一种L1C/B1C导航信号导频分量辅助数据分量同步的方法与流程

【技术领域】

本发明属于卫星导航信号处理技术领域，尤其涉及一种l1c/b1c导航信号导频分量辅助数据分量同步的方法。

背景技术：

在全球卫星导航系统的现代化方案中，为了提高卫星导航系统的定位精度，抗干扰，抗多径，灵敏度等系统特性，各卫星导航系统均提出了新的卫星信号调制播发方式。新体制信号在带来一系列性能提升的同时，也提升了系统的复杂度，对卫星导航信号的处理也带来了难度。在新一代系统中，几乎所有的信号都采用了数据信道加导频信号的结构，数据信道上调制有电文，而导频信号中则没有电文调制。

新一代l1c/b1c导航信号中同时提供了两种信号分量——专门用于测距的导频分量和专门用于传输电文的数据分量。数据分量与导频分量的功率比为1:3。l1c/b1c信号测距码采用分层码结构，由主码和子码相异或构成。子码的码元宽度与主码的周期相同，子码码元起始时刻与主码第一个码元的起始时刻严格对齐。l1c/b1c数据分量的主码码长为10230，子码码长为1；l1c/b1c导频分量的主码码长为10230，子码码长为1800。

新一代l1c/b1c导航信号一帧电文的周期为18s。l1c电文数据的帧结构包括：经过bch编码后的toi信息；经过ldpc编码及块交织后的1748比特电文。b1c电文数据的帧结构包括：经过bch编码后的prn信息和soh信息，经过ldpc编码及块交织后的1728比特电文。

但是，不管是l1c电文结构还是b1c电文结构，它们的电文信息是随时变化的，且电文数据没有固定的帧头，相对于旧的信号格式，无法用传统的方法来完成l1c/b1c电文的帧同步。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种l1c/b1c导航信号导频分量辅助数据分量同步的方法，以通过对导频分量进行计算，进而同步实现数据分量的电文帧同步的问题。

本发明采用以下技术方案：一种l1c/b1c导航信号导频分量辅助数据分量同步的方法，具体由以下步骤完成：

捕获l1c/b1c导航信号，并完成对l1c/b1c导航信号的导频分量和数据分量的载波相位锁定；

解析导频分量和数据分量所调制的编码符号，得出导频分量的编码符号序列cs和数据分量的编码符号序列ds，且满足：编码符号序列cs和编码符号序列ds的编码符号数量均大于nref，其中，nref＝3m，m为导频分量子码序列中最小不相关的连续子码个数；

将编码符号序列cs与导频分量子码序列进行自相关运算，找出编码符号序列cs在其所属的子码序列内的起始位置sp；

利用l1c/b1c导航信号中导频分量的符号序列与数据分量电文序列的同步性，得出数据分量的编码符号序列ds在其所属电文中的起始位置。

进一步的，将编码符号序列cs与导频分量子码序列进行相关运算，找出编码符号序列cs在其所属的子码序列内的起始位置sp的具体方法为：

步骤a、在编码符号序列cs中截取编码符号个数为nref的序列n1，截取点为cp1，将序列n1作为滑动窗口，采用滑窗算法将序列n1在其所属的子码序列上滑动，依次做自相关运算，找出相关值最大时对应的滑动位置sp1，为序列n1在其所属子码序列中的起始位置；

步骤b、在编码符号序列cs中截取编码符号个数为nref的序列n2，重复步骤a，截取点为cp2找出序列n2在其所属子码周期中的起始位置sp2；

步骤c、当sp2-sp1≠cp2-cp1时，重复执行步骤a和步骤b；

当sp2-sp1＝cp2-cp1时，执行步骤d；

步骤d、通过sp＝(sp1-cp1+1)计算出编码符号序列cs在其所属的子码序列内的起始位置sp。

进一步的，自相关运算具体为：

其中，y1(k)为编码符号序列cs中的第k个符号，x((k+i)mod1800)为子码序列中第((k+i)mod1800)个符号，k为序列中符号的编号，ry(i)为自相关运算结果，i为滑动窗口在滑动过程中所滑过的符号的个数，其取值范围为0～1799，通过该公式得到自相关运算结果ry(i)中最大峰值对应的i，通过spa＝i+1计算出对应的滑动位置，a＝1或2。

进一步的，导频分量子码序列中最小不相关的连续子码个数m具体通过自相关运算得出，自相关运算具体为：

其中，x(k)为子码序列中第k个符号；x((k+i)mod1800)为子码序列中第((k+i)mod1800)个符号；k0取值1～1800；m^j中j代表卫星号，j＝1～63；m^j为j号卫星的最小不相关的码元数，其从10开始取值，每次递增1，直至相关结果rx(i)存在唯一最大峰值，且与次大峰值比率大于1.05倍时，取m^j的最大值为m的值。

进一步的，方法在捕获l1c/b1c导航信号后完成及对l1c/b1c导航信号的导频分量和数据分量的相位锁定前还包括：

同时跟踪l1c/b1c导航信号的导频分量和数据分量，连续跟踪n个主码周期，其中，n＞nref。

本发明的有益效果是：通过l1c/b1c信号增加的导频信号的子码信号，将其与跟踪导频分量解析获得的符号序列进行相关运算，来得到数据符合序列在一帧电文中的起始位置，可以方便快速的完成l1c/b1c数据分量的电文同步，能够减少l1c/b1c信号电文帧同步所需的时间，有效快速的得到数据电文在一帧电文中的位置。

