一種gnss衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法，針對GNSS系統(tǒng)BOC信號相關(guān)函數(shù)副峰消除，實現(xiàn)信號無模糊跟蹤的方法。本發(fā)明利用BOC調(diào)制信號相關(guān)函數(shù)副峰的出現(xiàn)，是由于BOC調(diào)制信號的產(chǎn)生過程中引入了子載波的緣故，對接收的BOC信號和本地BOC信號加以改造，使二者逼近無子載波調(diào)制的BPSK調(diào)制信號，以較低的復(fù)雜度得到和BPSK調(diào)制信號一樣具有單峰的相關(guān)函數(shù)，從而消除后續(xù)捕獲過程和跟蹤環(huán)路的模糊性，實現(xiàn)信號無模糊跟蹤的目的。
【專利說明】一種GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigation Satellite System, GNSS),具體涉及一種GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法，針對二進(jìn)制偏移載波調(diào)制(BOC)信號，實現(xiàn)信號的無模糊跟蹤。
【背景技術(shù)】
[0002]全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)是全球的位置與時間測定系統(tǒng)，由于能夠提供高精度、全球化、全天候的導(dǎo)航服務(wù)，因此在民用和軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代GNSS的快速發(fā)展，美國現(xiàn)代GPS系統(tǒng)，歐洲的Galileo系統(tǒng)等都采用了新型衛(wèi)星導(dǎo)航信號，如高階BOC (kn, η)信號(k≤2)，MB0C，AltBOC等。和傳統(tǒng)BPSK調(diào)制的衛(wèi)星導(dǎo)航信號相比，二進(jìn)制偏移載波(BOC)調(diào)制技術(shù)能夠使信號能量集中分布在頻帶邊緣，充分利用頻帶資源，避免信號之間的頻譜混疊導(dǎo)致的相互干擾。此外，BOC信號的相關(guān)函數(shù)具有更窄的主峰，因此具有更好的抗多徑性能，從而提升衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收機的高精度測量性能。
[0003]與此同時，也帶來了一個問題:信號跟蹤的模糊性。BOC信號的相關(guān)函數(shù)雖然具有更窄的主峰，但還有多個副峰(附圖2)，這一方面增加了假捕概率，另一方面，使得跟蹤環(huán)路的鑒相曲線出現(xiàn)多個錯鎖點(附圖3)，導(dǎo)致跟蹤環(huán)路錯鎖在副峰而不是主峰的概率增加，使導(dǎo)航接收機出現(xiàn)漏檢和誤檢問題。
[0004]目前國內(nèi)、外用于GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號，消除相關(guān)函數(shù)副峰，實現(xiàn)無模糊跟蹤的方法，主要有高分辨率相關(guān)(High Rate Correlation)法、子載波消除(Sub-carrierCancellation)法、偽相關(guān)函數(shù)(Pseudo Correlation Function)法。高分辨率相關(guān)(HRC)法最初的設(shè)計是解決C/A碼的多徑問題，將其用于BOC信號相關(guān)函數(shù)副峰的抑制，雖不能徹底消除副峰，但可以使主峰寬`度更窄，副峰變得更小且遠(yuǎn)離主峰。該方法需要更寬的前端濾波器帶寬，要求更高的采樣率。因此，需要消耗更高的接收機功率。BOC調(diào)制信號與C/A碼的區(qū)別在于前者有子載波，需要額外估計子載波的相位。子載波消除法就是基于這點出發(fā)，利用估計載波的方法來估計子載波，從而消除相關(guān)性。該方法得到的自相關(guān)函數(shù)具有較好的單峰性，但其需要大量的相關(guān)器，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。偽相關(guān)函數(shù)(PFC)法的基本思想是:在本地采用兩個特別設(shè)計的信號與接收的BOC信號相關(guān)，然后再經(jīng)過非線性處理，獲得無模糊相關(guān)函數(shù)，即偽相關(guān)函數(shù)。偽相關(guān)函數(shù)法得到的相關(guān)函數(shù)能量有損失，容易造成漏檢。此外，對于高階BOC信號，為了構(gòu)造本地信號，需要更高的采樣率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法，解決BOC調(diào)制信號相關(guān)函數(shù)有多個副峰，對接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行捕獲、跟蹤時容易產(chǎn)生誤檢和漏檢的問題。
[0007]技術(shù)方案[0008]一種GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法，其特征在于步驟如下:
[0009]步驟1:將接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號和本地載波相乘，進(jìn)行載波剝離，然后經(jīng)過二次混頻，得到中頻輸入信號；
[0010]步驟2:將中頻輸入信號進(jìn)行離散傅立葉變換，得到頻域接收BOC信號re_b0C_fft ；
[0011]將本地偽隨機碼PRN信號進(jìn)行子載波調(diào)制生成本地BOC調(diào)制信號，然后對生成的BOC調(diào)制信號進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，得到頻域本地BOC信號，取復(fù)共軛后得到信號local—boc_cfft ；
