一种适用于扩频体制通信测控系统下的远程高精度测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线数据链领域，涉及一种相关数据链的高精度无线电导航定位方 法，尤其是一种扩频体制通信测控系统的远程高精度测距方法。
【背景技术】
[0002] 无线通信中，由于信号传输环境复杂多变，需要多种导航定位方法保证系统可靠 运行。无线电导航定位作为GPS等卫星定位信号失灵时的一种备用导航模式，应用范围非 常广泛，而高精度测距是保障无线电导航定位的必要手段。目前测控系统中测距方法主要 有侧音测距及伪码测距。
[0003] 侧音测距是利用正弦信号经过往返距离所对应的相位变化进行距离测量。其中低 侧音保证测距距离，高侧音保证测距精度。但在距离增大时，纯侧音测距系统由于设备复 杂、抗干扰能力差等特点，很难实现远距离测量。
[0004] 如图1所示，伪码测距在扩频体制通信测控系统中虽然具有实现方便、灵活、抗干 扰能力强等特点，但由于普通伪码测距的测量距离取决于伪码长度，测距精度受限于时钟 速率，因此在要求中远程测距就要求伪码尽可能长，这与通信测控系统要求快速捕获与跟 踪形成矛盾；同时测距精度也受限于系统的时钟频率。
[0005] 因此，如何保证远程通信测控系统的快速捕获与跟踪性能，既不大幅度提高系统 复杂度(系统时钟频率提高会提高系统复杂度)，又能保证远程距离测量的高精度，成为亟 待解决的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明公开了一种适用于扩频体制通信测控系统下的远程高精度测距方法，旨在 提供一种适用于远程通信测控系统下的高精度测距方法，通过对上一时刻测量值与当前时 刻估算值进行滤波运算，最终达到高精度测距的目的。
[0007] 本发明采用如下的技术方案：
[0008] 本方法分下述几步进行：
[0009] 1)采集数据：
[0010] 接收端机通过AD采样器量化接收扩频信号，通过相关器进行解扩，提取信号作为 测距与通信解算模块的输入；
[0011] 如图3所示，接收端机通过AD采样器量化接收扩频信号，通过相关器进行解扩，把 隐没于噪声下的有用信号提取出来，作为测距与通信解算模块的输入。相关器设计过程中， 伪随机码越长，捕获时间越长，在码片速率受限的系统中，普通伪码测距实现远程高精度测 距所带来的时间开销和系统复杂度是不可忍受的。因此，普通的伪码测距方法测量距离受 限于伪码长度，测距精度受限于码片速率与系统时钟。
[0012] 2)分析数据：
[0013] 对被测量对象的运动建立动态模型，并将最优估计方法应用于动态模型，对测距 误差进行滤波估计处理；
[0014] 分析上述运算过程，我们发现系统的同步误差与测距误差是该方法的关键量，远 程高精度测距的过程即是减少这两个量的过程；由此，我们可以创造性地应用扩频吗同步 +卡尔曼滤波的方法，也即对被测量对象的运动建立动态模型，并将最优估计方法应用于动 态模型，对测距误差进行滤波估计处理，就可以有效减小误差，提高测距精度；
[0015] 3)建立模型：
[0016] 以测量者为基准点，被测对象与测量者之间的距离作为被测对象在坐标系中的坐 标值，建立系统模型；
[0017] 伪码测距方法的测量值是基于实时测量的测距值，即某一时刻被测对象与测量者 之间的距离变化情况；故此可以等效建立一维坐标系，即以测量者为基准点，被测对象与测 量者之间的距离为被测对象在该坐标系中的坐标值，状态方程为：
【主权项】
1. 一种适用于扩频体制通信测控系统下的远程高精度测距方法，包括： 1)采集数据：接收端机通过AD采样器量化接收扩频信号，通过相关器进行解扩，提取 信号作为测距与通信解算模块的输入； 2 )分析数据：对被测量对象的运动建立动态模型，并将最优估计方法应用于动态模型， 对测距误差进行滤波估计处理； 3) 建立模型：以测量者为基准点，被测对象与测量者之间的距离作为被测对象在坐标 系中的坐标值，建立系统模型； 4) 卡尔曼滤波：设定系统参数和初始数值，进行卡尔曼滤波； 5) 输出数据：通过上述步骤，对测距误差实时进行滤波估计与矫正，逐步减小测距误 差，输出测距数据。
2. 根据权利要求1所述的适用于扩频体制通信测控系统下的远程高精度测距方法，其 特征在于，步骤3)建立模型中，所述系统模型的状态方程为：
其中x(t)为距离值，i：⑴为距离的一次变率，幻X)为距离的二次变率，为距离 的三次变率，为当前加速度的均值，τ为时间常数，co(t)为高斯白噪声。
3. 根据权利要求1所述的适用于扩频体制通信测控系统下的远程高精度测距方法，其 特征在于，步骤4)卡尔曼滤波中的更新方程：
其中，Xi为i时刻的被估计状态，为ti-Ι时刻至ti时刻的一步转移矩阵； 为系统噪声驱动阵；Hi为量测阵A为量测噪声序列；Wg为系统激励噪声序列，{ui}与 {Yi}已知的确定性输入序列。
【专利摘要】本发明公开一种适用于扩频体制通信测控系统下的远程高精度测距方法。采用的技术方案是：1）采集数据，2）分析数据，3）建立模型，4）卡尔曼滤波，5)输出数据；由于本发明采用了优化的卡尔曼滤波方法，创新性地应用于远程测距系统，充分利用了卡尔曼滤波的预测估计特性，从而使测距系统的精度提高了一个数量级，因而也解决了远程测距方法系统复杂精度不高的问题，取得了良好的效果。本发明具有不增加系统复杂度，易于系统集成，易于软件实现的特点。主要应用于无线数据链领域。
【IPC分类】H04W64-00, G01S11-08
【公开号】CN104678382
【申请号】CN201310636701
【发明人】李中岭, 李云涌, 李永翔
【申请人】中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月29日