CN105652294A - 一种基于惯性辅助的失锁重捕方法 - Google Patents

一种基于惯性辅助的失锁重捕方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于失锁重捕方法，具体涉及一种基于惯性辅助的失锁重捕方法。它包括：步骤一：失锁判断；步骤二：钟差和钟漂处理；步骤三：计算本地时RTC；步骤四：计算卫星位置；步骤五：计算卫星接收机与失锁卫星之间的伪距；步骤六：判断迭代条件；步骤七：计算信号传播时间；步骤八：计算对应Tran的码相位Ph1。本发明的效果是：本发明基于惯性辅助信息实现对失锁卫星的快速重捕，采用本发明方法，可以实现车载环境下失锁(500s)后快速(2s)内定位的指标，同时也可以实现高动态环境复杂轨迹下失锁(500s)后快速(2s)内定位的指标，大大提高了卫星接收机适应各项复杂环境的能力。

Description

一种基于惯性辅助的失锁重捕方法
技术领域
本发明属于失锁重捕方法，具体涉及一种基于惯性辅助的失锁重捕方法。
背景技术
近年来，随着BD2***的发展，我国在卫星接收机领域内开展了深入和广泛的研究，并取得了巨大的成就。尤其是在民用产品的低、中动态接收机技术已经相当成熟，被广泛应用到大地测量、车辆导航定位、船舶导航以及飞机进场等领域内。但是对于军事领域内普遍应用的高动态卫星接收机的研究，我国还处于起步阶段，在高动态领域，美国处于世界领先水平，同时美国有关高动态卫星接收机的产品和技术对我国采取封闭的政策，为了满足我国高技术战争的需求，研制高动态卫星接收机具有重要的现实意义。
高动态接收机研制的最大难题是如何解决在高动态环境下，对卫星信号的快速捕获和跟踪。由于高动态环境下的载体和卫星之间的高速运动使信号产生很大的多普勒频移，对信号捕获频域的搜索带宽提出了较高的要求，同时由于频域带宽的增加，使得频域搜索的点数也增加，这样就给快速捕获带来了困难。同时即使捕获到了卫星，由于多普勒频率变化很快，为了保持载波环路稳定锁定，就必须增大环路的带宽，但增大环路带宽的同时又会使环路引进过多的噪声，从而造成环路不能稳定跟踪。因此，如何解决高动态环境下对信号进行快速捕获和跟踪就是卫星接收机需要解决的关键技术。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种基于惯性辅助的失锁重捕方法。
本发明是这样实现的：一种基于惯性辅助的失锁重捕方法，包括下述步骤：
步骤一：失锁判断
持续检查卫星通道标志位和卫星状态字，
若通道标志位为失锁状态，且状态字为有效状态，则执行步骤二；
若通道标志位为失锁状态，且状态字为无效状态，则结束本方法，执行与该状态匹配的卫星失锁重捕流程；
若通道标志位为未失锁状态，则重复执行本步骤，检查卫星状态，
步骤二：钟差和钟漂处理
对卫星接收机输出的钟差和钟漂进行数据处理，首先建立窗口宽带为12的滑动窗口，去掉窗口数据中钟差和钟漂数据的最大值和最小值，然后对剩余窗口的10个数据进行求平均处理，计算钟差平均值Dt和钟漂平均值DDt，其中
步骤三：计算本地时RTC
进入失锁重捕流程后，在50ms中断中提取失锁通道对应卫星的载波频率控制字carrFreq和码环频率控制字codeFreq，同时读取失锁通道对应的半码片寄存器codeChipIMU，按照周内秒计数器sow、0.1ms计数器msOfSec以及0.1ms模配置寄存器fracOfms，计算出本地时间RTC,其中
RTC＝SOW+msOfSec*0.0001+fracOfms÷62000000，
其中时钟为62Mhz，对本地时RTC进行钟差补偿后为：
RTC2＝RTC-Dt-DDt*0.2
步骤四：计算卫星位置
置失锁卫星伪距pseuR一个初始值，如果是高轨卫星，则置初始值为0.12s；如果为中轨道卫星，则置初始值为0.075s，然后计算卫星的概略发射时刻tranTime＝RTC2-pseuR，计算出失锁卫星的位置(satX、satY、satZ)；
