用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星信号跟踪技术领域，具体涉及用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪系统及方法。

背景技术

二维弹道修正引信上侧面安装的单天线接收卫星信号时，受短时间弹体遮挡影响，接收到的高动态微弱卫星信号，具有非连续、幅值变化大、易失锁的特征，传统标量跟踪环路在卫星信号跟踪过程中易失锁。

现有的解决方案是将全向天线安装在引信前端，当弹体带动引信旋转时，全向天线由于其全向特性，不会受到弹体遮挡和旋转多普勒干扰，传统标量跟踪环路即可实现卫星信号稳定跟踪。而利用安装在引信圆柱部位侧面的单天线接收卫星信号，具有天线体积小、成本低和结构简单的优势，且能够实现基于卫星信号滚转姿态测量功能，有必要研究该安装方式下的导航测速功能。但是利用侧面单天线接收卫星信号时，会受到弹体遮挡，且会调制旋转多普勒频率，利用传统标量跟踪环路在卫星信号跟踪过程中易失锁，且目前无相关方案解决该问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪系统及方法，能够解决二维弹道修正引信上天线受短时间遮挡下的高动态环境下，传统标量跟踪环路在卫星信号跟踪过程中易失锁的问题。利用本发明，可以实现卫星信号稳定精确跟踪。

为达到上述目的，本发明用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪系统的技术方案为：该系统包括矢量跟踪卡尔曼滤波器、锁相环/锁频环滤波器、载波/码NCO、相关器、载波/码相位鉴别器以及失锁判别器。

载波/码NCO根据所选择滤波器对卫星信号的跟踪结果生成本地载波和码信号，送入相关器。

相关器接收卫星信号输入，相关器将卫星信号与本地载波和码信号进行相关运算，相关运算结果得到I、Q值，以上I、Q值输入到载波/码相位鉴别器。

载波/码相位鉴别器利用I、Q值计算得到载波鉴频误差ω

失锁判别器判断环路是否失锁，并对实际使用的滤波器类型进行选择，若已失锁，则选择矢量跟踪卡尔曼滤波器，若未失锁，则选择锁相环/锁频环滤波器。

矢量跟踪卡尔曼滤波器结合实时更新的导航信息辅助状态量对卫星信号进行矢量跟踪。

锁相环/锁频环滤波器为标量跟踪环路，用于对卫星信号进行标量跟踪。

进一步地，相关器接收卫星信号输入，相关器将卫星信号与本地载波和码信号进行相关运算，相关运算结果得到I、Q值，其中I、Q值，包括即时相关支路I、Q值I

进一步地，失锁判别器的工作流程是：

首先利用I、Q值计算载噪比，将载噪比小于38dB·Hz作为失锁前提条件。

其次，对跟踪环路工作时段1s内的鉴频误差ω

最后，以载噪比大于40dB·Hz的通道平均频率为基准频率，检测本地信号多普勒频率与基准频率之间误差，即为多普勒频率偏移。

鉴频误差的失锁条件是在1s内均方差大于300Hz，鉴相误差的失锁条件是在1s内均方差大于60°，多普勒频率偏移的失锁条件是大于300Hz。

则在满足失锁前提条件的情况下，当鉴频误差、鉴相误差和多普勒频率偏移这三个失锁条件满足两个及以上时，则判断环路失锁，否则为未失锁。

本发明另外一个实施例还提供了用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪方法，包括如下步骤：

步骤1：接收卫星信号输入，将卫星信号与本地载波和码信号进行相关运算，相关运算结果得到I、Q值；

步骤2：利用I、Q值进行载波/码相位鉴别，得到载波鉴频误差ω

步骤3：判断环路是否失锁，并对实际使用的滤波器类型进行选择，若已失锁，则选择矢量跟踪卡尔曼滤波器进入步骤4，若未失锁，则选择锁相环/锁频环滤波器进入步骤5；

步骤4：矢量跟踪卡尔曼滤波器结合实时更新的导航信息辅助状态量对卫星信号进行矢量跟踪，根据矢量跟踪结果调整本地载波和码信号，返回步骤1；

步骤5：锁相环/锁频环滤波器为标量跟踪环路，用于对卫星信号进行标量跟踪，根据标量跟踪结果调整本地载波和码信号，返回步骤1。

进一步地，将卫星信号与本地载波和码信号进行相关运算，相关运算结果得到I、Q值，其中I、Q值，包括即时相关支路I、Q值I

进一步地，步骤3中，具体包括如下步骤：

首先利用I、Q值计算载噪比，将载噪比小于38dB·Hz作为失锁前提条件；

其次，对跟踪环路工作时段1s内的鉴频误差ω

最后，以载噪比大于40dB·Hz的通道平均频率为基准频率，检测本地信号多普勒频率与基准频率之间误差，即为多普勒频率偏移；

鉴频误差的失锁条件是在1s内均方差大于300Hz，鉴相误差的失锁条件是在1s内均方差大于60°，多普勒频率偏移的失锁条件是大于300Hz；

则在满足失锁前提条件的情况下，当鉴频误差、鉴相误差和多普勒频率偏移这三个失锁条件满足两个及以上时，则判断环路失锁，否则为未失锁。

有益效果：

1；本发明设计了一种用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪方法，可用于跟踪高动态微弱卫星信号。本发明可以在较低计算量的基础上，提升高动态弱信号条件下的卫星信号跟踪稳定性和跟踪精度，为卫星信号导航和定位提供稳定的载波/码频率和相位信息。

