卡爾曼濾波、數字鎖相環濾波和信號跟蹤的方法和裝置的製作方法
2023-05-14 20:09:46
專利名稱：卡爾曼濾波、數字鎖相環濾波和信號跟蹤的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，特別涉及一種卡爾曼濾波、數字鎖相環濾波和信號跟 蹤的方法和裝置。
背景技術：
衛星導航接收機基帶信號處理模塊中關鍵的部分是載波跟蹤和碼跟蹤方法，接收 到GPS衛星信號後，可以得到輸入信號中載波都卜勒頻移值和碼相位的估計值，這時接收 機可轉入跟蹤狀態，跟蹤環路的作用是跟蹤碼相位變化和載波都卜勒變化，從而實現接收 機本地復現信號同輸入信號的準確同步，提取準確的觀測量和導航電文信息，進行接收機 導航解算。現有技術中的載波跟蹤和碼跟蹤方法主要有兩種第一種方法是將接收信號處理後經過卡爾曼濾波，得到新的觀測值後，根據前一 個估計值和最後一個觀測數據來估計信號的當前值，特別適宜實時數據處理。第二種方法是接收信號處理後經過數字鎖相環，通過復現精確的載波頻率和相位 完成精確載波剝離。具體方法為輸入信號和本地載頻進行混頻，得到同相信號I和正交信 號Q，通過低通濾波器和鑑相器之後得到載波信號和本地載波信號的相位差，該相位差信號 對本地載波信號NCO(numerical controlled oscillator，數字控制振蕩器)進行控制，產 生新的載波。在對現有技術進行分析後，發明人發現現有技術至少具有如下缺點卡爾曼濾波雖然能夠對高動態信號的變化趨勢進行即時預測，但計算量大，計算 複雜度高，在高動態環境下無法適應高速計算的要求。數字鎖相環的環路帶寬是固定的，不能隨信噪比變化自適應調整，在載體速度突 變或加速度突變的情況下會因都卜勒變化率超過環路帶寬而失鎖。
發明內容
本發明實施例提供了一種卡爾曼濾波、數字鎖相環濾波和信號跟蹤的方法和裝 置。所述技術方案如下一種卡爾曼濾波方法，包括對接收到的信號進行處理，得到接收信號，並從所述接收信號中提取觀測值，所述 接收信號包括接收載波和接收碼；對所述接收信號的狀態值進行更新；用所述觀測值修正更新後的狀態值，得到當前狀態的最終估計值；所述觀測值通 過觀測方程得到，所述觀測方程如下式所示，ZW = g；^!)]=力 Μ=2/; + 昨)二 難 W) + 咖
X(k)為k時刻的狀態值，ri(k)是同相分量，rQ(k)是正交分量，A是所述接收信號 的幅值，d(k)取值士 1，θ (k) = LTX(k),L = [l，0，0，0]T，n' (k)為觀測噪聲矢量；利用所述狀態的最終估計值控制NCO產生新的信號。一種利用數字鎖相環濾波方法，包括對接收到的信號進行處理，得到接收信號，所述接收信號包括接收載波和接收 碼；計算本地信號與所述接收信號之間的相位差或頻率差；
所述本地信號包括本地載波和本地碼；利用環路濾波參數對所述相位差或頻率差進行環路濾波；所述環路濾波參數是利用可控根算法得到的；由所述相位差或頻率差控制NCO生成新的本地信號。一種信號跟蹤的方法，包括對接收到的信號進行處理，得到接收信號，並從所述接收信號中提取觀測值，所述 接收信號包括接收載波和接收碼；判斷接收機速度、加速度或加加速度是否大於預設的閾值，如果是，則所述載體處 於高動態環境，利用卡爾曼濾波進行信號跟蹤；如果否，則所述載體處於非高動態環境，利 用數字鎖相環進行信號跟蹤。所述卡爾曼濾波中的觀測方程為
權利要求
1.一種卡爾曼濾波方法，其特徵在於，包括對接收到的信號進行處理，得到接收信號，並從所述接收信號中提取觀測值，所述接收 信號包括接收載波和接收碼；對所述接收信號的狀態值進行更新；用所述觀測值修正更新後的狀態值，得到當前狀態的最終估計值；所述觀測值通過觀 測方程得到，所述觀測方程如下式所示，
2.一種利用數字鎖相環濾波方法，其特徵在於，包括對接收到的信號進行處理，得到接收信號，所述接收信號包括接收載波和接收碼；計算本地信號與所述接收信號之間的相位差或頻率差；所述本地信號包括本地載波和本地碼；利用環路濾波參數對所述相位差或頻率差進行環路濾波；所述環路濾波參數是利用可控根算法得到的；由所述相位差或頻率差控制NCO生成新的本地信號。
