专利名称：卡尔曼滤波、数字锁相环滤波和信号跟踪的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种卡尔曼滤波、数字锁相环滤波和信号跟 踪的方法和装置。
背景技术：
卫星导航接收机基带信号处理模块中关键的部分是载波跟踪和码跟踪方法，接收 到GPS卫星信号后，可以得到输入信号中载波多普勒频移值和码相位的估计值，这时接收 机可转入跟踪状态，跟踪环路的作用是跟踪码相位变化和载波多普勒变化，从而实现接收 机本地复现信号同输入信号的准确同步，提取准确的观测量和导航电文信息，进行接收机 导航解算。现有技术中的载波跟踪和码跟踪方法主要有两种第一种方法是将接收信号处理后经过卡尔曼滤波，得到新的观测值后，根据前一 个估计值和最后一个观测数据来估计信号的当前值，特别适宜实时数据处理。第二种方法是接收信号处理后经过数字锁相环，通过复现精确的载波频率和相位 完成精确载波剥离。具体方法为输入信号和本地载频进行混频，得到同相信号I和正交信 号Q，通过低通滤波器和鉴相器之后得到载波信号和本地载波信号的相位差，该相位差信号 对本地载波信号NCO(numerical controlled oscillator，数字控制振荡器)进行控制，产 生新的载波。在对现有技术进行分析后，发明人发现现有技术至少具有如下缺点卡尔曼滤波虽然能够对高动态信号的变化趋势进行即时预测，但计算量大，计算 复杂度高，在高动态环境下无法适应高速计算的要求。数字锁相环的环路带宽是固定的，不能随信噪比变化自适应调整，在载体速度突 变或加速度突变的情况下会因多普勒变化率超过环路带宽而失锁。
发明内容
本发明实施例提供了一种卡尔曼滤波、数字锁相环滤波和信号跟踪的方法和装 置。所述技术方案如下一种卡尔曼滤波方法，包括对接收到的信号进行处理，得到接收信号，并从所述接收信号中提取观测值，所述 接收信号包括接收载波和接收码；对所述接收信号的状态值进行更新；用所述观测值修正更新后的状态值，得到当前状态的最终估计值；所述观测值通 过观测方程得到，所述观测方程如下式所示，ZW = g；^!)]=力 Μ=2/; + 昨)二 难 W) + 咖
X(k)为k时刻的状态值，ri(k)是同相分量，rQ(k)是正交分量，A是所述接收信号 的幅值，d(k)取值士 1，θ (k) = LTX(k),L = [l，0，0，0]T，n' (k)为观测噪声矢量；利用所述状态的最终估计值控制NCO产生新的信号。一种利用数字锁相环滤波方法，包括对接收到的信号进行处理，得到接收信号，所述接收信号包括接收载波和接收 码；计算本地信号与所述接收信号之间的相位差或频率差；
所述本地信号包括本地载波和本地码；利用环路滤波参数对所述相位差或频率差进行环路滤波；所述环路滤波参数是利用可控根算法得到的；由所述相位差或频率差控制NCO生成新的本地信号。一种信号跟踪的方法，包括对接收到的信号进行处理，得到接收信号，并从所述接收信号中提取观测值，所述 接收信号包括接收载波和接收码；判断接收机速度、加速度或加加速度是否大于预设的阈值，如果是，则所述载体处 于高动态环境，利用卡尔曼滤波进行信号跟踪；如果否，则所述载体处于非高动态环境，利 用数字锁相环进行信号跟踪。所述卡尔曼滤波中的观测方程为
权利要求
1.一种卡尔曼滤波方法，其特征在于，包括对接收到的信号进行处理，得到接收信号，并从所述接收信号中提取观测值，所述接收 信号包括接收载波和接收码；对所述接收信号的状态值进行更新；用所述观测值修正更新后的状态值，得到当前状态的最终估计值；所述观测值通过观 测方程得到，所述观测方程如下式所示，
2.一种利用数字锁相环滤波方法，其特征在于，包括对接收到的信号进行处理，得到接收信号，所述接收信号包括接收载波和接收码；计算本地信号与所述接收信号之间的相位差或频率差；所述本地信号包括本地载波和本地码；利用环路滤波参数对所述相位差或频率差进行环路滤波；所述环路滤波参数是利用可控根算法得到的；由所述相位差或频率差控制NCO生成新的本地信号。
