一種適用于擴頻體制通信測控系統下的遠程高精度測距方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線數據鏈領域，涉及一種相關數據鏈的高精度無線電導航定位方 法，尤其是一種擴頻體制通信測控系統的遠程高精度測距方法。
【背景技術】
[0002] 無線通信中，由于信號傳輸環境復雜多變，需要多種導航定位方法保證系統可靠 運行。無線電導航定位作為GPS等衛星定位信號失靈時的一種備用導航模式，應用范圍非 常廣泛，而高精度測距是保障無線電導航定位的必要手段。目前測控系統中測距方法主要 有側音測距及偽碼測距。
[0003] 側音測距是利用正弦信號經過往返距離所對應的相位變化進行距離測量。其中低 側音保證測距距離，高側音保證測距精度。但在距離增大時，純側音測距系統由于設備復 雜、抗干擾能力差等特點，很難實現遠距離測量。
[0004] 如圖1所示，偽碼測距在擴頻體制通信測控系統中雖然具有實現方便、靈活、抗干 擾能力強等特點，但由于普通偽碼測距的測量距離取決于偽碼長度，測距精度受限于時鐘 速率，因此在要求中遠程測距就要求偽碼盡可能長，這與通信測控系統要求快速捕獲與跟 蹤形成矛盾；同時測距精度也受限于系統的時鐘頻率。
[0005] 因此，如何保證遠程通信測控系統的快速捕獲與跟蹤性能，既不大幅度提高系統 復雜度(系統時鐘頻率提高會提高系統復雜度)，又能保證遠程距離測量的高精度，成為亟 待解決的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明公開了一種適用于擴頻體制通信測控系統下的遠程高精度測距方法，旨在 提供一種適用于遠程通信測控系統下的高精度測距方法，通過對上一時刻測量值與當前時 刻估算值進行濾波運算，最終達到高精度測距的目的。
[0007] 本發明采用如下的技術方案：
[0008] 本方法分下述幾步進行：
[0009] 1)采集數據：
[0010] 接收端機通過AD采樣器量化接收擴頻信號，通過相關器進行解擴，提取信號作為 測距與通信解算模塊的輸入；
[0011] 如圖3所示，接收端機通過AD采樣器量化接收擴頻信號，通過相關器進行解擴，把 隱沒于噪聲下的有用信號提取出來，作為測距與通信解算模塊的輸入。相關器設計過程中， 偽隨機碼越長，捕獲時間越長，在碼片速率受限的系統中，普通偽碼測距實現遠程高精度測 距所帶來的時間開銷和系統復雜度是不可忍受的。因此，普通的偽碼測距方法測量距離受 限于偽碼長度，測距精度受限于碼片速率與系統時鐘。
[0012] 2)分析數據：
[0013] 對被測量對象的運動建立動態模型，并將最優估計方法應用于動態模型，對測距 誤差進行濾波估計處理；
[0014] 分析上述運算過程，我們發現系統的同步誤差與測距誤差是該方法的關鍵量，遠 程高精度測距的過程即是減少這兩個量的過程；由此，我們可以創造性地應用擴頻嗎同步 +卡爾曼濾波的方法，也即對被測量對象的運動建立動態模型，并將最優估計方法應用于動 態模型，對測距誤差進行濾波估計處理，就可以有效減小誤差，提高測距精度；
[0015] 3)建立模型：
[0016] 以測量者為基準點，被測對象與測量者之間的距離作為被測對象在坐標系中的坐 標值，建立系統模型；
[0017] 偽碼測距方法的測量值是基于實時測量的測距值，即某一時刻被測對象與測量者 之間的距離變化情況；故此可以等效建立一維坐標系，即以測量者為基準點，被測對象與測 量者之間的距離為被測對象在該坐標系中的坐標值，狀態方程為：
【主權項】
1. 一種適用于擴頻體制通信測控系統下的遠程高精度測距方法，包括： 1)采集數據：接收端機通過AD采樣器量化接收擴頻信號，通過相關器進行解擴，提取 信號作為測距與通信解算模塊的輸入； 2 )分析數據：對被測量對象的運動建立動態模型，并將最優估計方法應用于動態模型， 對測距誤差進行濾波估計處理； 3) 建立模型：以測量者為基準點，被測對象與測量者之間的距離作為被測對象在坐標 系中的坐標值，建立系統模型； 4) 卡爾曼濾波：設定系統參數和初始數值，進行卡爾曼濾波； 5) 輸出數據：通過上述步驟，對測距誤差實時進行濾波估計與矯正，逐步減小測距誤 差，輸出測距數據。
2. 根據權利要求1所述的適用于擴頻體制通信測控系統下的遠程高精度測距方法，其 特征在于，步驟3)建立模型中，所述系統模型的狀態方程為：
其中x(t)為距離值，i：⑴為距離的一次變率，幻X)為距離的二次變率，為距離 的三次變率，為當前加速度的均值，τ為時間常數，co(t)為高斯白噪聲。
3. 根據權利要求1所述的適用于擴頻體制通信測控系統下的遠程高精度測距方法，其 特征在于，步驟4)卡爾曼濾波中的更新方程：
其中，Xi為i時刻的被估計狀態，為ti-Ι時刻至ti時刻的一步轉移矩陣； 為系統噪聲驅動陣；Hi為量測陣A為量測噪聲序列；Wg為系統激勵噪聲序列，{ui}與 {Yi}已知的確定性輸入序列。
【專利摘要】本發明公開一種適用于擴頻體制通信測控系統下的遠程高精度測距方法。采用的技術方案是：1）采集數據，2）分析數據，3）建立模型，4）卡爾曼濾波，5)輸出數據；由于本發明采用了優化的卡爾曼濾波方法，創新性地應用于遠程測距系統，充分利用了卡爾曼濾波的預測估計特性，從而使測距系統的精度提高了一個數量級，因而也解決了遠程測距方法系統復雜精度不高的問題，取得了良好的效果。本發明具有不增加系統復雜度，易于系統集成，易于軟件實現的特點。主要應用于無線數據鏈領域。
【IPC分類】H04W64-00, G01S11-08
【公開號】CN104678382
【申請號】CN201310636701
【發明人】李中嶺, 李云涌, 李永翔
【申請人】中國航天科工集團第三研究院第八三五七研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月29日