步骤五：计算卫星接收机与失锁卫星之间的伪距
按照本地坐标为接收到的惯导坐标(InsX、InsY、InsZ)以及步骤四计算出来的失锁卫星的位置(satX、satY、satZ)，计算对应的伪距tpPseuR，其中对计算出来的伪距进行地球自转修正，修正方式计算如下：
dt＝tpPseuR/C_VOL
theta＝OMEGAE*dt
x′＝InsX*cos(theta)+InsY*sin(theta)
y′＝InsY*cos(theta)-InsX*sin(theta)
参数说明tpPseuR为伪距、C_VOL为光速、OMEGAE地球自转角速率
计算修正后的伪距PseuFix，
P s e u F i x = ( I n s X - x ′ ) 2 + ( I n s Y - y ′ ) 2 + ( I n s Z - s a t Z ) 2
步骤六：判断迭代条件
计算卫星概略伪距pseuR和修正后的伪距PseuFix差值pseuDt，
pseuDt＝pseuFix-pseuR；
判断是否满足迭代条件，如果fabs(pseuDt)>10-6成立，则继续执行步骤四和步骤五；否则，将最后一次迭代后的伪距设置为pseuFinal；其中fabs表示是取绝对值；
步骤七：计算信号传播时间
用下述公式计算传播时间Tran：
Tran＝RTC2-pseuFinal/光速
步骤八：计算对应Tran的码相位Ph1
首先取Tran部分0.001s模，计算方式为fmod(Tran,0.001)，其中fmod表示取余数；
然后计算Ph1＝fmod(Tran,0.001)/(0.001/20460),其中0.001为1ms，20460为1ms周期内BD半码片数量；
最后计算Ph2＝(codeChipIMU-Sat_dtime/(0.001/20460)+20460*3)％20460；
其中codeChipIMU：失锁卫星所在通道的半码片计数；该数据由基带信息中直接取得
Sat_dtime：失锁卫星的钟差值；该数据由卫星的星历中得到。
如上所述的一种基于惯性辅助的失锁重捕方法，其中，还包括下述步骤：
步骤九：计算失锁后的码相位差值DeCode
DeCode＝Ph1-Ph2
步骤十：将DeCode值作为捕获控制的相位初值进行捕获
如果捕获成功，则在位同步以后重复第三-第七步，计算出信号传输时间，然后通过传输时间对信号结构中1ms以上部分的帧、字等进行推算，同时读取FPGA中的码片计数，实现重定位功能；如果捕获失败，则重新执行步骤二，重新捕获。
本发明的效果是：本发明基于惯性辅助信息实现对失锁卫星的快速重捕，采用本发明方法，可以实现车载环境下失锁(500s)后快速(2s)内定位的指标，同时也可以实现高动态环境复杂轨迹下失锁(500s)后快速(2s)内定位的指标，大大提高了卫星接收机适应各项复杂环境的能力。
具体实施方式
一种基于惯性辅助的失锁重捕方法，包括下述步骤：
步骤一：失锁判断
持续检查卫星通道标志位和卫星状态字，
若通道标志位为失锁状态，且状态字为有效状态，则执行步骤二；
若通道标志位为失锁状态，且状态字为无效状态，则结束本方法，执行与该状态匹配的卫星失锁重捕流程；
若通道标志位为未失锁状态，则重复执行本步骤，检查卫星状态。
卫星接收机在正常定位过程中，如果受到桥梁、山洞以及类似遮挡物的遮挡而导致卫星信号失锁，则卫星上的程序会自动对通道置失锁标志，程序进入失锁重捕调度，根据惯导状态字判断接收到的惯性信息是否有效，如果有效，则进入惯性辅助失锁重捕流程，否则进入正常失锁重捕流程。
步骤二：钟差和钟漂处理
对卫星接收机输出的钟差和钟漂进行数据处理，首先建立窗口宽带为12的滑动窗口，去掉窗口数据中钟差和钟漂数据的最大值和最小值，然后对剩余窗口的10个数据进行求平均处理，计算钟差平均值Dt和钟漂平均值DDt，其中
