CN109613568A - 一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于惯性/卫星组合导航技术领域，涉及一种卫星导航接收机鉴频器的量测噪声估算方法。所述的卫星导航接收机通过基于卡尔曼滤波跟踪环路进行信号跟踪，所估算的测量噪声为鉴频器输出，进入卡尔曼滤波器前的测量噪声。以卫星导航接收机当前相干积分周期及上一相干积分周期内的信号跟踪载噪比，估算鉴频器测量噪声方差。解决现有基于卡尔曼滤波跟踪环路的卫星导航接收机及惯性/卫星超紧组合系统中，无法准确设置卡尔曼滤波器量测噪声方差阵，造成调试效率低且信号跟踪性能和测量精度下降的问题。

Description

一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法
技术领域
本发明属于惯性/卫星组合导航技术领域，涉及一种卫星导航接收机鉴频器 的量测噪声估算方法。
背景技术
卫星导航接收机是一种接收并跟踪卫星信号，测量载体位置、速度、时间 的导航设备。锁频环是卫星导航接收机实现卫星信号频率跟踪的核心部件，具 有动态性能好、鲁棒性好等特点，由鉴频器、环路滤波器和数控振荡器构成。 鉴频器是锁频环的重要组件，其鉴频得到的本地信号与卫星信号频率差，用于 驱动环路滤波器和数控振荡器实现信号频率跟踪。鉴频器测量噪声即上述鉴频 过程中的测量噪声，其影响信号跟踪性能和测量精度，需要进行滤波抑制。
在典型的卫星导航接收机中，通过设置环路滤波器来抑制鉴频器测量噪声， 因此设计重点是环路滤波器参数及环路滤波之后的鉴频误差，而对鉴频器测量 噪声的关注较少；而在新型的基于卡尔曼滤波跟踪环路的卫星导航接收机及惯 性/卫星超紧组合系统中，当采用鉴频器作为卡尔曼滤波器量测时，通过设置卡 尔曼滤波器来抑制鉴频器测量噪声，卡尔曼滤波器量测噪声方差阵由鉴频器测 量噪声方差计算得到，但由于目前欠缺鉴频器测量噪声的估算方法，使得卡尔 曼滤波器量测噪声方差阵主要依靠工程经验设置，调试效率低且影响了信号跟 踪性能和测量精度。
发明内容
本发明的目的是：提供一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法，解 决现有基于卡尔曼滤波跟踪环路的卫星导航接收机及惯性/卫星超紧组合系统 中，无法准确设置卡尔曼滤波器量测噪声方差阵，造成调试效率低且信号跟踪 性能和测量精度下降的问题。
本发明的技术方案：一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法，其特 征为：所述的卫星导航接收机通过基于卡尔曼滤波跟踪环路进行信号跟踪，所 估算的测量噪声为鉴频器输出，进入卡尔曼滤波器前的测量噪声。
优选地，以卫星导航接收机当前相干积分周期及上一相干积分周期内的信 号跟踪载噪比，估算鉴频器测量噪声方差。
优选地，根据以下公式估算鉴频器测量噪声均值和方差：
E(nk)＝0；
其中：nk为鉴频器测量噪声,T为相干积分周期，(C/N0)k和(C/N0)k-1分别为当 前相干积分周期及上一相干积分周期内的载噪比。
优选地，通过以下公式计算第k个相干积分周期内的载噪比C/N0：
记录第k个相干积分周期及前M-1个相干积分周期内的即时通道及噪声通 道相干积分结果，计算
其中C/N0单位为Hz，IP(k)和QP(k)为即时通道的相干积分结果，IN(k)为噪 声通道的相干积分结果，计算间隔为M，相干积分周期为T。
优选地，计算间隔M及相干积分周期T的取值为M＝20,T＝0.005。提高了 载噪比计算精度并兼顾实时性。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
现结合附图、实施例对本发明作进一步详细说明：
基于卡尔曼滤波的跟踪环由四个组件构成。该跟踪环的频率跟踪基本原理 如下：卫星接收机基带信号经过相干积分，得到同相、正交支路上超前、即时、 滞后信号的相干积分值；将同相、正交支路上的即时信号的送入鉴频器进行鉴 频；所得载波频率误差作为观测量送入卡尔曼滤波器进行滤波估计；利用滤波 估计结果控制数控振荡器产生新的本地信号，实现信号频率跟踪功能。
其中鉴频器量测噪声方差估算流程如图1所示，其特征在于所述的方法包 括如下步骤：
步骤一S1，将卫星接收机基带信号进行相干积分，记录相干积分周期T；
步骤二S2，计算当前相干积分周期内的信号跟踪载噪比C/N0。为保证载 噪比计算的实时性，并避免信号能量对噪声功率的影响，采用独立的噪声通道 估计噪声功率，载噪比计算过程具体如下：
记录第k个相干积分周期及前M-1个相干积分周期内的即时通道及噪声通 道相干积分结果，计算第k个相干积分周期内的载噪比C/N0：
其中C/N0单位为Hz，IP(k)和QP(k)为即时通道的相干积分结果，IN(k)为噪 声通道的相干积分结果。为提高载噪比计算精度并兼顾实时性，计算间隔M及 相干积分周期T的取值为M＝20,T＝0.005。
步骤三S3，记录当前相干积分周期及上一相干积分周期内的载噪比，计算 鉴频器测量噪声方差：
其中T为相干积分时间，(C/N0)k、(C/N0)k-1分别为当前相干积分周期及上一 相干积分周期内的载噪比。
具体公式推导过程如下：
设归一化基带信号分别包含信号与测量噪声两部分，即：
IP(k)＝sI(k)+nI(k)
QP(k)＝sQ(k)+nQ(k)
其中：
采用叉积鉴频器进行鉴频，即：
代入上述基带信号表达式，得：
提取上式中的鉴频器测量噪声为：
由于信号与噪声不相关，I、Q支路噪声不相关，则鉴频器噪声均值为0， 即：
E(nk)＝0
将基带信号表达式代入得鉴频器测量噪声方差为：
其中(C/N0)k、(C/N0)k-1分别为当前相干积分周期及上一相干积分周期内的载 噪比。
举例说明：
采用叉积鉴频器进行鉴频，取计算间隔M＝20，相干积分周期T＝0.005。
首先利用下表给出的连续21个相干积分周期内的计算 载噪比(C/N0)k-1＝4124Hz，(C/N0)k＝4680Hz。
然后，利用所得载噪比计算鉴频器测量噪声方差：

