一种卫星导航半周跳变抑制装置的制作方法

本发明涉及一种高精度卫星导航接收机，特别是一种卫星导航半周跳变抑制装置。

背景技术：

载波环短暂失锁，导致整周计数发生错误的现象称为周跳，引起周跳的原因可分为两类：接收信号变化和接收机故障。接收信号变化主要包括卫星信号中断、接收信号功率降低、多径信号的影响等；接收机发生故障时也可能引发周跳，如晶振不稳定，环路参数设置不合理等。此外，接收机受外部信号干扰时也可能发生周跳。对于卫星导航接收机而言，可以通过使用载波相位整周模糊度估计方法，其估计精度远高于半周模糊度估计，能检测出载波相位的整周跳变，然而无法检测出载波相位的半周跳变。半周跳变会导致数据的反向，导致解算出错。因此，检测和抑制半周跳变是高精度卫星导航接收机的关键所在。

现有的半周跳变的检测方法，都是在半周跳变产生之后做出检测并校正，具有一定的时间滞后性。相比而言，抑制半周跳变是降低半周跳变发生的几率。目前，抑制半周跳变的主要方法是通过改变环路参数设置。例如，可以通过将环路滤波器的阶数降低，利用二阶环或者一阶环稳定环路进行跟踪。然而，低阶环路在高动态环境下不能对卫星导航信号进行很好的跟踪。并且，在发生外部干扰和电磁杂波干扰的情况，一阶和二阶环路依然无法避免半周跳变的发生。因此，比较常见的方法，是通过对环路滤波器的输入做限幅处理，让环路在外界干扰或者电路杂波干扰的情况下不发生半周跳变。目前限幅方法多数用于瞬时的环路输入。发明专利“一种基于相位误差限幅处理的载波相位周跳抑制方法”(公开号：CN105717526)采用了瞬时幅度限制和累积幅度限制的方式。然而，此方法的瞬时限幅函数非连续，并且累加限幅函数也是具有一定的间断性，在实际应用系统中具有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种卫星导航半周跳变抑制装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种卫星导航半周跳变抑制装置，包括：

天线：用于接收所需频点的射频信号；

射频模块：用于将所需频点的射频信号下变频到中频信号；

捕获模块：用于捕获所述中频信号的基带信号；

跟踪模块：用于跟踪锁定所述基带信号；

鉴相器：用于对跟踪模块输出的信号的载波相位进行鉴相；

瞬时限幅器：用于对鉴相器输出的信号做瞬时限幅处理；

环形累加限幅器：用于对瞬时限幅处理后的结果进行累加限幅处理；

环路滤波器：用于对累加限幅处理后的数据进行滤波，然后将滤波结果

送入到所述跟踪模块，继续下一次跟踪检测和处理，同时，环形累加限

幅器的累加值送入瞬时限幅器，以便瞬时限幅器做限幅值的设定。

所述瞬时限幅值的限幅函数为：

条件1：

|x(k)|＜X_L1或者(x(k)＜X_L2and c(k)≤-C_L2)或者x(k)＜-X_L2且c(k)≥C_L2)；

条件2：x(k)＞X_L1且c(k)＞-C_L2；

条件3：x(k)＜-X_L1且c(k)＜C_L2；

条件4：x(k)≥X_L2且c(k)≤-C_L2；

条件5：x(k)≤-X_L2且c(k)≥C_L2；

其中，x(k)表示鉴相器在第k时刻的输出信号，也是瞬时限幅器在k时刻的输入信号；y(k)表示瞬时限幅器在k时刻的输出信号；c(k)表示累加限幅器的累加值，即X_L1为瞬时限幅器的第一层限幅值，X_L2为瞬时限幅器的第二层限幅值，C_L1是环形累加限幅器的累加值门限；C_L2是输入到瞬时限幅器中的环形累加限幅器条件门限值。

所述环形累加寄存器的长度设置为一个电文数据时间宽度(GPS信号的电文数据时间宽度为20ms，北斗非GEO星的电文数据时间宽度为20ms，GLONASS信号的电文数据时间宽度为10ms)除以鉴相器的输入时间宽度。

环形累加限幅器的限幅函数为：

其中，z(k)为环形累加限幅器的输出；当环形累加限幅器的累加值的绝对值超过C_L1时，环形累加限幅器的限幅值设置为z(k)＝y(k)-(c(k)-C_L1)，同时将环形累加限幅器的累加值c(k)更新为c(k)＝c(k)-y(k)+z(k)送给瞬时限幅器。

