本发明涉及信号处理技术领域,具体涉及一种卫星导航接收机高灵敏度捕获方法及装置。
背景技术:
新的复合gnss信号包含数据信道和导频信道,在捕获新的复合gnss信号中,为了避免数据符号翻转的问题,现有的常规方法是采用单信道捕获技术,如图1所示,即单独使用导频信道。新的gnss信号数据信道和导频信道分量经历相同的传输环境,因此它们受到相同码相位延迟和多普勒频移的影响,而且载波相位差严格保持180°。如果仅使用单一导频信道,其缺点是导航卫星所发射功率就会损失一半;当捕获gnss弱信号时,如果忽略数据信道,只利用导频信道的信号功率,gnss接收机捕获性能较差,特别是在弱信号环境中,这种功率损失会导致gnss接收机无法正常工作。
技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题在于忽略数据信道分量,只处理导频信道分量,仅利用了一半有用信号,这样gnss接收机无法有效捕获gnss信号。
本发明的目的是提供一种卫星导航接收机高灵敏度捕获方法,采用复合gnss信号多信道差分相干组合策略,以解决现有技术无法解决的信道功率损失问题,以及所带来的gnss接收机在弱信号环境下无法正常工作的问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的,具体技术方案如下:
一种卫星导航接收机高灵敏度捕获方法,包括以下步骤:
步骤1:卫星导航接收机输入复合gnss信号为y[n],所述复合gnss信号y[n]包括数据信道和导频信道,将输入的复合gnss信号y[n]在
步骤2:将数据信道和导频信道在同相(i)、正交(q)支路上乘以相应的接收机本地伪码后再进行相干积分,分别产生同相(i)分量
步骤3:将数据信道的同相(i)分量
将导频信道的同相(i)分量
公式(1)、(2)中,
步骤4:将数据信道的复相关输出与导频信道的复相关输出进行差分相干组合即可获得差分乘积项,取该差分乘积项的实部的绝对值即可获得单一积分周期的检测变量
式中,re(·)表示复数取实部,
步骤5:如果不存在可用的gnss信号,或者gnss接收信号不与gnss接收机本地伪码或本地载波正确对齐,即在零假设h0条件下,那么当检测变量
式中,
所述步骤4中检测变量
在零假设h0条件下,公式(6)中每个元素
所述步骤5中所述卫星导航接收机未接收到gnss有用信号,或者检测变量
在零假设h0条件下,由于伪码的正交特性,检测变量
用
检测变量
所述步骤5中所述卫星导航有用信号存在并且与卫星导航接收机本地伪码和本地载波正确对齐情况下,包括:
在备择假设h1下,决策变量
式中,r(·)是本地伪码和经过滤波的gnss接收信号伪码之间的互相关函数;
所述通过非中心χ2分布计算差分相干信道组合的检测概率的具体过程为:
若用
则检测变量
在单一积分周期上,即当k=1时,差分相干信道组合的检测概率
式中,
一种卫星导航接收机高灵敏度捕获装置,包括:
分离模块:用于输入复合gnss信号y[n],所述复合gnss信号y[n]包括数据信道和导频信道分量,将输入的复合信号y[n]在接收机中频
乘法模块:用于将数据信道和导频信道乘以gnss接收机的相应的本地伪码和本地载波,然后进行相干积分,数据信道和导频信道都产生同相(i)分量和正交(q)分量;
加法模块:用于将数据信道的同相(i)分量和正交(q)分量相加,则:
将导频信道的同相(i)分量和正交(q)分量相加,则:
公式(1)、(2)中,
组合模块:用于将数据信道中相关器输出与来自导频信道的相关器输出通过差分相干方式进行组合,构建决策变量
式中,
判断模块:用于当决策变量
其中,
本发明相比现有技术具有以下优点:
本发明将将复合gnss信号与gnss接收机本地载波相乘,再分别与gnss接收机本地伪码的数据分量、导频分量相乘继而进行积分操作;数据信道的同相支路、正交支路相关输出相结合形成数据信道的复相关输出量,导频信道的同相支路、正交支路相关输出相结合形成导频信道的复相关输出;采用差分相干信道组合模式,将数据信道的复相关输出与导频信道的复相关输出的共轭进行相乘得到差分复乘积,然后对该差分乘积项的实部引入绝对值运算获得单一积分周期的检测量,最后通过对k个积分周期的检测量进行非相干累加建立捕获决策变量,从而有效提升gnss接收机的捕获灵敏度。本发明中采用差分相干信道组合技术,充分利用数据/导频结构来提高卫星导航接收机的捕获灵敏度,有效提升了弱信号环境下卫星导航接收机的捕获灵敏度;联合数据/导频信道差分相干组合策略相比于传统的单信道捕获技术具有显著的捕获性能改善。