3.一种信号跟踪的方法，其特征在于，包括对接收到的信号进行处理，得到接收信号，并从所述接收信号中提取观测值，所述接收 信号包括接收载波和接收码；判断接收机速度、加速度或加加速度是否大于预设的阈值，如果是，则所述载体处于高 动态环境，利用卡尔曼滤波进行信号跟踪；如果否，则所述载体处于非高动态环境，利用数 字锁相环进行信号跟踪。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波中的观测方程为
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数字锁相环的环路滤波参数是利用可 控根算法得到的。
6.一种卡尔曼滤波装置，其特征在于，包括第一处理模块，用于对接收到的信号进行处理，得到接收信号，并从所述接收信号中提 取观测值，所述接收信号包括接收载波和接收码；更新模块，用于对所述接收信号的状态值进行更新；观测模块，用于用所述观测值修正更新后的状态值，得到当前状态的最终估计值；所述 观测值通过观测方程得到，所述观测方程如下式所示，x(k)为k时刻的状态值，ri(k)是同相分量，rQ(k)是正交分量，A是所述接收信号的幅 值，d(k)取值士 1，θ (k) = LTX(k)，L = [l，0，0，0]T，n' (k)为观测噪声矢量;第一生成模块，用于利用所述状态的最终估计值控制NCO产生新的信号。
7.一种利用数字锁相环滤波装置，其特征在于，包括第二处理模块，用于对接收到的信号进行处理，得到接收信号，所述接收信号包括接收 载波和接收码；差值模块，用于计算本地信号与所述接收信号之间的相位差或频率差；所述本地信号包括本地载波和本地码；环路滤波模块，用于利用环路滤波参数对所述相位差或频率差进行环路滤波；所述环路滤波参数是利用可控根算法得到的；第二生成模块，用于利用所述相位差或频率差控制NCO生成新的本地信号。
8.一种信号跟踪的装置，其特征在于，包括处理模块，用于对接收到的信号进行处理，得到接收信号，并从所述接收信号中提取观 测值，所述接收信号包括接收载波和接收码；判断模块，用于判断接收机的速度、加速度或加加速度是否大于预设的阈值，如果是， 触发用于所述载体处于高动态环境，利用卡尔曼滤波进行信号跟踪的卡尔曼滤波模块；如 果否，触发用于所述载体处于非高动态环境，利用数字锁相环进行信号跟踪的数字锁相环 模块。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述卡尔曼滤波模块中的观测方程为z'⑷=^ittll=^(4= ]+"'⑷=丑_)+x(k)为k时刻的状态值，ri(k)是同相分量，rQ(k)是正交分量，A是所述接收信号的幅 值，d(k)取值士 1，θ (k) = LTX(k)，L = [l，0，0，0]T，n' (k)为观测噪声矢量。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述数字锁相环模块的环路滤波参数是利 用可控根算法得到的。
全文摘要
本发明公开了一种卡尔曼滤波、数字锁相环滤波和信号跟踪的方法和装置，属于无线通信领域。该信号跟踪方法包括对接收到的信号进行处理，得到接收信号，并从接收信号中提取当前的观测值，接收信号包括接收载波和接收码；判断接收机的速度、加速度或加加速度是否大于预设的阈值，如果是，则载体处于高动态环境，利用卡尔曼滤波进行信号跟踪；如果否，则载体处于非高动态环境，利用数字锁相环进行信号跟踪。本发明还公开了一种信号跟踪装置、卡尔曼滤波方法和装置、数字锁相环滤波方法和装置。本发明提供的方法使接收机自适应切换载波跟踪方法，减小环路的误差，提高定位结果刷新率，达到在复杂动态环境中，对信号连续跟踪而不失锁的目的。
文档编号G01S19/37GK102087362SQ20091024140
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者刘华东, 徐连明, 杨磊, 邓中亮, 邹德君, 韩可, 黄建明 申请人:北京邮电大学