所述瞬时限幅器的第一层限幅值设置为X_L1＝π/6，环形累加限幅器的累加值门限设置为C_L1＝π/2；当环形累加限幅器的累加值超过C_L2＝π/3的时候，设置瞬时限幅器的第二层限幅值X_L2＝π/4。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明利用滑动窗口的机制，设置环形寄存器，利用瞬时限幅器和累加限幅器相互配合的方式，从而达到半周跳变抑制的目的，本发明的方法通用性强，容易实现。

附图说明

图1为本发明装置结构框图；

图2为本发明基于环形累加限幅器的半周跳变统计图；

图3为本发明基于瞬时限幅器的半周跳变统计图；

图4为本发明无限幅器的半周跳变统计图。

具体实施方式

如图1所示。其中，各个模块的功能和整体实现流程如下：

步骤1：通过射频通道分别将所需频点的射频信号下变频到中频信号；

步骤2：中频信号经过捕获模块进行下变频成，并且被捕获；

步骤3：捕获的基带信号经过跟踪模块被跟踪锁定；

步骤4：跟踪锁定的基带信号进入鉴相器，对信号的载波相位进行鉴相；

步骤5：鉴相结果送入瞬时限幅器做瞬时限幅处理；

步骤6：瞬时限幅的结果送入环形累加限幅器进行累加限幅处理；

步骤7：累加限幅后的数据送入环路滤波器滤波，滤波器的结果送入到跟踪模块，继续下一次跟踪检测和处理。与此同时，累加限幅器的累加值送入瞬时限幅器，以便瞬时限幅器做限幅值的设定。

本发明提出的半周跳变抑制的原理和具体实现过程包括：

1、判断信号是否被跟踪锁定，如果信号锁定，才进行限幅处理，否则不进行限幅处理；

通过利用锁定标志位进行信号跟踪锁定状态检测。

2、瞬时限幅器结构。

瞬时限幅器对鉴相器的结果进行限幅处理，同时瞬时限幅值又受到累加限幅值的影响。

其中，x(k)表示鉴相器在第k时刻的输出信号，也是瞬时限幅器在k时刻的输入信号；y(k)表示瞬时限幅器在k时刻的输出信号；c(k)表示累加限幅器的累加值，即与传统的限幅器不同，本发明实行了两级限幅，并且瞬时限幅器的输出与累加限幅器的累加值相关。

3、环形累加限幅器结构。

利用滑动窗口的机制，设置环形寄存器，将瞬时限幅输出的信号进行累加限幅判断，进而输出经过累加限幅器之后的值。环形累加寄存器的长度设置为一个电文数据时间宽度除以鉴相器的输入时间宽度，即N_c＝T_d/T_p。以北斗导航的MEO星的B1频点为例，一个电文的数据时间宽度为20ms，假设鉴相器输入为4ms的积分累积值，那么环形累加寄存器的长度为其中，z(k)为累加限幅器的输出。当累加限幅器的累加值的绝对值超过C_L1时，累加限幅器的限幅值设置为z(k)＝y(k)-(c(k)-C_L1)，同时将累加限幅器的累加值c(k)更新为c(k)＝c(k)-y(k)+z(k)送给瞬时限幅器。

4、瞬时限幅器和环形累加限幅器的参数设置

此瞬时限幅器和环形累加限幅器的参数较多，并且相互影响，因此需要进行设置。首先考虑信号的瞬时限幅，考虑到信号锁定以后，不会出现大的信号相位波动，通过大规模数据实验发现，以下参数设置最符合实际要求，将瞬时限幅器的第一层限幅值设置为X_L1＝π/6，累加限幅器的累加值门限设置为C_L1＝π/2。当累加限幅器的累加值超过C_L2＝π/3的时候，设置瞬时限幅器的第二层限幅值X_L2＝π/4。其基本原因为，当累加限幅器的累加值过大之后，如果下一个时刻的瞬时限幅器的值与从环形累加限幅器反馈的累加值不同符号时，应当放宽瞬时限幅器的限幅值。

5、半周跳变统计分析

图2、3、4分别表示，基于本发明的环形累加限幅器，基于瞬时限幅器，和无限幅器的半周跳变统计分析图。从图中可以发现，本发明的环形累加限幅器能够有效地抑制半周跳变，并且使得信号一直处于跟踪锁定状态，而瞬时限幅器对于半周跳变的抑制并不明显，无限幅器的情况下信号甚至容易发生失锁。