本发明涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种基于dft(discretefouriertransformation，离散傅里叶变换)的gnss导航电文数据解调方法、装置及gnss接收终端。
背景技术：
gnss(globalnavigationsatellitesystem，全球导航卫星系统)，包括美国的gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)、中国的bds(beidousatellitenavigationsystem，北斗卫星导航系统)、俄罗斯的glonass(globalnavigationsatellitesystem，全球导航卫星系统)和欧盟的galileo卫星导航系统等。gnss接收终端通过接收该系统多颗卫星发射的采用dsss(directsequencespreadspectrum，直接序列扩频)的无线测距信号来实现实时的定位、授时和导航等功能。
gnss的卫星发射的测距信号中，以bpsk(binaryphaseshiftkeying，二进制移相键控)的方式调制了包含有时间信息和卫星轨道参数等的导航电文数据。gnss的接收终端基带信号处理模块需要在剥离gnss信号中的测距码和载波后，解调这些导航电文数据，从而获得完整的发射时间和卫星轨道等信息，为计算gnss接收终端的pvt(position,velocityandtime，位置、速度和时间)打下基础。其中，gnss接收终端通常通过pll(phaselockloop，锁相环)或者fll(frequencylockloop，锁频环)来估计被测信号的载波相位或者频率，从而剥离gnss信号中的载波。如果在导航电文数据的解调过程中出现错误，用ber(biterrorrate，误码率)来表示，则会对接收终端的ttff(timetofirstfix，首次定位时间)和定位精度产生影响。
现有的gnss导航电文数据的解调方式主要有两种：
1、在gnss接收终端使用pll的前提下，采用i路pdi(pre-detectionintegration，预检测积分)结果来判定电文数据的值。由于锁定的相位存在180度不确定性，需要通过电文中的同步码来确定解调的数据流的极性。
2、在gnss接收机终端仅使用fll的前提下，采用i/q两路前后两次pdi的点积结果来判定前后两比特的电文数据是否翻转，再用数据电文中的同步码来确定解调的数据流的极性。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：
为了应对城市区域中的弱信号和动态场景问题，手持或者车载的gnss终端通常不会使用灵敏度和抗动态能力都较弱的锁相环。而现有的基于点积的解调方案无法兼顾灵敏度和抗动态性能：使用长时间的pdi结果在降低弱信号时解码的ber的同时，削弱了该方案的抗动态性能，即如果此时因为接收终端运动等因素使得接收到的信号的频率有大幅度变化的话，同样会产生大量的误码，从而影响定位速度和精度。
技术实现要素：
本发明提供的基于dft的gnss导航电文数据解调方法、装置及gnss接收终端，能够在进行gnss导航电文数据解调时兼顾灵敏度和抗动态性能。
第一方面，本发明提供一种基于dft的gnss导航电文数据解调方法，包括：
在进行导航电文数据解调之前，对预检测积分结果进行各搜索频点的dft运算，得到各搜索频点上的dft运算结果；
判断是否为第一次进行导航电文数据解调；
若是第一次进行导航电文数据解调，则对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储；
若不是第一次进行导航电文数据解调，则读取上一次进行导航电文数据解调后存储的dft运算结果，并选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式，采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果。
可选地，所述对预检测积分结果进行各搜索频点的dft运算，得到各搜索频点上的dft运算结果包括：
按照如下公式得到各搜索频点上的dft运算结果：
dftout,i＝σn＝0,1,…,n-1(in+k+j*qn+k)*exp(-j*2*π*δfi*n*t0),i＝1,2,…,m
其中，预检测积分结果为：pdiout＝dftin＝ik+j*qk；
i和q为正交两路的预检测积分结果；k为第k个积分结果，单个积分时间为t0秒；j满足j*j＝-1；
δfi为dft搜索的频率，i＝1,2,…,m，m为总共需要搜索的频点数；
其中，用n个预检测积分结果计算一组dft，总共的预检测积分时间t＝n*t0小于等于单比特电文数据的宽度，且积分过程未跨越两比特电文数据的边界。
可选地，δfi的取值范围为：[-1/t0/2hz,1/t0/2hz]。
可选地，所述对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储包括：
遍历b，选择使得(ib2+qb2)最大的几个频点的dft运算结果；
对本次dft运算结果按照如下公式进行旋转相位：
ib++j*qb+＝(ib+j*qb)*exp(j*2*π*δfi*t)；
将旋转后的本次dft运算结果进行存储。
可选地，所述选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式包括：