步骤三：计算本地时RTC
进入失锁重捕流程后，在50ms中断中提取失锁通道对应卫星的载波频率控制字carrFreq和码环频率控制字codeFreq，同时读取失锁通道对应的半码片寄存器codeChipIMU，按照周内秒计数器sow、0.1ms计数器msOfSec以及0.1ms模配置寄存器fracOfms，计算出本地时间RTC,其中
RTC＝SOW+msOfSec*0.0001+fracOfms÷62000000，
其中时钟为62Mhz，对本地时RTC进行钟差补偿后为：
RTC2＝RTC-Dt-DDt*0.2
步骤四：计算卫星位置
置失锁卫星伪距pseuR一个初始值，如果是高轨卫星，则置初始值为0.12s；如果为中轨道卫星，则置初始值为0.075s，然后计算卫星的概略发射时刻tranTime＝RTC2-pseuR。按照《北斗卫星导航***空间信号接口控制文件》2.0版(以下简称BDICD文件)提供的卫星位置计算方法，输入卫星概略发射时刻tranTime以及卫星星历信息，计算出失锁卫星的位置(satX、satY、satZ)；
步骤五：计算卫星接收机与失锁卫星之间的伪距
按照本地坐标为接收到的惯导坐标(InsX、InsY、InsZ)以及步骤四计算出来的失锁卫星的位置(satX、satY、satZ)，计算对应的伪距tpPseuR，其中对计算出来的伪距进行地球自转修正，修正方式计算如下：
dt＝tpPseuR/C_VOL
theta＝OMEGAE*dt
x′＝InsX*cos(theta)+InsY*sin(theta)
y′＝InsY*cos(theta)-InsX*sin(theta)
参数说明tpPseuR为伪距、C_VOL为光速、OMEGAE地球自转角速率
计算修正后的伪距PseuFix，
P s e u F i x = ( I n s X - x ′ ) 2 + ( I n s Y - y ′ ) 2 + ( I n s Z - s a t Z ) 2
步骤六：判断迭代条件
计算卫星概略伪距pseuR和修正后的伪距PseuFix差值pseuDt，
pseuDt＝pseuFix-pseuR；
判断是否满足迭代条件，如果fabs(pseuDt)>10-6成立，则继续执行步骤四和步骤五；否则，将最后一次迭代后的伪距设置为pseuFinal；其中fabs表示是取绝对值；
步骤七：计算信号传播时间
用下述公式计算传播时间Tran：
Tran＝RTC2-pseuFinal/光速
步骤八：计算对应Tran的码相位Ph1
首先取Tran部分0.001s模，计算方式为fmod(Tran,0.001)，其中fmod表示取余数；
然后计算Ph1＝fmod(Tran,0.001)/(0.001/20460),其中0.001为1ms，20460为1ms周期内BD半码片数量；
最后计算Ph2＝(codeChipIMU-Sat_dtime/(0.001/20460)+20460*3)％20460；
其中codeChipIMU：失锁卫星所在通道的半码片计数；该数据由基带信息中直接取得
Sat_dtime：失锁卫星的钟差值；该数据由卫星的星历中得到。
步骤九：计算失锁后的码相位差值DeCode
DeCode＝Ph1-Ph2
步骤十：将DeCode值作为捕获控制的相位初值进行捕获
如果捕获成功，则在位同步以后重复第三-第七步，计算出信号传输时间，然后通过传输时间对信号结构中1ms以上部分的帧、字等进行推算，同时读取FPGA中的码片计数，实现重定位功能；如果捕获失败，则重新执行步骤二，重新捕获。

Claims (2)

1.一种基于惯性辅助的失锁重捕方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：失锁判断
持续检查卫星通道标志位和卫星状态字，