Claims (5)

1.一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法，其特征为：所述的卫星导航接收机通过基于卡尔曼滤波跟踪环路进行信号跟踪，所估算的测量噪声为鉴频器输出，进入卡尔曼滤波器前的测量噪声。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法，其特征为：以卫星导航接收机当前相干积分周期及上一相干积分周期内的信号跟踪载噪比，估算鉴频器测量噪声方差。
3.根据权利要求2所述的一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法，其特征在于根据以下公式估算鉴频器测量噪声均值和方差：
E(nk)＝0；
其中：nk为鉴频器测量噪声,T为相干积分周期，(C/N0)k和(C/N0)k-1分别为当前相干积分周期及上一相干积分周期内的载噪比。
4.根据权利要求3所述的一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法，其特征在于：通过以下公式计算第k个相干积分周期内的载噪比C/N0：
记录第k个相干积分周期及前M-1个相干积分周期内的即时通道及噪声通道相干积分结果，计算
其中C/N0单位为Hz，IP(k)和QP(k)为即时通道的相干积分结果，IN(k)为噪声通道的相干积分结果，计算间隔为M，相干积分周期为T。采用独立的噪声通道估计噪声功率，保证了载噪比计算的实时性，避免了信号能量对噪声功率的影响。
5.根据权利要求4所述的一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法，其特征在于：计算间隔M及相干积分周期T的取值为M＝20,T＝0.005。
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