一种针对北斗导航卫星系统D1导航电文中的Neumann-Hoffman码规避与剥离方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种针对北斗导航卫星系统D1导航电文中的Neumann-Hoffman码规 避与剥离方法，其属于卫星导航技术领域。
【背景技术】：
[0002] 卫星信号体制的二次编码在北斗、Galileo等全球导航系统以及GPS的现代化中 得到了普遍应用。二次编码通过延长扩频码的整体周期来改善相关性，可以使接收机快速 实现数据同步，降低频谱谱线的间隔，进一步抑制窄带干扰。GPS现代化中，L1C信号二次编 码长为1800,周期为18s，码速率为100bps，L5C信号的数据通道和导频通道分别采用长度 为10和20的NH码两种二次编码长度。伽利略系统在不同频点的不同通道采用了不同周 期和不同码长的二次编码。
[0003] 北斗D1导航电文中调制的二次编码是指在速率为50bps的D1导航电文上调制了 一个Neumann-Hoffman码（即NH码）。该NH码周期为一个导航信息位的宽度，NH码1比 特宽度则与扩频码周期相同。如图1所示，D1导航电文一个信息位宽度为20毫秒，扩频码 周期为1毫秒，因此采用20比特的NH码，码序列为（0, 0, 0, 0, 0, 1，0, 0, 1，1，0, 1，0, 1，0, 0， 1，1，1，0)。码速率为lkbps，码宽为1毫秒，与导航信息码和扩频码同步调制。
[0004] NH码的加入，提高了北斗信号抗窄带干扰的能力，改善了电文数据字符的同步，改 善了卫星信号之间的互相关特性，使各颗卫星信号之间的互相关旁峰至少下降了 3dB。但 是二次编码也增加了卫星信号的复杂性，加重了捕获跟踪环路和导航电文剥离的负担。目 前软件接收机中进行北斗捕获的方法主要分为两种思路：一种是改进的并行码相位捕获方 法，扩频码、载波、NH码进行三维搜索；第二种方法是用截断的NH码调制一段扩频码，生成 的测距-NH码再和载波利用滑动相关的方法进行捕获。上述两种方案均可是通过对NH码 的剥离来现对北斗卫星的捕获，计算量大，而且后者还存在捕获所需信号长度过长的问题。
【发明内容】
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[0005] 本发明所要解决的技术问题是：降低NH码相位求解给北斗信号捕获增加的计算 复杂度，提出了一种基于独特序列的捕获方法，可以成功的规避NH码跳变对捕获的干扰， 同时在子帧同步环节实现对NH码的剥离，本发明适用于北斗导航接收机信号捕获和NH码 剥尚过程。
[0006] 本发明采用如下技术方案：一种针对北斗导航卫星系统D1导航电文中的 Neumann-Hoffman码规避与剥离方法，其包括如下步骤：
[0007] 第一步：对北斗卫星信号进行采集、下变频和量化处理，选取不短于6毫秒的连续 信号序列进入卫星捕获环节；
[0008] 第二步：产生本地北斗扩频码，并进行1ms的采样，采样频率与卫星信号采样频率 一致；
[0009] 第三步：在中频信号频率±10Hz范围内生成搜索步长为500Hz的本地载波，产生 同相和正交两路信号，并进行lms采样，采样频率与卫星信号采样频率一致；
[0010] 第四步：将中频信号的第1ms，第2ms，第5ms和第6ms分别放入四个粗捕获通道 中，与本地产生的扩频码、本地载波在频域内进行基于离散傅里叶变换的lms并行码相位 搜索，并通过离散反傅里叶变换获得对应扩频码相位和载波频率的相关结果；
[0011] 第五步：对同相支路和正交支路的相关结果进行平方求和再开方，获得对应于扩 频码相位和载波频率的非相干积分结果；
[0012] 第六步：遍历四个粗捕获通道获得峰值和对应的码相位、载波频率，计算峰值所在 载波频率的非相干积分结果的均值，计算峰值和均值的比值；
[0013] 第七步：四个通道的比值与设定的门限值进行比较，超过门限值的通道粗捕获成 功，其中门限值最大的通道进入精捕获，其它通道清零并进行下一颗卫星的捕获；若四个通 道的比值均没有超过门限值，则判定此次捕获失败，进行下一颗卫星的捕获或换下一段数 据继续进行捕获；
[0014] 第八步：精捕获阶段，在粗捕获确定的500Hz范围内进行步长逐级递减的搜索，利 用确定的lms序列和扩频码相位，通过二到三级遍历将载波频率精度缩小到10Hz以内，保 证足够的跟踪环路需要；