3.一種信號跟蹤的方法，其特徵在於，包括對接收到的信號進行處理，得到接收信號，並從所述接收信號中提取觀測值，所述接收 信號包括接收載波和接收碼；判斷接收機速度、加速度或加加速度是否大於預設的閾值，如果是，則所述載體處於高 動態環境，利用卡爾曼濾波進行信號跟蹤；如果否，則所述載體處於非高動態環境，利用數 字鎖相環進行信號跟蹤。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述卡爾曼濾波中的觀測方程為
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述數字鎖相環的環路濾波參數是利用可 控根算法得到的。
6.一種卡爾曼濾波裝置，其特徵在於，包括第一處理模塊，用於對接收到的信號進行處理，得到接收信號，並從所述接收信號中提 取觀測值，所述接收信號包括接收載波和接收碼；更新模塊，用於對所述接收信號的狀態值進行更新；觀測模塊，用於用所述觀測值修正更新後的狀態值，得到當前狀態的最終估計值；所述 觀測值通過觀測方程得到，所述觀測方程如下式所示，x(k)為k時刻的狀態值，ri(k)是同相分量，rQ(k)是正交分量，A是所述接收信號的幅 值，d(k)取值士 1，θ (k) = LTX(k)，L = [l，0，0，0]T，n' (k)為觀測噪聲矢量;第一生成模塊，用於利用所述狀態的最終估計值控制NCO產生新的信號。
7.一種利用數字鎖相環濾波裝置，其特徵在於，包括第二處理模塊，用於對接收到的信號進行處理，得到接收信號，所述接收信號包括接收 載波和接收碼；差值模塊，用於計算本地信號與所述接收信號之間的相位差或頻率差；所述本地信號包括本地載波和本地碼；環路濾波模塊，用於利用環路濾波參數對所述相位差或頻率差進行環路濾波；所述環路濾波參數是利用可控根算法得到的；第二生成模塊，用於利用所述相位差或頻率差控制NCO生成新的本地信號。
8.一種信號跟蹤的裝置，其特徵在於，包括處理模塊，用於對接收到的信號進行處理，得到接收信號，並從所述接收信號中提取觀 測值，所述接收信號包括接收載波和接收碼；判斷模塊，用於判斷接收機的速度、加速度或加加速度是否大於預設的閾值，如果是， 觸發用於所述載體處於高動態環境，利用卡爾曼濾波進行信號跟蹤的卡爾曼濾波模塊；如 果否，觸發用於所述載體處於非高動態環境，利用數字鎖相環進行信號跟蹤的數字鎖相環 模塊。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述卡爾曼濾波模塊中的觀測方程為z'⑷=^ittll=^(4= ]+"'⑷=醜_)+x(k)為k時刻的狀態值，ri(k)是同相分量，rQ(k)是正交分量，A是所述接收信號的幅 值，d(k)取值士 1，θ (k) = LTX(k)，L = [l，0，0，0]T，n' (k)為觀測噪聲矢量。
10.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述數字鎖相環模塊的環路濾波參數是利 用可控根算法得到的。
全文摘要
本發明公開了一種卡爾曼濾波、數字鎖相環濾波和信號跟蹤的方法和裝置，屬於無線通信領域。該信號跟蹤方法包括對接收到的信號進行處理，得到接收信號，並從接收信號中提取當前的觀測值，接收信號包括接收載波和接收碼；判斷接收機的速度、加速度或加加速度是否大於預設的閾值，如果是，則載體處於高動態環境，利用卡爾曼濾波進行信號跟蹤；如果否，則載體處於非高動態環境，利用數字鎖相環進行信號跟蹤。本發明還公開了一種信號跟蹤裝置、卡爾曼濾波方法和裝置、數字鎖相環濾波方法和裝置。本發明提供的方法使接收機自適應切換載波跟蹤方法，減小環路的誤差，提高定位結果刷新率，達到在複雜動態環境中，對信號連續跟蹤而不失鎖的目的。
文檔編號G01S19/37GK102087362SQ20091024140
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者劉華東, 徐連明, 楊磊, 鄧中亮, 鄒德君, 韓可, 黃建明 申請人:北京郵電大學