專利名稱：基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種延遲鎖定環(huán)，特別是涉及一種基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)。
背景技術(shù)：
延遲鎖定環(huán)作為通信系統(tǒng)中的偽碼跟蹤環(huán)路，是定位系統(tǒng)中接收機(jī)的主要跟蹤環(huán)路之一，延遲鎖定環(huán)對(duì)接收到的偽碼信號(hào)的跟蹤精度直接決定定位定位系統(tǒng)的定位精度。多徑干擾是高精度定位系統(tǒng)的主要誤差源，隨著人們對(duì)定位精度要求的提高，多徑誤差消除技術(shù)受到廣泛的關(guān)注。隨著接收機(jī)的數(shù)字化，基于數(shù)據(jù)處理的多徑誤差消除技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。目前已有的基于數(shù)據(jù)處理的延遲鎖定環(huán)主要有只估計(jì)直接信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)、同時(shí)估計(jì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)。只估計(jì)直接信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)根據(jù)參數(shù)估計(jì)模塊估計(jì)直接信號(hào)的時(shí)間延遲來確定環(huán)路的同步點(diǎn)，具有計(jì)算量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)，是對(duì)傳統(tǒng)延遲鎖定環(huán)的鑒相器進(jìn)行改進(jìn)后的環(huán)路。但是，只估計(jì)直接信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)通常對(duì)噪聲敏感、不能抑制時(shí)間延遲較短的多徑的影響、不能抑制載波多徑誤差的缺點(diǎn)，無法滿足噪聲環(huán)境下對(duì)精度要求較高的定位系統(tǒng)的要求。同時(shí)估計(jì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)由參數(shù)估計(jì)模塊估計(jì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)的時(shí)間延遲和幅度參數(shù)，根據(jù)估計(jì)的多徑參數(shù)重構(gòu)多徑相關(guān)輸出，并從接收信號(hào)的相關(guān)輸出中減去多徑相關(guān)輸出，得到直接信號(hào)的相關(guān)輸出，再根據(jù)直接信號(hào)的相關(guān)輸出進(jìn)行直接信號(hào)時(shí)間延遲的估計(jì)。同時(shí)估計(jì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)不僅可以抑制偽碼多徑誤差而且可以抑制載波多徑誤差，可以有效提高定位系統(tǒng)的定位精度。但是，對(duì)噪聲比較敏感、不能抑制時(shí)間延遲較短的多徑帶來的誤差仍然是同時(shí)估計(jì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)的瓶頸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決同時(shí)估計(jì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)對(duì)噪聲信號(hào)敏感、不能抑制時(shí)間延遲較短的多徑干擾造成的跟蹤誤差的問題，實(shí)現(xiàn)了一種利用卡爾曼濾波對(duì)相關(guān)輸出中的噪聲進(jìn)行濾波、利用最小二乘算法對(duì)濾波后的相關(guān)輸出進(jìn)行參數(shù)估計(jì)的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，即基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，包括可編程門陣列單元和數(shù)字信號(hào)處理單元；其中可編程門陣列單元包括相關(guān)器、控制信號(hào)產(chǎn)生模塊、通信接口，數(shù)字信號(hào)處理單元包括卡爾曼濾波器、多徑估計(jì)模塊、多徑重構(gòu)模塊、多徑消除模塊、偽碼鑒相器、環(huán)路濾波器、決策模塊、數(shù)字控制振蕩器；數(shù)字信號(hào)處理單元讀出可編程門陣列單元中相關(guān)器的相關(guān)輸出值，并將相關(guān)輸出值送給卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波；濾波后的相關(guān)輸出輸入給基于最小二乘的多徑估計(jì)模塊完成對(duì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)的時(shí)間延遲和幅度的估計(jì)，其中直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)的結(jié)果記為第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值；參數(shù)估計(jì)結(jié)果作為多徑重構(gòu)模塊的輸入以實(shí)現(xiàn)多徑相關(guān)輸出的重構(gòu)，多徑重構(gòu)模塊將輸出的多徑相關(guān)輸出值輸入給多徑消除模塊；多徑消除模塊從接收到的卡爾曼濾波器的相關(guān)輸出中減去重構(gòu)的多徑相關(guān)輸出，所得到的直接信號(hào)相關(guān)輸出為偽碼鑒相器的輸入，環(huán)路濾波器對(duì)偽碼鑒相器的輸出進(jìn)行濾波后計(jì)算出第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值；決策模塊根據(jù)第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值與上一時(shí)刻環(huán)路確定的直接信號(hào)時(shí)間延遲的偏差、第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值與上一時(shí)刻環(huán)路確定的直接信號(hào)時(shí)間延遲的偏差分別賦予第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值和第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值不同的權(quán)值，第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值和第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值的加權(quán)和為決策判決模塊的輸出，即當(dāng)前時(shí)刻估計(jì)的時(shí)間延遲，該輸出通過數(shù)字控制振蕩器輸出到可編程門陣列單元。