[0012]步驟3:將步驟2中產(chǎn)生本地BOC調(diào)制信號時，所用的子載波參數(shù)作為基本子載波bas_sub_carrier,再根據(jù)周期對基本子載波bas_sub_carrier進(jìn)行周期擴展,然后按照采樣頻率進(jìn)行采樣，得到采樣后的本地子載波信號baS_boC_Samp ；
[0013]步驟4:將采樣后的基本子載波信號bas_b0C_samp進(jìn)行數(shù)據(jù)補零，再進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，將變換得到的信號先取模，再取倒數(shù)，得到信號bas_b0C_inv ；
[0014]將得到的采樣后的本地子載波信號baS_boC_Samp中，采樣點值為_1的改為1，得到信號targ_ca ;再將信號targ_ca中與時長相對應(yīng)的采樣點值保留，其余值置為0，得到本地目標(biāo)信號targ_ca’ ；所述為目標(biāo)BPSK調(diào)制信號相關(guān)峰間距；
[0015]對本地目標(biāo)信號targ_ca’進(jìn)行數(shù)據(jù)補零后，進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，將變換得到的信號取模后得到信號targ_ca” ；
[0016]步驟5:將步驟4得到的信號bas_boc_inv和信號targ_ca”相乘后得到fil_boc,再分別與步驟2得到的re_boc_fft信號和local_boc_cfft信號相乘,分別得到信號re_boc_sig和local_boc_sig ;對二者相乘后得到的信號comp_boc_sig進(jìn)行離散傅立葉反變換IDFT后,得到無模糊單峰相關(guān)函數(shù)unam_boc_corr ；
[0017]步驟6:將無模糊單峰相關(guān)函數(shù)unam_boc_corr進(jìn)行捕獲門限判決，信號幅度超過預(yù)設(shè)的門限，說明成功捕獲到信號；否則，重復(fù)上述過程對接收信號進(jìn)行處理，直至捕獲全部衛(wèi)星信號。
[0018]所述捕獲門限的選取采用文獻(xiàn)[謝鋼.GPS原理和接收機設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社，2011:258-362]中所提供的方法。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的一種GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法，針對GNSS系統(tǒng)BOC信號相關(guān)函數(shù)副峰消除，實現(xiàn)信號無模糊跟蹤的方法。本發(fā)明利用BOC調(diào)制信號相關(guān)函數(shù)副峰的出現(xiàn)，是由于BOC調(diào)制信號的產(chǎn)生過程中引入了子載波的緣故，對接收的BOC信號和本地BOC信號加以改造，使二者逼近無子載波調(diào)制的BPSK調(diào)制信號，以較低的復(fù)雜度得到和BPSK調(diào)制信號一樣具有單峰的相關(guān)函數(shù)，從而消除后續(xù)捕獲過程和跟蹤環(huán)路的模糊性，實現(xiàn)信號無模糊跟蹤的目的。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0022](I)應(yīng)用本發(fā)明提出的一種GNSS導(dǎo)航信號無模糊跟蹤方法，能夠消除BOC調(diào)制信號相關(guān)函數(shù)多峰值特性，避免了多峰值特性給GNSS接收機捕獲BOC信號時產(chǎn)生的誤檢和漏檢問題。
[0023](2)本發(fā)明方法相關(guān)運算量小，且最終得到的單峰相關(guān)函數(shù)的能量沒有所失。[0024](3)本發(fā)明方法不僅適用于正弦BOC調(diào)制信號，也適用于余弦BOC調(diào)制信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1:為本發(fā)明方法的總流程示意圖；
[0026]圖2:為GNSS導(dǎo)航信號BOC(15，10)相關(guān)函數(shù)多峰示意圖；
[0027]圖3:為GNSS導(dǎo)航信號跟蹤環(huán)路鑒相曲線錯鎖點示意圖；
[0028]圖4:為BOC(10, 5) /[目號使用傳統(tǒng)相關(guān)得到的相關(guān)函數(shù)圖；
[0029]圖5:為BOCdO, 5)信號使用本發(fā)明方法得到的相關(guān)函數(shù)圖；
[0030]圖6為B0C(10，5)調(diào)制信號使用本發(fā)明方法，得到的相關(guān)函數(shù)隨碼片寬度Td的變化圖。
【具體實施方式】
[0031]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0032]本發(fā)明實施例一種GNSS導(dǎo)航信號無模糊跟蹤方法，如圖1所示，包括以下幾個步驟:
[0033]步驟一:將接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號和本地載波相乘，進(jìn)行載波剝離(即信號解調(diào))，然后經(jīng)過二次混頻，得到中頻輸入信號；
[0034]步驟二:將步驟一得到的中頻輸入信號進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，得到頻域接收BOC 信號 re_boc_fft ；`
