CN115657091A - 一种高动态gnss跟踪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高动态GNSS跟踪的方法，所述方法包括如下步骤：S1：将相邻的两个通道放入一个组，并将组内通道进行奇偶编号，每个组内包含一个偶数编号的通道和一个奇数编号的通道；S2：卫星完成捕获后，获取当前卫星的边界信息和多普勒信息，随后选取一个组，同时启动组内的两个通道；S3：随后进行参数配置，使当前启动的2个通道，分别工作在不同的环路带宽上；S4：通过软件获取2个通道的观测量信息，并对2个观测量信息进行对比，若奇数通道的观测量偏离偶数通道较远，启动软件进行辅助，通过硬件会将偶数通道的环路信息写入奇数通道，完成奇数通道的信息校正。

Description

一种高动态GNSS跟踪的方法

技术领域

本发明涉及GNSS领域，具体涉及基于高动态GNSS跟踪的方法。

背景技术

GNSS即全球导航卫星系统，卫星导航接收机捕获并跟踪多个GNSS卫星的信号，然后解调其中调制的导航数据。卫星导航接收机利用测距码计算GNSS卫星与用户的相对距离，利用导航数据中的星历数据解算卫星位置和时间模型，进而计算出用户的位置。

利用GNSS信号(如GPS、北斗、GLONASS等)进行导航已经广泛应用于空间低轨卫星、导弹、以及地面目标。当载体运行在高速、高加速度与高加加速度的环境中时，信号的多普勒效应将极大的影响接收机对信号的接收，因此对接收机中的信号跟踪方法和其跟踪性能均提出了极高的要求。

美国喷气动力实验(JPL)较早地在高动态GPS信号跟踪技术方面作了深入的研究并于1987年提出采用最大似然估计(MLE)方法对伪码延时和载波多普勒频率进行了估计。自此之后，高动态环境下的GNSS信号接收技术主要可以归为两类：一是研究适合高动态环境下的GNSS信号跟踪的频率估计算法，将算法嵌入接收机的载波环路内，以适应高动态环境下GNSS信号的接收。显然它具有体积小、成本低等特点。另一种是将接收机与惯导系统结合，给GNSS接收机提供IMU(惯性测量单元)的速度辅助(即提供多普勒频移的先验知识)，组成捷联惯导系统。在这种导航系统中，惯性导航系统为GNSS提供速率信息，以适应高动态定位导航；GNSS为惯导系统提供时间标准等信息，以消去惯性导航器件因时间而累积的误差。

高动态GNSS信号与普通GNSS信号的最大区别在于载波多普勒的变换率很大。具体来说，跟踪高动态GNSS信号有以下几个难点：

(1)、环路带宽限制：在传统跟踪方法中存在环路带宽与跟踪精度的矛盾：带宽越高，载波跟踪的动态范围越大，但同时高动态载波的能量也会分布到其带宽范围内，使得跟踪精度显著下降，因此为了确保跟踪精度，环路能够忍受的动态范围只好受到限制；

(2)、动态水平精确检测困难：无论是依靠环路中的频率估计，还是捷联惯导系统中的IMU，都存在不能准确实时的对载体所具有的加速度、加加速度进行测量的问题，影响了接收机对GNSS信号的跟踪；

(3)、跟踪环路设计复杂：现有的高动态跟踪方法，或是跟踪环路阶数高，运算量大，或是受IMU误差影响大，需要随时进行误差补偿，因此使得环路的设计十分复杂。

随着我国北斗系统建成运行以及其他GNSS系统，美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo的快速发展，系统的可用性大大增加。其中，高动态应用是卫星导航应用的重要分支。由于传统环路在跟踪高动态卫星的时候，跟踪精度会随着跟踪带宽的增加而减小，如何保证高动态卫星正常跟踪的情况下，又尽量提高跟踪精度是工程化应用中需要解决的一个核心问题。

发明内容

本发明的目的在于：在传统的跟踪的基础上，利用多个实时跟踪通道，针对同一颗卫星进行跟踪，然后采用信号处理的手段有效提高跟踪精度，既保障了卫星的跟踪稳定度，又提高了跟踪精度。