在上次的dft运算结果中选择最值得信任的m-个频点的结果，记为ia-+j*qa-，其中，a取1,2,…,m中的m-个结果，m-小于等于m；
所有组合的数量为m-*m，其中，本次有m个频点的dft运算结果，记为ib+j*qb，b＝1,2,…,m；
所述采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果包括：
遍历a、b和d的所有值，使得[(ia-+d*ib)2+(qa-+d*qb)2]有最大值，其中，d为本次解调的电文比特和上次解调的电文比特相比是否翻转，d为1的时候代表没有翻转，则本次解调的电文结果沿用上次的结果；d为-1的时候代表有翻转，则本次解调的电文结果为上次解调电文结果取反的值；
将本次解调的电文结果作为本次导航电文数据解调结果。
第二方面，本发明提供一种基于dft的gnss导航电文数据解调装置，包括：
dft运算模块，用于在进行导航电文数据解调之前，对预检测积分结果进行各搜索频点的dft运算，得到各搜索频点上的dft运算结果；
导航电文数据解调模块，用于判断是否为第一次进行导航电文数据解调，若是第一次进行导航电文数据解调，则对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储，若不是第一次进行导航电文数据解调，则读取上一次进行导航电文数据解调后存储的dft运算结果，并选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式，采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果。
可选地，所述dft运算模块，用于按照如下公式得到各搜索频点上的dft运算结果：
dftout,i＝σn＝0,1,…,n-1(in+k+j*qn+k)*exp(-j*2*π*δfi*n*t0),i＝1,2,…,m
其中，预检测积分结果为：pdiout＝dftin＝ik+j*qk；
i和q为正交两路的预检测积分结果；k为第k个积分结果，单个积分时间为t0秒；j满足j*j＝-1；
δfi为dft搜索的频率，i＝1,2,…,m，m为总共需要搜索的频点数；
其中，用n个预检测积分结果计算一组dft，总共的预检测积分时间t＝n*t0小于等于单比特电文数据的宽度，且积分过程未跨越两比特电文数据的边界。
可选地，δfi的取值范围为：[-1/t0/2hz,1/t0/2hz]。
可选地，所述导航电文数据解调模块，用于按照如下方式对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储：
遍历b，选择使得(ib2+qb2)最大的几个频点的dft运算结果；
对本次dft运算结果按照如下公式进行旋转相位：
ib++j*qb+＝(ib+j*qb)*exp(j*2*π*δfi*t)；
将旋转后的本次dft运算结果进行存储。
可选地，所述导航电文数据解调模块，用于按照如下方式选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式：
在上次的dft运算结果中选择最值得信任的m-个频点的结果，记为ia-+j*qa-，其中，a取1,2,…,m中的m-个结果，m-小于等于m；
所有组合的数量为m-*m，其中，本次有m个频点的dft运算结果，记为ib+j*qb，b＝1,2,…,m；
所述导航电文数据解调模块，用于按照如下方式采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果：
遍历a、b和d的所有值，使得[(ia-+d*ib)2+(qa-+d*qb)2]有最大值，其中，d为本次解调的电文比特和上次解调的电文比特相比是否翻转，d为1的时候代表没有翻转，则本次解调的电文结果沿用上次的结果；d为-1的时候代表有翻转，则本次解调的电文结果为上次解调电文结果取反的值；
将本次解调的电文结果作为本次导航电文数据解调结果。
第三方面，本发明提供一种gnss接收终端，所述gnss接收终端包括上述基于dft的gnss导航电文数据解调装置。
本发明实施例提供的基于dft的gnss导航电文数据解调方法、装置及gnss接收终端，在进行导航电文数据解调之前，对预检测积分结果进行各搜索频点的dft运算，得到各搜索频点上的dft运算结果，若为第一次进行导航电文数据解调，则对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储，否则，读取上一次进行导航电文数据解调后存储的dft运算结果，并选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式，采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果。与现有技术相比，本发明基于dft并行比较多个频率点上的解码结果，在损失较少灵敏度的前提下扩大频率的搜索范围，以保证抗动态性能；另外，还可以根据实际的灵敏度和抗动态指标、接收终端的晶振的指标等，灵活的调整频率搜索范围和策略，以达到最优的解码效果，从而能够在进行gnss导航电文数据解调时兼顾灵敏度和抗动态性能。
附图说明
图1为通用的gnss接收终端的结构示意图；
图2为现有技术中图1的跟踪模块14的通用结构示意图；