[0015] 第九步：将11比特共计220ms的帧同步码和11个周期的NH码进行异或运算得到 220ms的NH-Pre组合码，与跟踪过程中剥离扩频码和载波的信号进行实时的相关累加，得 到相关函数输出，设定门限值为200即可，相关函数输出结果超过200时认为子帧同步，同 时确定NH码起点；
[0016] 第十步：从NH码起点开始进行扩频码、载波和NH码的同步剥离，得到导航电文。
[0017] 进一步地，在卫星捕获阶段，省略NH码的相位确定和剥离过程中，通过必选延迟 时间和成功落入无比特跳变区段所需最小时间两个评价指标来归纳出数量最小的lms信 号序列，序列内的各个lms信号同时进行捕获，规避NH码跳变对捕获的影响，实现信号的 快速捕获，同样的思想适用于其它采用了固定序列二次编码的导航卫星系统的信号快速捕 获。
[0018] 进一步地，所述第四步中，在卫星捕获阶段采用概率统计方法归纳出独特序列以 保证所选序列中至少有一个信号序列是不存在NH码跳变的，成功避开NH码跳变对相关运 算的影响，在不需要确定NH码相位的情况下获得扩频码相位和载波频率。
[0019] 进一步地，所述第七步中，在基于独特序列的粗捕获阶段，通过判断并行码相位相 关运算的峰值与同频率内其它相关运算均值的比值，比值大于设定的门限值即为粗捕获成 功，比值最大者所在的lms序列进入精捕获环节。
[0020] 进一步地，所述第八步中，精捕获阶段，采用频率搜索步长逐级递减的方式，通过 两级或三级并行码相位捕获实现载波频率的精确捕获，满足信号跟踪环节对载波频率精度 的需要。
[0021] 进一步地，所述第九步中，在跟踪环路进行子帧同步过程中，采用NH码和帧同步 码的组合码进行相关运算，实现子帧同步的同时确定NH码相位并剥离掉NH码，解调出导航 电文。
[0022] 本发明具有如下有益效果：本发明北斗导航系统Neumann-Hoffman码规避与剥离 方法相对一般的北斗捕获方法而言，不进行NH码的相位确定和剥离，而是通过概率统计和 两个评价指标得到的独特序列来规避掉NH码对捕获的干扰和捕获精度的影响，降低了信 号捕获的技术难度，提升了卫星信号捕获的成功率和精确度，将NH码相位的确定和剥离放 在子帧同步环节一并完成。本发明北斗导航系统Neumann-Hoffman码规避与剥离方法技术 简单，容易实现，是一种特别适用于软件接收机的理想的北斗卫星捕获与NH码剥离方法。
【附图说明】：
[0023] 图1为北斗二次编码示意图。
[0024] 图2为本发明针对北斗导航卫星系统D1导航电文中的Neumann-Hoffman码规避 与剥离方法的整体流程图。
[0025] 图3为无比特跳变区域示意图。
[0026] 图4为三级步长精捕获示例图。
[0027] 图5为基于NH-Pre组合码的Neumann-Hoffman码剥离流程图。
【具体实施方式】：
[0028] 下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
[0029] 请参照图2所示，本发明针对北斗导航卫星系统D1导航电文中的 Neumann-Hoffman码规避与剥离方法，具体实现步骤如下：
[0030] 第一步：对北斗卫星信号进行采集、下变频和量化处理，选取不短于6毫秒的连续 信号序列进入卫星捕获环节；
[0031] 第二步：产生本地北斗扩频码，并进行1ms的采样，采样频率与卫星信号采样频率 一致；
[0032] 第三步：在中频信号频率±10Hz范围内生成搜索步长为500Hz的本地载波，产生 同相和正交两路信号，并进行lms采样，采样频率与卫星信号采样频率一致；
[0033] 第四步：将中频信号的第1ms，第2ms，第5ms和第6ms分别放入四个粗捕获通道 中，与本地产生的扩频码、本地载波在频域内进行基于离散傅里叶变换〇)FT)的lms并行码 相位搜索，并通过离散反傅里叶变换（IDFT)获得对应扩频码相位和载波频率的相关结果；
[0034] 第五步：对同相支路和正交支路的相关结果进行平方求和再开方，获得对应于扩 频码相位和载波频率的非相干积分结果；
[0035] 第六步：遍历四个粗捕获通道获得峰值和对应的码相位、载波频率，计算峰值所在 载波频率的非相干积分结果的均值，计算峰值和均值的比值；
[0036] 第七步：四个通道的比值与设定的门限值进行比较，超过门限值的通道粗捕获成 功，其中门限值最大的通道进入精捕获，其它通道清零并进行下一颗卫星的捕获；若四个通 道的比值均没有超过