专利名称：一种改进的导航卫星信号跟踪方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星信号处理方法，具体来说涉及一种改进的导航卫星信号跟踪方法。
背景技术：
从上世纪70年代至今，以美国全球定位系统(GlcAal Positioning System,GPS) 为代表的卫星导航系统因为能够为用户提供精确的位置、速度、时间等信息，已经在军事和民用领域获得了非常广泛的应用。不论是美国的GPS、欧洲的Galileo系统还是中国的北斗导航系统，其基本原理都是通过对调制到载波中的测距码信号的跟踪，获取与卫星的距离， 进而计算出用户坐标。本文将以应用最广泛的GPS为例，讨论卫星导航系统中的问题。由于GPS卫星和地面接收机之间的相对运动，所以导航信号存在频率的多普勒效应，为保证能连续输出位置坐标，必须跟踪住频率不断变化的信号，这也是GPS接收机的核心技术之一。当处在在室内、森林、城市等复杂环境下，GPS信号会受到严重的衰弱，GPS信号功率将远远低于一般接收机的工作范围。在室内环境，一般的GPS接收机不能捕获和跟踪到导航卫星信号，大大限制了 GPS的应用领域。这就需要采用新的技术跟踪微弱GPS信号，实现室内环境的导航和定位。传统的卫星导航信号跟踪，采用了一种相位锁定环路(PLL)，称为Costas锁相环。 这种技术已被广泛地应用到各种通信系统和仪器设备中。PLL的基本组成如

图1所示，在低信噪比下，为确保鉴相器的正常工作，往往需要很长的相干积分时间，以获得足够的信噪比增益，而相干积分时间的大幅度增加使得环路的稳定性和抗噪声性能发生恶化，因此有人提出了使用频域跟踪的方法代替PLL环节。此方法通过分析信号频域的能量分布，算出实际的载波频率，实现跟踪。在实际使用过程中，当信号非常微弱时，从频域分布中找到载波实际的频率值将非常困难，这样会有很大可能造成误判。当误判造成较大误差，而预检积分时间又较长时，一次判断错误就有可能造成致命影响，导致跟踪失锁。

发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的导航卫星信号跟踪方法，该方法能够对具有较大噪声的微弱GPS信号进行准确判断和跟踪，减小误判对跟踪结果的影响。本发明的目的可通过以下的技术措施来实现一种改进的导航卫星信号跟踪方法，包括以下步骤(I)GPS接收机接收卫星信号数据，对进行相关器积分之后的信号数据进行导航电文剥离；(2)对导航电文剥离后的数据进行快速傅立叶变换；(3)提取信号谱峰值同时判断该谱峰值是否有效，并计算新的载波频率值& ；(4)对新的载波频率值进行滤波得到修正的跟踪信号。所述步骤(1)中导航电文剥离的过程为首先完成导航数据的帧同步，然后读入对应帧中各个比特的符号，最后把符号分别与I和Q分量相乘。所述步骤O)中判断谱峰值是否有效的过程为设置一个判决门限，当频谱峰值大于此门限时，则该谱峰值有效。所述判决门限的选取采用概率和数理统计方法获得，或者采用比较峰值能量和频谱均值能量的大小来获得。所述步骤O)中提取信号谱峰值的范围为频谱中的第1 13点之间和第116 128点之间。所述步骤(3)中计算新的载波频率值&的过程为当通过门限的最大的频率点η 在1 13之间且谱峰值有效，则频率变化量是ηΧΟ. 39 ；当通过门限的最大的频率点η在 116 1 之间且谱峰值有效，则频率变化量是(n-128) XO. 39 ；否则当谱峰值为无效，则将频率变化量设置为O ；则新的载波频率值&为现有的载波频率加上频率变化量的值。所述步骤(4)中对频率值采用卡尔曼滤波器Kalman进行滤波。所述Kalman滤波器的状态转移矩阵和观测矩阵分别为
权利要求
1.一种改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于包括以下步骤(1)GPS接收机接收卫星信号数据，对进行相关器积分之后的信号数据进行导航电文剥1 ；(2)对导航电文剥离后的数据进行快速傅立叶变换；(3)提取信号谱峰值同时判断该谱峰值是否有效，并计算新的载波频率值&；(4)对新的载波频率值进行滤波得到修正的信号频率值。
2.根据权利要求1所述的改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于所述步骤(1) 中导航电文剥离的过程为首先完成导航数据的帧同步，然后读入对应帧中各个比特的符号，最后把符号分别与I和Q分量相乘。
3.根据权利要求1所述的改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于所述步骤O) 中判断谱峰值是否有效的过程为设置一个判决门限，当频谱峰值大于此门限时，则该谱峰值有效。
4.根据权利要求5所述的改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于所述判决门限的选取采用概率和数理统计方法获得，或者采用比较峰值能量和频谱均值能量的大小来获得。
5.根据权利要求1所述的改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于所述步骤O) 中提取信号谱峰值的范围为频谱中的第1 13点之间和第116 1 点之间。
6.根据权利要求5所述的改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于所述步骤(3) 中计算新的载波频率值fV的过程为当通过门限的最大的频率点η在1 13之间且谱峰值有效，则频率变化量是ηΧ0. 39 ；当通过门限的最大的频率点η在116 1 之间且谱峰值有效，则频率变化量是(n-128) X0. 39 ；否则当谱峰值为无效，则将频率变化量设置为0 ； 则新的载波频率值&为现有的载波频率加上频率变化量的值。
7.根据权利要求1所述的改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于所述步骤中对频率值采用卡尔曼滤波器进行滤波。
8.根据权利要求1所述的改进的导航卫星信号跟踪方法，其特征在于所述Kalman滤波器的状态转移矩阵和观测矩阵分别为
全文摘要
本发明公开了一种改进的导航卫星信号跟踪方法，包括以下步骤(1)GPS接收机接收卫星信号数据，对进行相关器积分之后的信号数据进行导航电文剥离；(2)对导航电文剥离后的数据进行快速傅立叶变换；(3)提取信号谱峰值同时判断该谱峰值是否有效，并计算新的载波频率值fL；(4)对新的载波频率值进行滤波得到修正的信号频率值。该方法能够对具有较大噪声的微弱GPS信号进行准确判断和跟踪，减小误判对跟踪结果的影响。
文档编号G01S19/29GK102486539SQ201010573430
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者胡胜发, 舒洋 申请人:安凯(广州)微电子技术有限公司