进行延时，延时时间为码相位差精测模块的码延时码相位差测 量结果（目前在该领域，一般采取的对码延时进行捜索的方法，即调整本地导航扩频码延 时量的大小W使其与反射信号的相关功率最大，延时的步长一般为100ns，对应C/A码0. 1 码片，捜索范围不大于两个码片）完成对反射信号的扩频码同步；利用直射信号同相分量 Id和符号函数（sgn函数）分别对完成了载波同步和码同步的反射信号的同相和正交支路 进行基带电文数据剥离，得到
[0105]
[0106] 使用四象限反正切鉴相器（fourqua化antarctangentdiscriminator)计算得 到直射信号与反射信号载波相位差的单次估计值：
[0107]
[010引模块4 :全相位变换与载波相位差修正模块，如图5所示。该模块由降速电路，全 相位傅里叶变换与初相值比较电路，载波相位差修正电路等构成。
[0109] 子模块1 :降速电路。对实时采集的直射、反射导航信号进行降速处理，使信号速 率易于进行全相位傅里叶变换的处理。
[0110] 子模块2 :全相位傅里叶变换与初相值比较电路。对降速后的直射与反射信号进 行全相位变换，求得直射、反射信号的载波相位初值；对直射、反射信号的载波相位初值进 行比对，估计反射过程所造成的反射信号载波相位变化，得到载波相位差测量结果的修正 值；
[01川子模块3 :载波相位差修正电路。利用修正值对载波相位差估计模块的输出结果A(1/ °进行修正，得到最终的误差修正后的高精度直射、反射信号载波相位差测量结果。 [0112] W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术 人员可W对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本 发明的保护范围应W权利要求书所述为准。
【主权项】
1. 一种采用硬件接收机的GNSS-R相位差提取方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 码相位差快速粗测：通过DMR相关器在时域和频域对直射、反射信号在一个导航扩 频码周期内进行相关处理；通过FIFO对DMR相关器输出的直射信号处理结果进行Ims的固 定延时，并与当前直射信号DMR相关器输出结果相乘，产生可对当前基带导航电文数据变 化实时检测的参考信号；通过延时可调FIFO对参考信号进行延时，将其与实时采集处理的 反射信号DMR相关器输出结果相乘，消除反射信号中导航电文对相干积分的影响；进行一 定码周期的相干积分，形成直射信号与反射信号的相关功率波形；对反射信号相关功率波 形进行相关函数微分方法处理，消除反射面散射造成的相关功率波形峰值点偏移，再通过 一次微分和过零点检测求得直射和反射信号的码相位差粗测结果； 2) 码相位差精测：在DSP片上存储器中存储反射信号相关功率波形的理论模型数据 库，将码相位差粗测结果作为迭代初值输入DSP，同时也作为反馈控制信号控制延时可调 FIFO的延时时间；通过牛顿高斯迭代方法对反射信号相关功率波形进行拟合以实现相位 差的精确估计。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤： 3) 载波相位差估计：将DSP中的码相位差精测结果输出至载波相位差估计模块作为为 直射通道与反射通道的码相位延时量，准确实现直射与反射信号的扩频码同步；利用符号 函数对直射信号同相分量进行处理，实现对反射信号的同相和正交支路进行基带电文数据 剥离；使用四象限反正切鉴相器计算得到载波相位差的单次估计值； 4) 全相位变换与载波相位差修正：通过全相位变换测出直射信号和反射信号的载波 初相，通过初相的比对得到载波相位差测量结果的修正值，实现对载波相位差测量结果的 修正。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3)具体包括如下步骤： 3-1)对直射信号进行同步操作，当本地码和本地载波实现了对直射信号的跟踪后，主 通道输出直射信号的同相和正交分量相关值； 3-2)将完成跟踪后的载波引入从属通道与反射信号相乘，并对主通道中同步后的扩频 码进行延时，延时时间为码相位差精测模块的码延时码相位差测量结果，从而完成对反射 信号的扩频码同步； 3-3)利用符号函数对直射信号同相分量进行处理，利用符号函数的输出结果分别对反 射信号的同相和正交支路进行基带电文数据剥离； 3- 4)使用四象限反正切鉴相器计算得到载波相位差的单次估计值。4. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤4)具体包括如下步骤： 4- 1)对实时采集的直射、反射导航信号进行降速处理，降速后进行全相位变换，求得直 射、反射信号的载波相位初值； 4-2)对直射、反射信号的载波相位初值进行比对，估计反射过程所造成的反射信号载 波相位变化，得到载波相位差测量结果的修正值； 4-3)利用修正值对载波相位差估计模块的输出结果进行修正，得到最终的误差修正后 的高精度直射、反射信号载波相位差测量结果。5. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：码相位差快速粗测步骤、载波相位差估 计步骤和全相位变换与载波相位差修正步骤使用FPGA实现，码相位差精测步骤使用DSP实 现。6. -种实现GNSS-R相位差提取的硬件接收机，其特征在于，包括： 码相位差快速粗测模块：通过DMR相关器在时域和频域对直射、反射信号在一个导航 扩频码周期内进行相关处理；通过FIFO对DMR相关器输出的直射信号处理结果进行Ims的 固定延时，并与当前直射信号DMR相关器输出结果相乘，产生可对当前基带导航电文数据 变化实时检测的参考信号；通过延时可调FIFO对参考信号进行延时，将其与实时采集处理 的反射信号DMR相关器输出结果相乘，消除反射信号中导航电文对相干积分的影响；进行 一定码周期的相干积分，形成直射信号与反射信号的相关功率波形；对反射信号相关功率 波形进行相关函数微分方法处理，消除反射面散射造成的相关功率波形峰值点偏移，再通 过一次微分和过零点检测求得直射和反射信号的码相位差粗测结果； 码相位差精测模块：在DSP片上存储器中存储反射信号相关功率波形的理论模型数据 库，将码相位差粗测结果作为迭代初值输入DSP，同时也作为反馈控制信号控制延时可调 FIFO的延时时间；通过牛顿高斯迭代方法对反射信号相关功率波形进行拟合以实现相位 差的精确估计。7. 如权利要求6所述的硬件接收机，其特征在于，还包括如下模块： 载波相位差估计模块：将DSP中的码相位差精测结果输出至载波相位差估计模块作为 为直射通道与反射通道的码相位延时量，准确实现直射与反射信号的扩频码同步；利用符 号函数对直射信号同相分量进行处理，实现对反射信号的同相和正交支路进行基带电文数 据剥离；使用四象限反正切鉴相器计算得到载波相位差的单次估计值； 全相位变换与载波相位差修正模块：通过全相位变换测出直射信号和反射信号的载波 初相，通过初相的比对得到载波相位差测量结果的修正值，实现对载波相位差测量结果的 修正。8. 如权利要求6或7所述的硬件接收机，其特征在于：码相位差快速粗测模块、载波相 位差估计模块和全相位变换与载波相位差修正模块使用FPGA实现，码相位差精测模块使 用DSP实现。9. 如权利要求8所述的硬件接收机，其特征在于：所述码相位差快速粗测模块包括DMR 相关器电路、乘法器电路、FIFO延时器电路、相干积分电路、DCF电路、一次微分与过零点检 测电路、码延时粗测电路；所述码相位差精测模块包括反射信号相关功率模型数据库、牛顿 迭代高斯算法模块；所述载波相位差估计模块分为主通道和从属通道两部分，主通道对直 射信号进行同步处理，并将同步参数作为参考值输入从属通道，实现对低信噪比反射信号 的处理以及直射、反射信号载波相位差的估计；所述全相位变换与载波相位差修正模块包 括降速电路、全相位傅里叶变换与初相值比较电路、载波相位差修正电路。
【专利摘要】本发明涉及一种实现GNSS-R相位差提取的硬件接收机及方法。该硬件接收机包括码相位差快速粗测模块、码相位差精测模块、载波相位差估计模块和全相位变换与载波相位差修正模块。该方法基于FPGA和DSP，利用FIFO进行数据延时相关实现反射信号有效相干积分，利用码相位差粗测值作为牛顿高斯迭代算法的初值计算码相位差精测值，利用码相位差精测值引导载波相位差求解，利用全相位FFT计算直射信号与反射信号的初相值，并通过初相值的比较修正载波相位差最终结果。本发明可通过硬件器件对采集到的直射与反射导航信号进行实时精确的处理，可对反射面引起的载波相位差测量误差进行修正。
【IPC分类】G01S19/30, G01S19/37, G01S19/29
【公开号】CN105182380
【申请号】CN201510653941
【发明人】王艺燃, 张大炜, 张云雷
【申请人】中国电子进出口总公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月10日