所述的相關(guān)器支路為26路，其中即時(shí)支路相關(guān)器I個(gè)，早碼支路相關(guān)器10個(gè)，晚碼支路相關(guān)器15個(gè)。所述的環(huán)路濾波器采用一階環(huán)路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I)本發(fā)明通過可編程門陣列和數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)數(shù)字延遲鎖定環(huán)，具有計(jì)算速度快、易于算法移植的特點(diǎn)。2)本發(fā)明通過卡爾曼濾波器實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)輸出中的高斯噪聲的濾波，消除了噪聲對(duì)相關(guān)輸出的影響，從而克服了噪聲對(duì)多徑估計(jì)精度的影響，提高了噪聲環(huán)境下多徑消除的性能。3)本發(fā)明中采用最小二乘算法進(jìn)行直接信號(hào)和多徑信號(hào)的時(shí)間延遲和幅度估計(jì)，可以區(qū)分時(shí)間延遲較短的多徑和直接信號(hào)。4)本發(fā)明中的決策判決模塊考慮了前饋和反饋結(jié)果對(duì)直接信號(hào)時(shí)間延遲的影響，即保持了環(huán)路的穩(wěn)定性又提高了對(duì)直接信號(hào)時(shí)間延遲的估計(jì)精度。


圖I為基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)的框圖；圖2為卡爾曼濾波和最小二乘算法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明利用接收到的偽碼信號(hào)與本地產(chǎn)生的偽碼信號(hào)的相關(guān)輸出值進(jìn)行卡爾曼濾波、多徑估計(jì)、多徑重構(gòu)、多徑消除，根據(jù)消除多徑和噪聲影響的直接信號(hào)相關(guān)輸出值進(jìn)行偽碼鑒相，利用時(shí)間延遲偏差與鑒相輸出之間的關(guān)系可以檢測(cè)出本地時(shí)間延遲估計(jì)偏差，最后根據(jù)決策模塊計(jì)算的直接信號(hào)時(shí)間延遲調(diào)整本地碼，使之與接收到的偽碼信號(hào)同
止/J/ o本發(fā)明的工作原理接收到的數(shù)字偽碼信號(hào)r (k)為
Mr{k) = ^{k-T^ + ^A^k-r^ -r;) + (^)(I)
/=1
式中C(k)—偽隨機(jī)碼-A—直接偽碼幅度；T 0—直接偽碼的傳輸時(shí)間延遲;M——多徑信號(hào)個(gè)數(shù)A—一第i個(gè)多徑信號(hào)幅度；T ,—第i個(gè)多徑信號(hào)相對(duì)于直接信號(hào)的傳輸時(shí)間延遲；n(k)-白高斯噪聲。圖I中，多徑重構(gòu)模塊根據(jù)估計(jì)的多徑參數(shù)i,、S和f,可以重構(gòu)出即時(shí)支的多徑相關(guān)輸出欠
權(quán)利要求
1.基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，包括可編程門陣列單元和數(shù)字信號(hào)處理單元；其特征在于可編程門陣列單元包括相關(guān)器、控制信號(hào)產(chǎn)生模塊、通信接口，數(shù)字信號(hào)處理單元包括卡爾曼濾波器、多徑估計(jì)模塊、多徑重構(gòu)模塊、多徑消除模塊、偽碼鑒相器、環(huán)路濾波器、決策模塊、數(shù)字控制振蕩器；數(shù)字信號(hào)處理單元讀出可編程門陣列單元中相關(guān)器的相關(guān)輸出值，并將相關(guān)輸出值送給卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波；濾波后的相關(guān)輸出輸入給基于最小二乘的多徑估計(jì)模塊完成對(duì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)的時(shí)間延遲和幅度的估計(jì)，其中直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)的結(jié)果記為第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值；參數(shù)估計(jì)結(jié)果作為多徑重構(gòu)模塊的輸入以實(shí)現(xiàn)多徑相關(guān) 輸出的重構(gòu)，多徑重構(gòu)模塊將輸出的多徑相關(guān)輸出值輸入給多徑消除模塊；多徑消除模塊從接收到的卡爾曼濾波器的相關(guān)輸出中減去重構(gòu)的多徑相關(guān)輸出，所得到的直接信號(hào)相關(guān)輸出為偽碼鑒相器的輸入，環(huán)路濾波器對(duì)偽碼鑒相器的輸出進(jìn)行濾波后計(jì)算出第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值；決策模塊根據(jù)第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值與上一時(shí)刻環(huán)路確定的直接信號(hào)時(shí)間延遲的偏差、第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值與上一時(shí)刻環(huán)路確定的直接信號(hào)時(shí)間延遲的偏差分別賦予第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值和第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值不同的權(quán)值，第一直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值和第二直接信號(hào)時(shí)間延遲估計(jì)值的加權(quán)和為決策判決模塊的輸出，即當(dāng)前時(shí)刻估計(jì)的時(shí)間延遲，該輸出通過數(shù)字控制振蕩器輸出到可編程門陣列單元。
2.如權(quán)利要求I所述的基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，其特征在于所述的相關(guān)器支路為26路，其中即時(shí)支路相關(guān)器I個(gè)，早碼支路相關(guān)器10個(gè)，晚碼支路相關(guān)器15個(gè)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，其特征在于所述的環(huán)路濾波器采用一階環(huán)路。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于卡爾曼濾波和最小二乘算法的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，包括可編程門陣列單元和數(shù)字信號(hào)處理單元；其中可編程門陣列單元包括相關(guān)器、控制信號(hào)產(chǎn)生模塊、通信接口，數(shù)字信號(hào)處理單元包括卡爾曼濾波器、多徑估計(jì)模塊、多徑重構(gòu)模塊、多徑消除模塊、偽碼鑒相器、環(huán)路濾波器、決策模塊、數(shù)字控制振蕩器；本發(fā)明解決了同時(shí)估計(jì)直接信號(hào)和多徑信號(hào)時(shí)間延遲的延遲鎖定環(huán)對(duì)噪聲信號(hào)敏感、不能抑制時(shí)間延遲較短的多徑干擾造成的跟蹤誤差的問題，實(shí)現(xiàn)了一種利用卡爾曼濾波對(duì)相關(guān)輸出中的噪聲進(jìn)行濾波、利用最小二乘算法對(duì)濾波后的相關(guān)輸出進(jìn)行參數(shù)估計(jì)的數(shù)字延遲鎖定環(huán)。
文檔編號(hào)H03L7/099GK102629869SQ20121011424
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者甘明剛, 程蘭, 陳杰 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)