图3为本发明实施例提供的图1中跟踪模块14的结构示意图；
图4为本发明实施例基于dft的gnss导航电文数据解调方法的流程图；
图5为本发明实施例基于dft的gnss导航电文数据解调装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示为一种通用的gnss接收终端的结构图。主要分为模拟部分和数字处理部分。模拟部分，天线10用于接收gnss的射频信号；射频前端11用于将射频信号下变频至中频模拟信号，其中通常包含有低噪声系数放大器和一些滤波器来提高gnss信号的增益和抑制一些带外的干扰信号；模数转换部分12用于将模拟信号转换为数字信号，供数字处理器处理，其中通常包含自动增益控制等模块。数字处理部分主要包括捕获模块13，用于在较大的频率和码相位不确定范围内快速搜索和检测gnss的信号；跟踪模块14，用于跟踪捕获到的gnss信号，精确估计被跟踪gnss信号的多普勒频率、测距码相位、载波相位、cnr(载噪比)等测量值，并进行电文数据同步以及电文数据的解调；处理器15，用于提取跟踪模块14所估计的观测量和解调的电文数据流，并通过电文数据获取发射时间和卫星轨道参数等信息，从而进行pvt的解算；输入输出接口16，用于输出定位的结果等信息，同时也可以接收一些辅助信息。
如图2所示为跟踪模块14的一种通用结构图。中频采样的数字信号经过载波剥离20和码片剥离21后进行预检测积分22，积分的结果用于跟踪环路23、电文解调24。跟踪环路23会精确估计多普勒频率、测距码相位和载波相位，在模块25中复现出载波和码信号用于模块20和21的剥离过程。电文解调24模块中会解调出电文数据并输出给处理器15用于获取卫星播发的星历和历书。
如图3所示为本发明实施例提供的跟踪模块的结构图。与图2相比，本发明实施例在完成电文同步后，预检测积分32结果会输入到dft模块36做dft运算。
本发明实施例提供一种基于dft的gnss导航电文数据解调方法，如图4所示，所述方法包括：
s40、获取dft各搜索频点的结果。
如图3所示，在完成电文同步后，预检测积分32结果会输入到dft模块36做dft运算。将预检测积分结果写成复数的形式：
pdiout＝dftin＝ik+j*qk
其中，i和q为正交两路的预检测积分结果；k为第k个积分结果，并设单个积分时间为t0秒；j满足j*j＝-1；
假设dft搜索的频率为δfihz,i＝1,2,…,m，m为总共需要搜索的频点数。假设用n个预检测积分结果计算一组dft，则总共的预检测积分时间t＝n*t0必须小于等于单比特电文数据的宽度，且积分过程不可以跨越两比特电文数据的边界。dft模块36的输出结果为：
dftout,i＝σn＝0,1,…,n-1(in+k+j*qn+k)*exp(-j*2*π*δfi*n*t0),i＝1,2,…,m
假设本地复现的载波的频率是frhz，dft模块36输出结果的物理意义是并行计算了fr+δfi上的预检测积分结果。根据dft的性质，为了防止信号能量的过多损失，δfi的取值范围一般是：
[-1/t0/2hz,1/t0/2hz]，
相邻两个搜索频率的间隔的物理分辨率为1/thz，设定相邻搜索频率的间距时，可以小于物理分辨率，但不要远小于物理分辨率。
以下以gpsl1c/a信号为例，给出一组dft模块的参数：
gpsl1c/a信号调制的电文单比特的宽度为20毫秒，设置t0为5毫秒，n设置为4，则总共的预检测积分时间为20毫秒，搜索的频点数m为5，δf＝{-20,-10,0,10,20}hz。
s41、判断是否是第一次解调电文。如果是的话对该模块进行初始化，并直接跳到s46。
s42、如果不是第一次解调电文，则读取上次解调电文时候保存的经过旋转的dft输出结果。
s43、需要选择上次和本次频率搜索范围的组合方式。在上次的dft结果内选择最值得信任的m-个频点的结果，记为ia-+j*qa-(其中a取1,2,…,m中的m-个结果)，作为本次解电文的参考，当然m-小于等于m，筛选的过程在s46中进行。本次有m个频点的dft结果，记为ib+j*qb(其中b＝1,2,…,m)，则所有组合的数量为m-*m。当然，如果可以判断本次的频率不确定范围较小，就可以减少搜索范围，从而减小运算量和误码率。
s44、采用猜比特的方式进行电文解调。假设电文d为1或者-1，计算表达式如下：
遍历a、b和d的所有值，使得[(ia-+d*ib)2+(qa-+d*qb)2]有最大值。
s45、s44中计算得到的d表示本次解调的电文比特和上次解调的电文比特相比是否翻转，其中，d为1的时候代表没有翻转，则本次解调的电文结果沿用上次的结果；d为-1的时候代表有翻转，则本次解调的电文结果为上次解调电文结果取反的值。其中，初始化的电文值并不重要，gnss信号的电文中都有用于判定电文极性的同步码。将本次解调的电文结果存入电文数据流输出。
s46、为下一次的电文解调做准备，主要是需要筛选、旋转和存储供下一次解电文流程s43所用的dft结果。一般筛选的方法是遍历b，选择使得(ib2+qb2)最大的几个频点(b)的结果。当然为了降低错误选择的风险，最好检查一下(ib2+qb2)的包络形状。由于下一次预检测积分时所用的载波频率是δf为0的频点的，因此，需要通过旋转相位来补偿δf不为零的频点的相位，如下：
ib++j*qb+＝(ib+j*qb)*exp(j*2*π*δfi*t)
将旋转后的dft结果存储起来供下一次解码使用。