若通道标志位为失锁状态，且状态字为有效状态，则执行步骤二；
若通道标志位为失锁状态，且状态字为无效状态，则结束本方法，执行与该状态匹配的卫星失锁重捕流程；
若通道标志位为未失锁状态，则重复执行本步骤，检查卫星状态，
步骤二：钟差和钟漂处理
对卫星接收机输出的钟差和钟漂进行数据处理，首先建立窗口宽带为12的滑动窗口，去掉窗口数据中钟差和钟漂数据的最大值和最小值，然后对剩余窗口的10个数据进行求平均处理，计算钟差平均值Dt和钟漂平均值DDt，其中
步骤三：计算本地时RTC
进入失锁重捕流程后，在50ms中断中提取失锁通道对应卫星的载波频率控制字carrFreq和码环频率控制字codeFreq，同时读取失锁通道对应的半码片寄存器codeChipIMU，按照周内秒计数器sow、0.1ms计数器msOfSec以及0.1ms模配置寄存器fracOfms，计算出本地时间RTC,其中
RTC＝SOW+msOfSec*0.0001+fracOfms÷62000000，
其中时钟为62Mhz，对本地时RTC进行钟差补偿后为：
RTC2＝RTC-Dt-DDt*0.2
步骤四：计算卫星位置
置失锁卫星伪距pseuR一个初始值，如果是高轨卫星，则置初始值为0.12s；如果为中轨道卫星，则置初始值为0.075s，然后计算卫星的概略发射时刻tranTime＝RTC2-pseuR，计算出失锁卫星的位置(satX、satY、satZ)；
步骤五：计算卫星接收机与失锁卫星之间的伪距
按照本地坐标为接收到的惯导坐标(InsX、InsY、InsZ)以及步骤四计算出来的失锁卫星的位置(satX、satY、satZ)，计算对应的伪距tpPseuR，其中对计算出来的伪距进行地球自转修正，修正方式计算如下：
dt＝tpPseuR/C_VOL
theta＝OMEGAE*dt
x′＝InsX*cos(theta)+InsY*sin(theta)
y′＝InsY*cos(theta)-InsX*sin(theta)
参数说明tpPseuR为伪距、C_VOL为光速、OMEGAE地球自转角速率
计算修正后的伪距PseuFix，
步骤六：判断迭代条件
计算卫星概略伪距pseuR和修正后的伪距PseuFix差值pseuDt，
pseuDt＝pseuFix-pseuR；
判断是否满足迭代条件，如果fabs(pseuDt)>10-6成立，则继续执行步骤四和步骤五；否则，将最后一次迭代后的伪距设置为pseuFinal；其中fabs表示是取绝对值；
步骤七：计算信号传播时间
用下述公式计算传播时间Tran：
Tran＝RTC2-pseuFinal/光速
步骤八：计算对应Tran的码相位Ph1
首先取Tran部分0.001s模，计算方式为fmod(Tran,0.001)，其中fmod表示取余数；
然后计算Ph1＝fmod(Tran,0.001)/(0.001/20460),其中0.001为1ms，20460为1ms周期内BD半码片数量；
最后计算Ph2＝(codeChipIMU-Sat_dtime/(0.001/20460)+20460*3)％20460；
其中codeChipIMU：失锁卫星所在通道的半码片计数；该数据由基带信息中直接取得
Sat_dtime：失锁卫星的钟差值；该数据由卫星的星历中得到。
2.如权利要求1所述的一种基于惯性辅助的失锁重捕方法，其特征在于：还包括下述步骤：
步骤九：计算失锁后的码相位差值DeCode
DeCode＝Ph1-Ph2
步骤十：将DeCode值作为捕获控制的相位初值进行捕获
如果捕获成功，则在位同步以后重复第三-第七步，计算出信号传输时间，然后通过传输时间对信号结构中1ms以上部分的帧、字等进行推算，同时读取FPGA中的码片计数，实现重定位功能；如果捕获失败，则重新执行步骤二，重新捕获。
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