[0035]對于B0C(m，η)調(diào)制信號，擴頻碼速率為f。= IiXftl，子載波頻率為fsb = mXf0,f0=1.023MHz。每個擴頻碼碼片包含k = 2 Xm/n個子載波半周期，BOC調(diào)制碼每1/2子載波周期碼片的采樣點數(shù)為Nsb = fjfjl。若對t毫秒數(shù)據(jù)進(jìn)行積分累加，則數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT變換點數(shù)Ndft = NsbXkXtXmX 1023。以 B0C(1，I)為例，采樣率取 fs= 10X L 023MHz 時，1/2 周期BOC調(diào)制碼碼片的采樣點數(shù)為Ns = fjfj2 = 10X 1.023/1.023/2 = 5，對I毫秒接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，k = 2X1/1 = 2，t = I，則數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT變換的點數(shù)為Ndft = 5X2X1X1X1023=10230。
[0036]將本地偽隨機碼PRN信號進(jìn)行子載波調(diào)制生成本地BOC調(diào)制信號，然后對生成的BOC調(diào)制信號進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，得到頻域本地BOC信號，取復(fù)共軛后得到信號local—boc_cfft ；
[0037]產(chǎn)生的本地BOC調(diào)制信號進(jìn)行離散傅立葉變換DFT的點數(shù)和DFT變換的點數(shù)Ndft相同。
[0038]步驟三:根據(jù)步驟二中產(chǎn)生本地BOC調(diào)制信號時，所用的子載波參數(shù)為基本子載波bas_sub_carrier。再根據(jù)周期T。對bas_sub_carrier進(jìn)行周期擴展,然后按照采樣頻率fs進(jìn)行采樣，得到采樣后的本地子載波信號bas_boc_samp ；
[0039]BOC (m，η)調(diào)制信號分為正弦BOC調(diào)制信號和余弦BOC調(diào)制信號，定義為:
[0040]
V ) _ I BOCs(t) = 57g/i[sin(iTTf'j)]，止弦-f 載波
\BOCc{t) = sign[cos(27rf]ht)]，佘弦子載波[0041]每個擴頻碼碼片包含k = 2Xm/n個子載波半周期，k可以為偶數(shù)，也可以為奇數(shù)。正弦BOC調(diào)制信號BOCs⑴和余弦BOC調(diào)制信號BOCc⑴在k為偶數(shù)和奇數(shù)時，分別對應(yīng)
不同的基本子載波碼片，即:
【權(quán)利要求】
1.一種GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的無模糊跟蹤方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:將接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號和本地載波相乘，進(jìn)行載波剝離，然后經(jīng)過二次混頻，得到中頻輸入信號； 步驟2:將中頻輸入信號進(jìn)行離散傅立葉變換，得到頻域接收BOC信號re_b0C_fft ； 將本地偽隨機碼PRN信號進(jìn)行子載波調(diào)制生成本地BOC調(diào)制信號，然后對生成的BOC調(diào)制信號進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，得到頻域本地BOC信號，取復(fù)共軛后得到信號local_boc_cfft ； 步驟3:將步驟2中產(chǎn)生本地BOC調(diào)制信號時，所用的子載波參數(shù)作為基本子載波bas_sub_carrier,再根據(jù)周期T。對基本子載波bas_sub_carrier進(jìn)行周期擴展,然后按照采樣頻率fs進(jìn)行采樣，得到采樣后的本地子載波信號baS_boC_Samp ； 步驟4:將采樣后的基本子載波信號bas_b0C_samp進(jìn)行數(shù)據(jù)補零，再進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，將變換得到的信號先取模，再取倒數(shù)，得到信號bas_b0C_inv ； 將得到的采樣后的本地子載波信號bas_b0C_samp中，采樣點值為_1的改為1，得到信號targ_ca ;再將信號targ_ca中與Td時長相對應(yīng)的采樣點值保留，其余值置為0，得到本地目標(biāo)信號targ_ca’ ；所述Td為目標(biāo)BPSK調(diào)制信號相關(guān)峰間距Td ； 對本地目標(biāo)信號targ_ca’進(jìn)行數(shù)據(jù)補零后，進(jìn)行離散傅立葉變換DFT，將變換得到的信號取模后得到信號targ_ca” ； 步驟5:將步驟4得到的信號bas_boc_inv和信號targ_ca”相乘后得到fil_boc,再分別與步驟2得到的re_boc_fft信號和local_boc_cfft信號相乘,分別得到信號re_boc_sig和local_boc_sig ;對二者相乘后得到的信號comp_boc_sig進(jìn)行離散傅立葉反變換IDFT后,得到無模糊單峰相關(guān)函數(shù)unam_boc_corr ； 步驟6:將無模糊單峰相關(guān)函數(shù)unam_boC_Corr進(jìn)行捕獲門限判決，信號幅度超過預(yù)設(shè)的門限，說明成功捕獲到信號；否則，重復(fù)上述過程對接收信號進(jìn)行處理，直至捕獲全部衛(wèi)星信號。
【文檔編號】G01S19/29GK103760578SQ201410015441
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】趙亮, 翟建勇 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所