高动态条件下改进的EKF载波跟踪环路

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1、第32卷第11期哈尔滨工程大学学报Vol．32№．112011年11月JournalofHarbinEngineeringUniversityNov．2011doi:10．3969/j．issn．1006－7043．2011．11．020高动态条件下改进的EKF载波跟踪环路李思超，李金海，孙金海，汪峰，阎跃鹏(中国科学院微电子研究所，北京100029)摘要:针对高动态环境下扩展Kalman滤波器跟踪环路的性能，分析了该跟踪环路的带宽特性，建立了环路带宽的数学模型．在此基础上，提出了一种改进的扩展Kalman滤波器跟踪环路．在不同条件

2、下对2种算法的环路带宽特性做了分析比较，结果表明改进算法的环路带宽比NASA提出的常规算法显著减小．在相对加加速度为100g/s的高动态条件下，对2种算法的跟踪性能进行了仿真，结果显示，与常规算法相比，改进算法的频率误差和失锁概率都明显降低，跟踪灵敏度提高1．3dB．关键词:高动态;扩展Kalman滤波器;环路带宽;跟踪灵敏度;失锁概率中图分类号:TN911文献标志码:A文章编号:1006-7043(2011)11-1509-05AmodifiedcarriertrackingloopusinganextendedKalmanfil

3、terinhighdynamicconditionsLISichao，LIJinhai，SUNJinhai，WANGFeng，YANYuepeng(InstituteofMicroelectronicsofChineseAcademyofSciences，Beijing100029，China)Abstract:ThebandwidthcharacteristicsofanextendedKalmanfilterwereanalyzedinordertostudythefilter＇sper-formanceintrackinghi

4、ghdynamicsignals，andamathematicmodelwasalsoestablished．Accordingtotheanaly-sis，amodifiedtrackingloopwasproposed．Thebandwidthcharacteristicsofbothalgorithmswereanalyzedundervariousconditions，andtheresultsshowthatthebandwidthofthemodifiedmethodismuchsmallerthanthatofrou-

5、tinemethodfromNASA．Bothalgorithmsweresimulatedwithhighdynamicglobalnavigationsatellitesystem(GNSS)signalswhoserelativejerkachieves100g/s．Comparedwitharoutinealgorithm，thefrequencyerrorandprobabilityofaloss-of-lockofnovelalgorithmareallmarkedlyreduced，andthetrackingsens

6、itivityisincreasedby1．3dB．Keywords:highdynamicconditions;extendedKalmanfilter;loopbandwidth;trackingsensitivity;probabilityofloss-of-lock高动态接收机主要涉及在高动态条件下对卫星数的最大值，以此来估计时延τ、多普勒频移ωd，估导航信号进行捕获、跟踪及定位解算的技术．在高计精度高，但比较复杂，适用于超高动态目标的跟动态环境下，接收机的速度以及各阶导数值都较大，踪．FLL/PLL方法结构简单，计算量小，

7、但是在高动引起较大的多普勒频移，给伪码的捕获跟踪及后续态条件下需要采用高阶环路，将引起环路的稳定性［3］的数据解调带来困难，为实现可靠通信，必须精确估问题，在弱信号条件下，鉴别器的非线性将使得计载波频移，并进行补偿．在未加辅助的条件下，高跟踪误差较大．ALS方法将接收信号进行泰勒展开［1-2］动态载波跟踪方法有最大似然估计(MLE)、得到观测方程，进而获得频率估计值，估计精度高，［2-3］［4-5］FLL/PLL、自适应最小均方法(ALS)、扩展但结构也很复杂．EKF算法能够直接估计信号的相［2，6］Kalman滤波器(EKF)等．

8、MLE在C/A码延时τ位、频率及其高阶导数，同时避免了鉴别器的非线性及多普勒频移ωd构成的二维坐标平面上求似然函问题，跟踪性能好，灵敏度较高，高阶EKF计算量也较大，但是采用高性能处理器可以较好地解决这一收稿日期:2010-08-27