本发明采用的技术方案如下：一种高动态GNSS跟踪的方法，所述方法包括如下步骤：S1：将相邻的两个通道放入一个组，并将组内通道进行奇偶编号，每个组内包含一个偶数编号的通道和一个奇数编号的通道；S2：卫星完成捕获后，获取当前卫星的边界信息和多普勒信息，随后选取一个组，同时启动组内的两个通道；S3：随后进行参数配置，使当前启动的2个通道，分别工作在不同的环路带宽上；S4：通过软件获取2个通道的观测量信息，并对2个观测量信息进行对比，若奇数通道的观测量偏离偶数通道较远，启动软件进行辅助，通过硬件会将偶数通道的环路信息写入奇数通道，完成奇数通道的信息校正；S5：根据步骤S4的结果，若观测量超过设定阈值，则单独采用偶数通道的观测量作为当前时刻的观测量，若观测量在设定阈值内，通过组合公式对观测量进行组合；S6：通过步骤S5组合得出的观测量进行定位解算，得出位置和速度信息并输出。

进一步地，所述步骤S3中偶数通道环路带宽大于目标动态的带宽要求，奇数通道环路带宽小于目标动态的带宽要求。

进一步地，所述步骤S4的环路信息包括环路载波频率，频率变化率，频率二次变化率，环路码频率和码频率变化率。

进一步地，所述步骤S5中的组合公式：

其中，

和

分别为偶数通道和奇数通道环路观测量，

和

分别为偶数通道和奇数通道的系数，且满足

。

进一步地，所述

和

通过蒙特卡罗仿真得出当前动态条件下环路带宽参数的测量误差标准差。

进一步地，误差标准差随着信号强度发生变化，算法预设的信号强度建立表格，信号强度C/N0从30dB-Hz到50dB-Hz，每个点给出偶数通道的系数和奇数通道的系数。

本发明的有益效果如下：

现有技术对高动态场景一般仅使用单个通道进行卫星跟踪，为了尽量跟踪稳定，设置的环路带宽一般读高于目标动态需要的带宽，对观测量来说，环路带宽越大，观测量精度越低，据此得出的定位结果越差，本方法采用宽窄两种环路带宽设置，既兼顾了环路跟踪的稳定，又能够得到精度更高的观测量，而且动态应用中，一般除了部分时间段有较大动态外，更多时间段动态相对较小，因此此时更小环路带宽的观测量使用更多，因此，此时从总的过程来看，采用本方案的方法能有效提高解算的目标位置和速度精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1为本申请双通道跟踪同一颗卫星架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种高动态GNSS跟踪的方法，所述方法包括如下步骤：S1：将相邻的两个通道放入一个组，并将组内通道进行奇偶编号，每个组内包含一个偶数编号的通道和一个奇数编号的通道；硬件设计将相邻的通道放入一个组，每个组包含2个通道，比如通道0和通道1分一个组，通道2和通道3一个组，每个组内包含一个偶数编号的通道和一个奇数编号的通道。

S2：卫星完成捕获后，获取当前卫星的边界信息和多普勒信息，随后选取一个组，同时启动组内的两个通道；卫星完成捕获后，获取了当前卫星的边界信息和多普勒信息，软件根据此信息选取一个组（包含一个偶数通道和一个奇数通道），同时启动组内的2个通道。

S3：随后进行参数配置，使当前启动的2个通道，分别工作在不同的环路带宽上；软件配置参数，使当前启动的2个通道，分别工作在不同的环路带宽上，偶数通道环路带宽较宽（大于目标动态的带宽要求），奇数通道环路带宽较窄（略小于目标动态的带宽要求）。

S4：通过软件获取2个通道的观测量信息，并对2个观测量信息进行对比，若奇数通道的观测量偏离偶数通道较远，启动软件进行辅助，通过硬件会将偶数通道的环路信息写入奇数通道，完成奇数通道的信息校正；软件获取组内的2个通道的观测量信息，对比此2个信息，若奇数通道的观测量偏离偶数通道较远，软件开启通道辅助，此时硬件会将偶数通道的环路信息（环路载波频率，频率变化率，频率二次变化率，环路码频率，码频率变化率）写入奇数通道，完成奇数通道的信息校正。