【附图说明】

图1为本发明实施例中主码、子码时序关系示意图；

图2为本发明实施例中导频分量子码同步图；

图3为本发明实施例中连续符号序列的码元数nref＝28时与子码相关的结果图；

图4为本发明实施例中连续符号序列的码元数nref＝84时与子码相关的结果图；

图5为本发明实施例中连续符号序列的码元数nref＝200时与子码相关的结果图；

图6为本发明一种l1c/b1c导航信号导频分量辅助数据分量同步的方法的流程框图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

l1c/b1c卫星信号同时提供了两种信号分量——专门用于测距的导频分量和专门用于传输电文的数据分量，数据分量与导频分量的功率比为1:3。然而，与现有技术中的电文不同，l1c/b1ccnav-1/cnav-2电文没有固定的帧同步头，所以，无法用传统的方法来完成l1c/b1c电文的帧同步，但是如图1所示，l1c/b1c信号导频分量子码周期与一帧电文长度相同，均为18s，且子码传输率为100sps，与数据分量导航电文经编码后的符号率相同，这种特性，使得可通过导频分量的子码同步来完成数据分量的电文同步，不需要收集完整的一帧电文即可完成同步，因此，本发明公开了一种l1c/b1c导航信号导频分量辅助数据分量同步的方法，具体流程如图6所示，由以下步骤完成：

通过接收天线接收到卫星信号后，在通过射频模块下变频至模拟中频，经数字采样以后送至捕获引擎，通过捕获引擎来捕获卫星l1c/b1c导航信号。

捕获l1c/b1c导航信号后，同时跟踪l1c/b1c导航信号的导频分量和数据分量，连续跟踪n个主码周期，n＞nref，并完成对l1c/b1c导航信号的导频分量和数据分量的载波相位锁定。

解析导频分量和数据分量所调制的编码符号，得出导频分量的编码符号序列cs和数据分量的编码符号序列ds，且满足以下条件：

编码符号序列cs和编码符号序列ds的编码符号数量均大于nref，为去除由于噪声引起的码元翻转使得最小不相关连续子码序列的相关峰值计算出现误差，既而无法快速完成所解析子码序列的位置确定，因此，用于确定连续符号序列的码元个数nref取3倍的m值，即nref＝3m，m为导频分量子码序列中最小不相关的连续子码个数，其具体通过自相关运算得出，自相关运算具体为：

其中，rx(i)为相关结果，x(k)为子码序列中第k个符号；x((k+i)mod1800)为子码序列中第((k+i)mod1800)个符号，k为序列中符号的编号，k0取值1～1800；i表示滑动窗口在滑动过程中所滑过的符号的个数，取值范围为0～1799；m^j中j代表卫星号，j＝1～63；m^j为j号卫星的最小不相关的码元数，其从10开始取值，每次递增1，直至相关结果rx(i)存在唯一最大峰值，且与次大峰值比率大于1.05倍时，取m^j的最大值为m的值。

在本实施例中，连续取卫星j调制的子码m^j个，默认m^j等于10，与已知的1800个子码滑动相关，若相关结果rx(i)存在唯一最大峰值，且与次大峰值比率大于1.05倍，则m^j为卫星j子码序列中最小不相关的码元个数，否则m^j递增1，直至相关结果rx(i)存在唯一最大峰值，且与次大峰值比率大于1.05倍时，m^j值为卫星j子码序列中最小不相关的码元数。

计算完成63个卫星的m^j值，m值取63个m^j值的最大值作为所有卫星子码序列的最小不相关的码元数，针对b1c导航信号，计算可得m＝28，针对l1c导航信号，计算可得m＝18。

为去除由于噪声引起的码元翻转使得最小不相关连续子码序列的相关峰值计算出现误差，既而无法快速确定所解析子码序列的位置，因此，用于确定连续符号序列的码元个数nref取3倍的m值。如图3、图4和图5分别给出了b1c导航信号连续符号序列的码元数nref取28、84和200时与子码相关的结果对比图，当nref＝3*28时，最大庞瓣比主峰低约3db；当nref＝3*200时，最大庞瓣比主峰低约7db。

将编码符号序列cs与导频分量子码序列进行自相关运算，找出编码符号序列cs在其所属的子码序列内的起始位置sp，其具体方法为：

步骤a、在编码符号序列cs中截取编码符号个数为nref的序列n1，截取点为cp1，将序列n1作为滑动窗口，采用滑窗算法将序列n1在其所属的子码序列(一个周期内的子码序列)上滑动，依次做自相关运算，得到1800个相关值，找出相关值最大时对应的滑动位置sp1，为序列n1在其所属子码序列中的起始位置，此外，如果最大相关值为负，须将数据通道解调出来的电文比特全部翻转。具体操作如图2所示。自相关运算具体为：

其中，y1(k)为编码符号序列cs中的第k个符号，x((k+i)mod1800)为子码序列中第((k+i)mod1800)个符号，k为序列中符号的编号，ry(i)为自相关运算结果，i为滑动窗口在滑动过程中所滑过的符号的个数，其取值范围为0～1799，通过该公式得到最大峰值ry(i)对应的i，通过spa＝i+1计算出对应的滑动位置，a＝1或2。

步骤b、在编码符号序列cs中截取编码符号个数为nref的序列n2，截取点为cp2，重复步骤a，找出序列n2在其所属子码周期中的起始位置sp2；

步骤c、当sp2-sp1≠cp2-cp1时，重复执行步骤a和步骤b；

当sp2-sp1＝cp2-cp1时，执行步骤d；

步骤d、通过sp＝(sp1-cp1+1)计算出编码符号序列cs在其所属的子码周期内的起始位置sp。

找到编码符号序列cs在其所属的子码周期内的起始位置后，利用l1c/b1c导航信号中导频分量的符号序列与数据分量电文序列的同步性，sp同时也是编码符号序列ds在一帧电文中的起始位置，即得出数据分量的编码符号序列ds在其所属电文中的起始位置。