附图说明
图1为现有技术的常规的gnss信号捕获过程。
图2为本发明一种卫星导航接收机高灵敏度捕获的原理图。
图3为本发明实施例的卫星导航接收机高灵敏度捕获方法针对galileoe1os信号在载噪比c/n0=30db-hz、相干积分时间等于4ms的情况下运用roc曲线与现有不同捕获方法进行性能比较。
图4为本发明实施例的卫星导航接收机高灵敏度捕获方法针对galileoe1os信号在载噪比c/n0=32db-hz、相干积分时间等于4ms的情况下运用roc曲线与现有不同捕获方法进行性能比较。
图5为本发明实施例的一种卫星导航接收机高灵敏度捕获装置的功能框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示,一种卫星导航接收机高灵敏度捕获方法,包括以下步骤:
步骤1:卫星导航接收机输入复合gnss信号为y[n],所述复合gnss信号y[n]包括数据信道和导频信道,将输入的复合gnss信号y[n]在
步骤2:将数据信道和导频信道在同相(i)、正交(q)支路上乘以相应的接收机本地伪码后再进行相干积分,分别产生同相(i)分量
步骤3:将数据信道的同相(i)分量
将导频信道的同相(i)分量
公式(1)、(2)中,
步骤4:将数据信道的复相关输出与导频信道的复相关输出进行差分相干组合即可获得差分乘积项,取该差分乘积项的实部的绝对值即可获得单一积分周期的检测变量
式中,re(·)表示复数取实部,
检测变量
在零假设h0条件下,公式(4)中每个元素
步骤5:如果不存在可用的gnss信号,或者gnss接收信号不与gnss接收机本地伪码或本地载波正确对齐,即在零假设h0条件下,那么当检测变量
式中,
卫星导航接收机未接收到gnss有用信号,或者检测变量
通过使用中心χ2分布计算差分相干信道组合的虚警概率的具体过程为:
用
检测变量
卫星导航有用信号存在并且与卫星导航接收机本地伪码和本地载波正确对齐情况下,即在备择假设h1下,决策变量
式中,r(·)是本地伪码和经过滤波的gnss接收信号伪码之间的互相关函数;
通过非中心χ2分布计算差分相干信道组合的检测概率的具体过程为:
若用
则检测量
在单一积分周期上,即当k=1时,差分相干信道组合的检测概率
式中,
如图3、图4所示,针对伽利略e1os信号,在信噪比c/n0分别为30db-hz、32db-hz、相干积分时间均为4ms的情况下,将所发明的高灵敏度捕获方法通过运用接收机操作特性曲线(receiveroperatingcharacteristiccurve,roc)与单信道非相干积分、单信道差分相干、双信道差分比较组合方法对捕获性能进行比较分析。分析结果表明本发明的卫星导航接收机高灵敏度捕获方法能够提供的捕获性能明显优于其它捕获方法,有效证明了本发明方法能够有效提高gnss接收机的捕获灵敏度。
如图5所示,一种卫星导航接收机高灵敏度捕获装置,包括:
分离模块100:用于输入复合gnss信号y[n],所述复合gnss信号y[n]包括数据信道和导频信道分量,将输入的复合信号y[n]在
乘法模块200:用于将数据信道和导频信道乘以gnss接收机的相应的本地伪码和本地载波,然后进行相干积分,数据信道和导频信道都产生同相(i)分量和正交(q)分量;
加法模块300:用于将数据信道的同相(i)分量和正交(q)分量相加,则:
将导频信道的同相(i)分量和正交(q)分量相加,则:
公式(1)、(2)中,
组合模块400:用于将数据信道中相关器输出与来自导频信道的相关器输出通过差分相干方式进行组合,构建决策变量
式中,
判断模块500:用于当决策变量
其中,
综上,本发明提供一种卫星导航接收机高灵敏度捕获方法,采用联合信道差分相干组合策略,充分利用数据/导频结构来提高卫星导航接收机的捕获灵敏度,有效提升了弱信号环境下卫星导航接收机的捕获灵敏度,发明的卫星导航接收机高灵敏度捕获方法联合数据/导频信道进行差分相干组合相比于传统的单信道捕获技术而言能够显著提升gnss接收机的捕获性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。