2：本发明在信号强度高，环路健康未失锁状态下，标量跟踪具有计算量小，跟踪反应快的好处，当信号强度弱，跟踪环路已失锁状态下，矢量跟踪滤波器发挥作用，辅助标量环路进行卫星信号跟踪。该方法将弹丸运动信息与卫星信号间的相关特性引入矢量跟踪环路，并通过矢量辅助标量滤波器对所有卫星跟踪通道进行联合辅助跟踪，在码或载波标量跟踪环路失效时，实施辅助以提高环路的动态性，提高非连续快变卫星信号的跟踪精度及可靠性。标量跟踪环路具有计算量少，实现简单和响应速度快等优点，但在跟踪旋转非连续卫星信号时存在易失锁，精度低等缺陷。本发明通过将标量与矢量跟踪相结合的方法，解决单天线旋转接收卫星信号的跟踪易丢星、易失锁问题，同时矢量跟踪滤波器只在标量跟踪环路即将失锁时刻工作，降低了计算复杂度。

附图说明

图1为本发明提供的用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪系统组成框图；

图2为失锁判别器示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本发明设计了一种用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪系统，其包含以下部件：矢量跟踪卡尔曼滤波器1、锁相环/锁频环滤波器2、载波/码NCO3、相关器4、载波/码相位鉴别器5、失锁判别器6。

载波/码NCO3根据所选择滤波器对卫星信号的跟踪结果生成本地载波和码信号，送入相关器4；

相关器4接收卫星信号输入，相关器4将卫星信号与本地载波和码信号进行相关运算，相关运算结果得到I、Q值，以上I、Q值输入到载波/码相位鉴别器5；

载波/码相位鉴别器5利用I、Q值计算得到载波鉴频误差ω

失锁判别器6判断环路是否失锁，并对实际使用的滤波器类型进行选择，若已失锁，则选择矢量跟踪卡尔曼滤波器1，若未失锁，则选择锁相环/锁频环滤波器2。

矢量跟踪卡尔曼滤波器1结合实时更新的导航信息辅助状态量对卫星信号进行矢量跟踪；

锁相环/锁频环滤波器2为标量跟踪环路，用于对卫星信号进行标量跟踪。

卫星信号输入到跟踪环路中，与本地载波/码NCO3生成的本地载波和码信号在相关器4中进行相关运算，相关运算结果得到I、Q值，其中I、Q值，包括即时相关支路I、Q值I

失锁判别器6的工作流程是，首先利用I、Q值计算载噪比，由于载噪比相比于信号幅值，更能精确表征信号相对于噪声的强度，当载噪比小于38dB·Hz时几乎无法将卫星信号从噪声中区分出来，将载噪比小于38dB·Hz作为失锁前提条件。其次，对跟踪环路工作时段1s内的鉴频误差ω

实施例2

基于以上原理，本发明另外一个实施例还提供了一种用于二维弹道修正引信的抗卫星信号失锁跟踪方法，其步骤具体为：

步骤1：接收卫星信号输入，将卫星信号与本地载波和码信号进行相关运算，相关运算结果得到I、Q值；其中I、Q值，包括即时相关支路I、Q值I

步骤2：利用I、Q值进行载波/码相位鉴别，得到载波鉴频误差ω

步骤3：判断环路是否失锁，并对实际使用的滤波器类型进行选择，若已失锁，则选择矢量跟踪卡尔曼滤波器(1)进入步骤4，若未失锁，则选择锁相环/锁频环滤波器(2)进入步骤5。

判断失锁的过程具体为：

首先利用I、Q值计算载噪比，将载噪比小于38dB·Hz作为失锁前提条件；

其次，对跟踪环路工作时段1s内的鉴频误差ω

最后，以载噪比大于40dB·Hz的通道平均频率为基准频率，检测本地信号多普勒频率与基准频率之间误差，即为多普勒频率偏移；

鉴频误差的失锁条件是在1s内均方差大于300Hz，鉴相误差的失锁条件是在1s内均方差大于60°，多普勒频率偏移的失锁条件是大于300Hz；

则在满足失锁前提条件的情况下，当鉴频误差、鉴相误差和多普勒频率偏移这三个失锁条件满足两个及以上时，则判断环路失锁，否则为未失锁。

步骤4：矢量跟踪卡尔曼滤波器(1)结合实时更新的导航信息辅助状态量对卫星信号进行矢量跟踪，根据矢量跟踪结果调整本地载波和码信号，返回步骤1；

步骤5：锁相环/锁频环滤波器(2)为标量跟踪环路，用于对卫星信号进行标量跟踪，根据标量跟踪结果调整本地载波和码信号，返回步骤1。

本发明在信号强度高，环路健康未失锁状态下，标量跟踪具有计算量小，跟踪反应快的好处，当信号强度弱，跟踪环路已失锁状态下，矢量跟踪滤波器发挥作用，辅助标量环路进行卫星信号跟踪。该方法将弹丸运动信息与卫星信号间的相关特性引入矢量跟踪环路，并通过矢量辅助标量滤波器对所有卫星跟踪通道进行联合辅助跟踪，在码或载波标量跟踪环路失效时，实施辅助以提高环路的动态性，提高非连续快变卫星信号的跟踪精度及可靠性。

标量跟踪环路具有计算量少，实现简单和响应速度快等优点，但在跟踪旋转非连续卫星信号时存在易失锁，精度低等缺陷。本发明通过将标量与矢量跟踪相结合的方法，解决单天线旋转接收卫星信号的跟踪易丢星、易失锁问题，同时矢量跟踪滤波器只在标量跟踪环路即将失锁时刻工作，降低了计算复杂度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。