一种基于载波相位的多通道伪距测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波信号测量领域，具体涉及一种基于载波相位的多通道伪距测量装 置及方法。
【背景技术】
[0002] 多通道伪距测量系统是基于直接序列扩频技术，对于实际的载波相位测距系统来 说，只要当被测距离大于波长时，就会出现距离模糊，而且整周期模糊的解算非常麻烦。
[0003] 现有的伪码测距系统基于直接序列扩频技术，伪码在空间传输时所占有的带宽相 对较宽，而接收端又采用相关解扩使有用带宽信息的信号恢复成窄带信号，然后通过窄带 滤波技术提取有用信号。
[0004] 然而，现有的伪码测距系统测量精度较低，它的测量精度受码元宽度的限制。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于载波相位的多通道伪距测量装置及 方法，实现了多通道测距，同时降低了多通道测距所消耗的资源，并提高了测距精度。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
[0007] 第一方面，本发明提供了一种基于载波相位的多通道伪距测量装置，包括依次连 接的衰减器模块、射频多路开关模块、射频下变频模块、模数转换模块、中频下变频模块、码 捕获模块、码跟踪模块、码相位载波相位解算模块；
[0008] 所述衰减器模块包括第一衰减器至第η衰减器，η多1，所述第η衰减器用于对被 测系统第η通道输出的信号的功率进行衰减；所述被测系统输出的信号的码片速率为Y ;
[0009] 所述射频多路开关模块用于对被测系统第η通道输出的信号进行时分切换；
[0010] 所述射频下变频模块用于对输入其中的某一路信号进行射频下变频至中频信 号；
[0011] 所述模数转换模块用于将所述中频信号进行模数转换得到数字信号；
[0012] 所述中频下变频模块用于对所述数字信号进行数字下变频，得到两路基带信号， 包括I路基带信号和Q路基带信号；
[0013] 所述码捕获模块用于对得到的两路基带信号进行相关运算和相关峰检测，得到相 关峰信号并判决得到捕获标志及当前码相位；
[0014] 所述码跟踪模块用于产生以捕获后的当前码相位为起始相位的本地码对输入信 号进行跟踪；
[0015] 所述码相位载波相位解算模块用于计算出伪码测距结果和载波测距结果并得出 最终测距结果。
[0016] 其中，所述码相位载波相位解算模块具体用于：
[0017] 获取通道i的载波相位Θ i:
[0018] 获取通道i的伪码相位Fhase_Codei;
[0019] 获取通道i的伪码时延差T_delayiQ:
[0020] T_delayi(l= T_delay i-T-delay。；其中，
，T_delay。 为预设的参考伪码时延；
[0021] 当Ldelay# 0时，通道i的载波相对相位：C_Delta_ Θ i(|= Θ Q- Θ i;否贝I」，C_ Delta_0iQ= θ「θ。，其中，Θ。为预设的参考通道载波相位；
[0022] 若 C_Delta_ Θ iQ〈〇,则将 C_Delta_ Θ iQ统一到 〇 ~360 周期内：
[0023] C_Delta_ Θ i〇= C_Delta_ Θ i〇+360 ;
[0024] 获取通道i的通道间时延差即可获得最终测距结果，其中通道i的通道间时延差 为：
[0025]
[0026] 其中，T_Delta_Phasei为载波时延；
[0027]
; fs为射频载波频率。
[0028] 其中，所述码跟踪模块包括伪码跟踪环路，所述伪码跟踪环路包括鉴相器、环路滤 波器和码NCO ;
[0029] 所述鉴相器用于根据捕获后输出的信号分别和本地对应的PN码的当前路、超前 路和滞后路进行数字匹配滤波得到的相关运算结果进行点积鉴相，并将鉴相结果输入到环 路滤波器；
[0030] 所述环路滤波器将环路滤波结果输入到所述码NC0,以控制调节本地码的输出码 相位提高跟踪精度，输出跟踪后的当前码相位和I、Q两路的相关峰值。
[0031] 其中，所述伪码跟踪环路为一阶环路。
[0032] 其中，所述中频下变频模块还用于对所述数字信号进行高频信号滤除。
[0033] 其中，所述射频下变频模块所采用的中频采样速率为所述被测系统输出的信号的 码片速率的非整数倍。
[0034] 第二方面，本发明还提供了一种基于载波相位的多通道伪距测量方法，包括：
