，根据WLS估计准则，得第m路子载波频移估计值为：
五，将联合估计所得NSCC各子载波多普勒频移反馈环路，辅助/调整接收机本地复现NSCC各子载波频点。
将上步骤所得NSCC各子载波频率估计值作为载波数控振荡器NCO的控制参量，相应调整载波NCO所输出的复制载波频率，再通过载波生成器内查找表复现同相支路和正交支路两路本地信号。
六，循环反馈实现信号跟踪锁定。
重复步骤一至五，经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，其特征在于，具体过程为：
根据NSCC信号子载波-多普勒频移线性关系及子载波幅值信息，采用加权最小二乘参数估计算法对各子载波多普勒频移进行联合估计，利用联合估计的各子载波多普勒频域估计量作为载波数控振荡器NCO的控制参量；
经过多次循环反馈，最终使得输入NSCC各子载波信号频点与本地复现各子载波频点达到动态一致，实现NSCC信号子载波频率跟踪锁定。
2.根据权利要求1所述基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，其特征在于，所述进行联合估计的具体过程为：
对输入的NSCC中频信号各路子载波信号分别进行载波剥离、积分清除、相位鉴别及滤波，得到各路子载波频移Fd；
根据载波-多普勒频移线性关系，利用加权最小二乘参数估计算法融合各路子载波频移Fd，联合估计出各路子载波多普勒频移
其中，fm表示第m路子载波频率，m＝1,2...M，M表示子载波的总数；W为基于子载波幅度信息的加权矩阵。
3.根据权利要求2所述基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法，其特征在于，所述加权矩阵W为：
其中，Am表示第m路子载波幅值。
CN201810014122.4A 2018-01-08 2018-01-08 一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法 Active CN108267756B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810014122.4A CN108267756B (zh) 2018-01-08 2018-01-08 一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810014122.4A CN108267756B (zh) 2018-01-08 2018-01-08 一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108267756A true CN108267756A (zh) 2018-07-10
CN108267756B CN108267756B (zh) 2022-06-03

Family

ID=62773116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810014122.4A Active CN108267756B (zh) 2018-01-08 2018-01-08 一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108267756B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270892A (zh) * 2018-08-31 2019-01-25 天津大学 一种数控加工中非圆曲线的最小二乘螺旋线逼近算法
CN114296110A (zh) * 2021-12-29 2022-04-08 航天恒星科技有限公司 多频点联合载波频率跟踪方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101826889A (zh) * 2010-03-31 2010-09-08 北京航空航天大学 一种二进制偏移载波信号跟踪环路
CN103558612A (zh) * 2013-11-21 2014-02-05 天津七一二通信广播有限公司 锁相环与副载波环联合鉴相跟踪环路
CN103926603A (zh) * 2014-03-19 2014-07-16 中国电子科技集团公司第十研究所 Gnss接收机极弱信号的跟踪方法
CN104199059A (zh) * 2014-07-14 2014-12-10 南京航空航天大学 基于自适应α-β滤波器的接收机跟踪环多普勒自补偿方法
US20170234987A1 (en) * 2015-02-10 2017-08-17 Huazhong University Of Science And Technology Method and apparatus for joint data-pilot tracking of navigation signal

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101826889A (zh) * 2010-03-31 2010-09-08 北京航空航天大学 一种二进制偏移载波信号跟踪环路
CN103558612A (zh) * 2013-11-21 2014-02-05 天津七一二通信广播有限公司 锁相环与副载波环联合鉴相跟踪环路
CN103926603A (zh) * 2014-03-19 2014-07-16 中国电子科技集团公司第十研究所 Gnss接收机极弱信号的跟踪方法
CN104199059A (zh) * 2014-07-14 2014-12-10 南京航空航天大学 基于自适应α-β滤波器的接收机跟踪环多普勒自补偿方法
US20170234987A1 (en) * 2015-02-10 2017-08-17 Huazhong University Of Science And Technology Method and apparatus for joint data-pilot tracking of navigation signal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王前: "多通道联合控制数控振荡器的环路设计", 《中国惯性技术学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270892A (zh) * 2018-08-31 2019-01-25 天津大学 一种数控加工中非圆曲线的最小二乘螺旋线逼近算法
CN109270892B (zh) * 2018-08-31 2020-10-02 天津大学 一种数控加工中非圆曲线的最小二乘螺旋线逼近算法
CN114296110A (zh) * 2021-12-29 2022-04-08 航天恒星科技有限公司 多频点联合载波频率跟踪方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108267756B (zh) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108055058B (zh) 载波多普勒及其变化率的高精度测量方法
CN104316941B (zh) 一种基于载波频率辅助相位矢量跟踪方法
CN107040488B (zh) 基于fpga的极低信噪比的载波跟踪方法及跟踪装置
CN104614740B (zh) 一种导航信号数据导频联合跟踪方法及装置
CN102394672B (zh) 载波相位不连续信号的频率跟踪方法
CN105911575B (zh) 一种级联式惯性/卫星深组合导航滤波器观测量提取方法
CN106646544A (zh) 一种导航数据处理方法及其系统
CN108267756A (zh) 一种基于加权最小二乘的复合载波导航信号联合跟踪方法
CN106019333B (zh) 一种基于非相干鉴别器的北斗导航信号矢量跟踪方法
CN110166392A (zh) 一种d8psk相干解调方法及系统
CN113726716B (zh) 一种基于判决反馈的载波相位误差鉴别方法
CN105516041B (zh) 一种低信噪比下自适应数字解调系统
CN105891855B (zh) 基于模糊控制的高动态gps接收机载波跟踪方法
CN113534207A (zh) 一种时分体制的导航增强信号跟踪方法及系统
CN109743075B (zh) 一种三环联动的非同源扩频码跟踪环路同步装置及方法
CN107733824A (zh) 一种基于afc环路的载波同步方法
US20230228850A1 (en) Doppler tracking for signals of opportunity using rate-line detection
CN106899537B (zh) 基于ekf的tc-ofdm接收机码跟踪方法及装置
CN106932795B (zh) 一种gnss信号的矢量和标量混合跟踪方法及跟踪环路
CN106154294B (zh) 一种载波跟踪电路和载波跟踪方法
CN104898143A (zh) 时分复用双参考波形的tmboc信号无模糊接收方法
CN112491431A (zh) 支持高动态的载波跟踪方法及系统
Hinedi NASA's next generation all-digital deep space network breadboard receiver
CN107576976B (zh) 一种用于复合gnss信号的稳健dupll载波跟踪方法
CN112684480A (zh) 一种高动态载波组合环路跟踪方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant