基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统及其方法与流程

文档序号:26001109发布日期:2021-07-23 21:17阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统,包括天线单元、射频及a/d采样单元、捕获跟踪单元、信号畸变监测单元、信息解析与处理单元和信号采集及存储单元,其特征在于:

天线单元接收导航卫星发射的下行信号,对下行导航信号进行转换、放大和滤波后输出射频信号,射频信号送至射频与a/d采样单元,进行下变频和采样量化后输出数字中频信号,数字中频信号分别送入捕获跟踪单元、信号畸变监测单元和信号采集与存储单元;捕获跟踪单元处理中频信号实现对卫星信号的捕获和跟踪控制,并输出本地伪码信号、混频信号和观测信息;信号畸变监测单元接收数字中频信号以及来自捕获跟踪单元输出的伪码和混频信号,实现对卫星信号的畸变监测;信号采集与存储单元将数字中频信号和伪码信号进行采集存储,用于事后离线数据分析处理;信息解析与处理单元接收信号畸变监测单元的监测结果和捕获跟踪单元输出的观测信息进行进行综合处理分析,并将结果反馈给用户。

2.根据权利要求1所述的基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统,其特征在于:

所述捕获跟踪单元包含n个相互独立的物理通道,实现对n个导航卫星信号的并行捕获、跟踪及信号测量,每个通道包括载波发生器、混频器、载波环鉴别器、相关器、伪码发生器、积分器和码环鉴别器;载波发生器和伪码发生器分别产生相关运算所需的本地载波和伪码信号,本地载波信号与中频信号进行混频运算,混频结果送入相关器与本地伪码进行相关运算,再对相关结果进行积分运算,并对积分结果进行缓存,载波环鉴相器和码环鉴相器分别根据积分结果进行误差鉴别,并将鉴别结果反馈至载波发生器和伪码发生器,控制本地载波和伪码信号与卫星信号频率相位的一致性,实现对卫星信号的准确跟踪;

所述捕获跟踪单元单独复制了伪码发生器产生的本地伪码c和混频器输出混频信号ms,将其输出并分别送至信号畸变监测单元,实现对伪码发生器和混频器的复用,达到减少运算资源消耗的目的。

3.根据权利要求1所述的基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统,其特征在于:

所述信号畸变监测单元包含时隙分配控制器、伪码时隙选择器、信号时隙选择器、延迟器、相关器、数据处理与畸变检测器,信号畸变监测单元实现对多颗卫星信号畸变的同步实时监测;时隙分配控制器对多个跟踪卫星信号的监测通道分配以及时隙图案的变化控制;伪码时隙选择器按照时隙图案对多个跟踪通道伪码信号的选择控制;信号时隙选择器按照时隙图案对多个跟踪通道混频信号的选择控制;延迟器及相关器以分时复用的方式进行并行相关运算,为畸变检测提供多路相关结果;数据处理与畸变检测器通过数据分析处理与统计门限实现畸变检测与结果输出。

4.根据权利要求1所述的基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统,其特征在于:

所述信号采集与存储单元将数字中频信号和伪码信号进行采集存储,存储器采用sram实现;信息解析与处理单元接收信号畸变监测单元的监测结果和捕获跟踪单元输出的观测信息按照用户协议进行处理编排,并将结果通过通用传输接口输出给用户。

5.一种利用权利要求1所述基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统的实现方法,其特征在于包括下述步骤:

步骤一:采用工作于l波段增益不小于20dbi的导航天线接收卫星导航下行信号,天线对下行导航信号进行转换、放大和滤波后输出射频信号,射频信号送入射频及a/d采样单元,对射频信号的下变频和数字量化采样,输出数字中频信号;

步骤二:将数字中频信号复制为相位相同的三路信号,第一路中频信号分配到捕获跟踪单元,第二路中频信号分配到信号畸变监测单元,第三路信号送入信号采集与存储单元;

步骤三:输入捕获跟踪单元的数字中频信号与载波发生器生成的载波进行混频运算,混频结果再与伪码发生器生成的伪码送入相关器进行相关运算,相关结果送过积分器进行积分运算,积分结果送入码环鉴别器和载波环鉴别器进行误差鉴别,鉴别误差作为载波发生器和伪码发生器的控制输入量,调节载波和伪码的相位与频率,实现对卫星信号的实时准确跟踪;捕获跟踪单元同时输出各个物理通道的伪码信号和混频信号至信号畸变监测单元;

步骤四:待捕获跟踪单元的伪码跟踪环路和载波跟踪环路同时达到同步状态后,启动时隙分配控制器;时隙分配控制器以捕获跟踪单元系统时钟周期为基准,将整个时隙周期t均匀划分为n个时隙slot,给每个时隙slot予以编号slot_i,并产生n个时隙选择信号ch_i;在不同的时隙周期cycle,n个时隙选择信号ch_i以不同的设定图案与n个时隙slot_i一一对应;

步骤五:在每个时隙周期时隙内cycle_i,按照相应的时隙图案,时隙选择信号ch_i驱动伪码时隙选择器,选择相应跟踪通道的伪码信号c_i,依次将各个跟踪通道所对应的卫星伪码分配到指定的时隙;同时,时隙选择信号ch_i驱动信号时隙选择器,选择相应跟踪通道的混频信号ms_i,依次将各个跟踪通道所对应的卫星混频信号依次分配到制定的时隙;

步骤六:将伪码时隙选择器输出的伪码信号c送入延迟链,延迟链由m级延迟器组成,每个延迟器的时延为δτm,每个延迟器的输出为cj,将延迟器的输出cj与信号时隙选择器的输出ms送入相关器,进行自相关和积分运算,积分时长为一个时隙长度即t/n,运算输出结果为pj,

其中,延迟链级数和相关器个数相等为m,也即相关峰输出点数;延迟器的时延δτm等于相关器的相关间距d,也即相邻两个相关峰采样点的间距,相关器的间距及间距分布根据实际信号特性而有差异;

步骤七:将相关积分结果pj送入数据处理与畸变检测器进行处理;首先构造测试向量,测试向量采用δ测试向量和比率r测试向量;在卫星导航信号正常时,根据pj计算各测试向量的均值和方差,在一定检测和虚警概率下,根据测试向量的均值和方差统计各测试向量的检测判决门限值;

步骤八:依次对每个通道所跟踪卫星的所有测试向量进行判决,如果某颗卫星的所有测试向量同时超出门限值,判断该卫星信号发生畸变,此时完成畸变监测并输出监测信息,否则认为该卫星信号正常。

6.根据权利要求5所述的基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统的实现方法,其特征在于:

所述步骤四中,图案的设计原则为确保经过n个时隙周期cycle后,每一个时隙选择信号ch_i能够遍历所有的时隙位置slot。

7.根据权利要求5所述的基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统的实现方法,其特征在于:

所述步骤四中,在相邻的两个时隙周期cycle_i和cycle_i+1,控制图案以步长为1的时隙间隔,按照首尾相连的方式依次循环滑动;典型的时隙划分与控制图案变化如图4所示,这样,经过n个时隙周期cycle后,每一个时隙选择信号ch_i便可遍历所有的时隙位置slot。

8.根据权利要求5所述的基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统的实现方法,其特征在于:

所述步骤六中,相关峰输出点数m不少于3,相关间距d=0.05chip,chip为伪码码元宽度,d根据采样率和信号带宽调整。


技术总结
本发明提供了一种基于变时隙复用的导航信号畸变监测及接收系统及其方法,天线单元接收导航卫星发射的下行信号,输出射频信号送至射频与A/D采样单元,进行下变频和采样量化后输出数字中频信号,数字中频信号分别送入捕获跟踪单元、信号畸变监测单元和信号采集与存储单元,信息解析与处理单元接收信号畸变监测单元的监测结果和捕获跟踪单元输出的观测信息进行进行综合处理分析,并将结果反馈给用户。本发明将导航信号接收处理与信号畸变监测有机结合;采用变时隙图案的畸变监测相关器复用技术,实现同时对多颗卫星的实时在线监测。解决了监测资源受限条件下,对多颗卫星的接收处理及实时在线畸变检测,提升系统广域实时完好性保障能力。

技术研发人员:麻军伟;满丰;关红宾;田宇;李路程
受保护的技术使用者:中国电子科技集团公司第二十研究所
技术研发日:2021.04.04
技术公布日:2021.07.23
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