本发明实施例提供的基于dft的gnss导航电文数据解调方法，在进行导航电文数据解调之前，对预检测积分结果进行各搜索频点的dft运算，得到各搜索频点上的dft运算结果，若为第一次进行导航电文数据解调，则对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储，否则，读取上一次进行导航电文数据解调后存储的dft运算结果，并选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式，采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果。与现有技术相比，本发明基于dft并行比较多个频率点上的解码结果，在损失较少灵敏度的前提下扩大频率的搜索范围，以保证抗动态性能；另外，还可以根据实际的灵敏度和抗动态指标、接收终端的晶振的指标等，灵活的调整频率搜索范围和策略，以达到最优的解码效果，从而能够在进行gnss导航电文数据解调时兼顾灵敏度和抗动态性能。
本发明实施例还提供一种基于dft的gnss导航电文数据解调装置，如图5所示，所述装置包括：
dft运算模块51，用于在进行导航电文数据解调之前，对预检测积分结果进行各搜索频点的dft运算，得到各搜索频点上的dft运算结果；
导航电文数据解调模块52，用于判断是否为第一次进行导航电文数据解调，若是第一次进行导航电文数据解调，则对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储，若不是第一次进行导航电文数据解调，则读取上一次进行导航电文数据解调后存储的dft运算结果，并选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式，采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果。
本发明实施例提供的基于dft的gnss导航电文数据解调装置，在进行导航电文数据解调之前，对预检测积分结果进行各搜索频点的dft运算，得到各搜索频点上的dft运算结果，若为第一次进行导航电文数据解调，则对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储，否则，读取上一次进行导航电文数据解调后存储的dft运算结果，并选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式，采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果。与现有技术相比，本发明基于dft并行比较多个频率点上的解码结果，在损失较少灵敏度的前提下扩大频率的搜索范围，以保证抗动态性能；另外，还可以根据实际的灵敏度和抗动态指标、接收终端的晶振的指标等，灵活的调整频率搜索范围和策略，以达到最优的解码效果，从而能够在进行gnss导航电文数据解调时兼顾灵敏度和抗动态性能。
可选地，所述dft运算模块51，用于按照如下公式得到各搜索频点上的dft运算结果：
dftout,i＝σn＝0,1,…,n-1(in+k+j*qn+k)*exp(-j*2*π*δfi*n*t0),i＝1,2,…,m
其中，预检测积分结果为：pdiout＝dftin＝ik+j*qk；
i和q为正交两路的预检测积分结果；k为第k个积分结果，单个积分时间为t0秒；j满足j*j＝-1；
δfi为dft搜索的频率，i＝1,2,…,m，m为总共需要搜索的频点数；
其中，用n个预检测积分结果计算一组dft，总共的预检测积分时间t＝n*t0小于等于单比特电文数据的宽度，且积分过程未跨越两比特电文数据的边界。
可选地，δfi的取值范围为：[-1/t0/2hz,1/t0/2hz]。
可选地，所述导航电文数据解调模块52，用于按照如下方式对本次dft运算结果进行筛选、旋转相位和存储：
遍历b，选择使得(ib2+qb2)最大的几个频点的dft运算结果；
对本次dft运算结果按照如下公式进行旋转相位：
ib++j*qb+＝(ib+j*qb)*exp(j*2*π*δfi*t)；
将旋转后的本次dft运算结果进行存储。
可选地，所述导航电文数据解调模块52，用于按照如下方式选择上次和本次的频率搜索范围和组合方式：
在上次的dft运算结果中选择最值得信任的m-个频点的结果，记为ia-+j*qa-，其中，a取1,2,…,m中的m-个结果，m-小于等于m；
所有组合的数量为m-*m，其中，本次有m个频点的dft运算结果，记为ib+j*qb，b＝1,2,…,m；
所述导航电文数据解调模块52，用于按照如下方式采用猜比特方式计算各组合的能量，选择能量最大的组合对应的比特作为本次导航电文数据解调结果：
遍历a、b和d的所有值，使得[(ia-+d*ib)2+(qa-+d*qb)2]有最大值，其中，d为本次解调的电文比特和上次解调的电文比特相比是否翻转，d为1的时候代表没有翻转，则本次解调的电文结果沿用上次的结果；d为-1的时候代表有翻转，则本次解调的电文结果为上次解调电文结果取反的值；
将本次解调的电文结果作为本次导航电文数据解调结果。
本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种gnss接收终端，所述gnss接收终端包括上述基于dft的gnss导航电文数据解调装置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。