[0035] S1、接收被测系统输出的多路信号，所述多路信号由被测系统的多个通道分别输 出；所述被测系统输出的信号的码片速率为Y ;
[0036] S2、对接收的多路信号进行衰减并控制所述多路信号按照时分方式进行后续步骤 S2-S6 ；
[0037] S3、对某一路信号进行射频下变频至中频信号；
[0038] S4、将所述中频信号进行模数转换得到数字信号；
[0039] S5、对所述数字信号进行数字下变频，得到两路基带信号，包括I路基带信号和Q 路基带信号；
[0040] S6、对得到的基带信号进行伪码捕获和跟踪得到当前码相位及I路和Q路相关峰 的结果，并根据得到的当前码相位和载波相位获取测距结果。
[0041] 其中，所述步骤S6包括：
[0042] 获取通道i的载波相位Θ i:
[0043] 获取通道i的伪码相位FhaseJodei;
[0044] 获取通道i的伪码时延差T_delayi(l:
[0045] T_delayi(l= T_delay i-T-delay。；其中， T_delay0 为预设的参考伪码时延；
[0046] 当 Ldelay# 0 时，通道 i 的载波相对相位：C_Delta_ Θ i(|= Θ Q- Θ i;否贝lj，C_ Delta_0iQ= θ「θ。，其中，Θ。为预设的参考通道载波相位；
[0047] 若 C_Delta_ Θ iQ〈〇,则将 C_Delta_ Θ iQ统一到 〇 ~360 周期内：
[0048] C_Delta_ Θ i〇= C_Delta_ Θ i〇+360 ;
[0049] 获取通道i的通道间时延差即可获得最终测距结果，其中通道i的通道间时延差 为：
[0050]
[0051] 其中，T_Delta_Phasei为载波时延；
[0052]
fs为射频载波频率。
[0053] 其中，所述步骤S5在对所述数字信号进行数字下变频时，还对所述数字信号进行 高频信号滤除。
[0054] 其中，所述步骤S3射频下变频后在中频进行信号处理，采用中频测量射频的幅相 关系。
[0055] 由上述技术方案可知，本发明首先对接收的被测信号进行衰减并控制射频多路开 关的切换使多路信号时分进入系统，然后对进入系统的射频信号进行射频下变频到中频信 号，接着将射频下变频后的中频信号输入模数转换模块得到数字信号，用数字下变频模块 将模数转换后的信号下变频到基带，对得到的基带信号进行伪码捕获和跟踪得到当前码相 位及I路和Q路相关峰的结果，并通过得到的码相位和载波相位求出测距结果。本发明解 决了现有的测距系统可同时测量的通道数少，测量时间长、测量精度低的问题，实现了多通 道测距，同时降低了多通道测距所消耗的资源，并提高了测距精度。
【附图说明】
[0056] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。
[0057] 图1是本发明实施例一提供的基于载波相位的多通道伪距测量装置的结构示意 图；
[0058] 图2是本发明实施例一提供的伪码捕获流程示意图；
[0059] 图3是本发明实施例一提供的伪码跟踪环路流程示意图；
[0060] 图4是本发明实施例二提供的基于载波相位的多通道伪距测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0061] 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、完整的描述，显然，所描述的实施例是 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 在没有作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。
[0062] 实际应用中，由于待测距离很小，因此对精度要求较高，考虑到基于载波相位的多 通道伪距测量精度比伪码测距系统精度高两个数量级，因此，基于载波相位的多通道伪码 测距具有重要的实际意义。对于码片速率为8. 184MHz，载波频率为2492. 028MHz的多通道 伪距测量系统来说，只要保证伪码测距精度在±200ps以内，就可以利用伪码测距结果解 载波相位测距结果的整周期模糊，使最终测距精度达到lps，且多通道伪距测量系统可测 的通道数多，对多通道来说消耗的资源少，只需单片模数转换芯片即可实现多通道伪距测 量，是传统测距方法所无法同时兼顾的。
[0063]图1示出了本发明实施例一提供的基于载波相位的多通道伪距测量装置的结构 示意图，参见图1，包括依次连接的衰减器模块、射频多路开关