S5：根据步骤S4的结果，若观测量超过设定阈值，则单独采用偶数通道的观测量作为当前时刻的观测量，若观测量在设定阈值内，通过组合公式对观测量进行组合；S6：通过步骤S5组合得出的观测量进行定位解算，得出位置和速度信息并输出。

本申请文件采用双通道跟踪启动，传统模式一般采用一个跟踪通道跟踪一颗卫星。本专利在高动态应用模式下，每颗卫星分配2个跟踪通道并同时启动，连个通道之间具备单向辅助开关，偶数通道可以辅助单向辅助奇数通道。双通道不同环路带宽独立跟踪，偶数通道工作在较大的环路带宽上，以保证在目标应用动态条件下提供足够的动态性；奇数通道工作在较小的环路带宽上，以保证目标应用动态条件下的绝大多数时段提供尽量高的跟踪精度；通过提取双通道的卫星观测量，利用判决算法控制辅助开关，以使此双环路工作在稳定状态；

上述的判决算法采用设置偶数通道在大于目标动态的环路带宽的基础上工作；设置奇数通道在略小于目标动态的基础上工作；根据环路观测量，对比偶数通道和奇数通道，当奇数通道的观测量偏离偶数通道较大时，开启环路辅助；综合观测量，若奇数通道观测量偏离偶数偶数通道较大，则单独采用偶数通道的观测量，否则采用

对观测量进行组合，其中

和

分别为偶数通道和奇数通道环路观测量，

和

分别为偶数通道和奇数通道的系数，且满足

。

根据以上步骤设置后，可有效提高环路观测量精度，其解算出的目标的位置和速度精度有明显提高环路辅助具体方案、偶数通道的环路带宽设置、奇数通道的环路带宽设置、

和

的值是算法性能调整点，所述

和

通过蒙特卡罗仿真得出当前动态条件下环路带宽参数的测量误差标准差。误差标准差随着信号强度发生变化，算法预设的信号强度建立表格，信号强度C/N0从30dB-Hz到50dB-Hz，每个点给出偶数通道的系数和奇数通道的系数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高动态GNSS跟踪的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：将相邻的两个通道放入一个组，并将组内通道进行奇偶编号，每个组内包含一个偶数编号的通道和一个奇数编号的通道；

S2：卫星完成捕获后，获取当前卫星的边界信息和多普勒信息，随后选取一个组，同时启动组内的两个通道；

S3：随后进行参数配置，使当前启动的2个通道，分别工作在不同的环路带宽上；

S4：通过软件获取2个通道的观测量信息，并对2个观测量信息进行对比，若奇数通道的观测量偏离偶数通道较远，启动软件进行辅助，通过硬件会将偶数通道的环路信息写入奇数通道，完成奇数通道的信息校正；

S5：根据步骤S4的结果，若观测量超过设定阈值，则单独采用偶数通道的观测量作为当前时刻的观测量，若观测量在设定阈值内，通过组合公式对观测量进行组合；

S6：通过步骤S5组合得出的观测量进行定位解算，得出位置和速度信息并输出。

2.根据权利要求1所述的一种高动态GNSS跟踪的方法，其特征在于，所述步骤S3中偶数通道环路带宽大于目标动态的带宽要求，奇数通道环路带宽小于目标动态的带宽要求。

3.根据权利要求1所述的一种高动态GNSS跟踪的方法，其特征在于，所述步骤S4的环路信息包括环路载波频率，频率变化率，频率二次变化率，环路码频率和码频率变化率。

4.根据权利要求1所述的一种高动态GNSS跟踪的方法，其特征在于，所述步骤S5中的组合公式：

其中，

和

分别为偶数通道和奇数通道环路观测量，

和

分别为偶数通道和奇数通道的系数，且满足

。

5.根据权利要求4所述的一种高动态GNSS跟踪的方法，其特征在于，所述

和

通过蒙特卡罗仿真得出当前动态条件下环路带宽参数的测量误差标准差。

6.根据权利要求5所述的一种高动态GNSS跟踪的方法，其特征在于，误差标准差随着信号强度发生变化，算法预设的信号强度建立表格，信号强度C/N0从30dB-Hz到50dB-Hz，每个点给出偶数通道的系数和奇数通道的系数。

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