基于UKF准开环结构的高动态载波跟踪环路

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1、第31卷2010宅第12期12月航空学报ACTAAER()NAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．12Dec．2010文章编号：1000—6893(2010)12—2393—07基于UKF准开环结构的高动态载波跟踪环路韩帅，王文静，陈曦，孟维晓(哈尔滨工业大学通信技术研究所，黑龙江哈尔滨150080)Quasi·。open’-loopStructureforHighDynamicCarrierTrackingBasedonUKFHanShuai，WangWenjing，ChenXi，MengWeixiao(CommunicationRe

2、searchCenter，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)摘要：对高动态环境下的全球卫星导航系统(GNSS)载波信号跟踪方法进行了研究。在分析高动态载波信号模型的基础上，提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的准开环载波跟踪方法。此方法能够消除导航数据二进制相移键控(BPSK)调制的影响，并采用四维UKF相位估计模型提高跟踪精度，同时对估计值进行补偿以减少滤波器的滞后性。通过模拟接收机的高动态运动轨迹，从跟踪误差、跟踪结果和补偿效果3个方面，与基于卡尔曼滤波(KF)的锁频环(FI上)辅助锁相环(PI，L)结

3、构的传统跟踪方法进行比较，结果表明基于UKF的准开环跟踪方法能够有效地完成高动态环境下的载波跟踪。关键词：高动态；信号处理；无迹卡尔曼滤波；频率偏移；补偿中图分类号：V448．2；TN911．8文献标识码：AAbstract：Thisarticlepresentsastudyofthecarriertrackingloopoftheglobalnavigationsatellitesystem(GNSS)receiverinhighdynamicconditions．Afteranalyzingthemodelofhighdynamicsignals，aquasi—o

4、pen-100pcarriertrackingmethodbasedonunscentedKalmanfilter(UKF)isproposed．Thisnewmethodcanelim—inatetheinfluenceofbinaryphaseshiftkeying(BPSK)modulation，anditadoptsthefour-dimensionalUKFphaseestimatortOincreasetrackingprecisionandcompensatesfortheestimatedvaluestOreducethehysteresisofthe

5、filter．Bysimulatingthehighdynamictraceofareceiver，thisquasi—open—loopstructureiscomparedwiththestructureoffrequencylockedloop(FLL)assistedKalmanfilter(KF)basedphaselockedloop(PLL)chieflyintermsoftrackingerrors，trackingresultsandcompensationeffect．Simulationsshowthatthepro—posedquasi—-op

6、en·-loopstructureforhighdynamiccarriertrackingloopbasedonUKFcaneffectivelycompletethetaskofcarriertrackinginahighdynamicenvironment．Keywords：highdynamic；signalprocessing；unscentedKalmanfilter；frequencyshift；compensation随着全球卫星导航系统(GNSS)技术的发展，其在军事战争中的作用日益增强【1]。尤其是高动态卫星导航接收机用于弹道导弹、巡航导航、超视距

7、空空导弹、制导炸弹以及炮弹等武器的精确制导，在现代战争中发挥了前所未有的威力。除了军事领域，高动态卫星导航接收机在航天、航空领域也得到了大量应用比]，例如载人航天、再入飞行器、太空探索等。因此，高动态导航成为中国“北斗二号”卫星导航系统建立的主要目的之一。另一方面，载体静止条件下的卫星运动也存在动态效应。常规条件下其影响不甚显著，但在小于0．5ns的高精度应用场合中，例如卫星定轨，如何克服卫星动态对高精度测量的影响一直收稿日期：2010-03—1】；修订日期：2010—09—26基金项目：国家。863”计划(2007AAl22338)；国家自然科学基