一种用于gps卫星导航的基带信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及GPS卫星信号处理领域，尤其设及一种用于GPS卫星导航的基带信号 处理方法。
【背景技术】
[0002] 卫星导航接收机从接收到的卫星信号中捜索捕获各个可见的卫星信号，获得所捕 获卫星信号粗略的码相位值与载波多普勒值，然后所捕获的卫星被送入空闲的跟踪通道进 行卫星信号的跟踪。由于捕获仅能对载波多普勒值与码相位参数值进行粗略估计，跟踪的 目的就是精细化运些参数的估计值，并保持对运些参数的跟踪，然后从跟踪到的卫星信号 中解调出导航电文，并从码跟踪环提取原始伪距测量值，从载波锁相环提取原始载波相位 测量值。如果采用传统的对伪随机码进行串行捜索方法进行捕获，且对每个多普勒频格都 要进行捜索，势必导致捜索时间很长，且计算量很大，对硬件资源的要求很高。单纯进行一 次伪随机码与多普勒频格的捜索就确定捕获到的码相位与多普勒频率，必然使得较低的检 测概率与较高的虚警概率。普通接收机的捕获状态结束进入跟踪状态直至跟踪状态达到收 敛稳定，可W输出原始伪距与载波相位测量值，跟踪环进入稳定状态的时间较长，并且原始 观测量的精度也不高。
[0003] 对于普通导航接收机，从跟踪环路所获得的原始测量值精度不够高，伪距测量值 精度为分米级别，载波相位测量值精度为厘米级别。然而高精度导航接收机由于广泛用于 移动测绘、C0RS系统、精细农业、智能交通、海洋产品等领域，接收机需要从跟踪环路获得厘 米级伪距测量值、毫米级的载波相位测量值，并且要求可靠地输出运些测量值，才能使后续 定位解算可靠稳定的进行，因此对跟踪环路参数的选取与对基带信号处理方法的安排提出 了较高的要求。
【发明内容】
[0004] 鉴于目前GPS卫星信号处理领域存在的上述不足，本发明提供一种用于GPS卫星 导航的基带信号处理方法，能够输出高质量的伪距与载波相位的原始观测量，使得伪距精 度更高，载波相位精度也更高，且提高了可靠性。 阳0化]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0006] 一种用于GPS卫星导航的基带信号处理方法，所述用于GPS卫星导航的基带信号 处理方法包括W下步骤：
[0007] 从基带信号获取相关值并选择出满足一定高度角口限的可见卫星；
[0008] 对所选择的卫星采用基于匹配滤波与FFT的方式进行快速的捕获，W获得大范围 不确定度下的码相位与多普勒信息；
[0009] 若捕获成功，则对捕获到的卫星的码相位与多普勒采用基于精捕获的方法进行确 认；
[0010] 若精捕获成功，则采用码环与锁频环对码相位和载波频率进行动态范围牵引；
[0011] 若牵引成功，则采用码环与锁频环结合的方式进行更为精细的码相位与载波多普 勒的估计；
[0012] 若成功进行相位锁定且频率锁定，则采用合适带宽的码环与锁相环进行码相位和 载波频率的跟踪；
[0013] 进行比特同步和帖同步，成功后进行导航电文译码W获得导航定位解算所用的卫 星位置、卫星速度信息及参数。
[0014] 依照本发明的一个方面，所述从基带信号获取相关值并选择出满足一定高度角口 限的可见卫星包括：依据导航接收机关机前保存的星历与接收机位置信息，计算出当前接 收机开机时刻的可见卫星，选择出满足一定卫星仰角口限的可见卫星。
[0015] 依照本发明的一个方面，所述对所选择的卫星采用基于匹配滤波与FFT的方式进 行快速的捕获中FFT的方式具体为：当本地伪码与接收信号伪码相位一致时，本地伪码与 接收信号相乘后，结果只剩下残留的载波，对其做FFT谱分析，就能够得到多普勒频 移fd。
[0016] 依照本发明的一个方面，所述对捕获到的某颗卫星的码相位与多普勒采用基于精 捕获的方法进行确认包括：设有Μ个I、Q值，Π限值设为A(A取值范围6-12)，初始值设为 B度取值范围比如1-2)，且K=B;获得I、Q平方和；并行Μ个相关包络值进行口限判定； 若第I个累加器没有过口限，则判断第I个累加器化=Κ+1)中的Κ是否等于Α，否则判断 第I个累加器化=Κ-1)中的Κ是否等于0;若第I个累加器化=Κ+1)中的Κ等于Α，则 确认为精捕获成功，将Κ=A的支路变为位于中间的相关器，精捕完毕，状态转移标识变更 状态转移指针指向下一状态；若第I个累加器化=K-1)中的K等于0,则为捕获不成功， 随后设置K=B移动到下Μ个码相位继续进行口限判定，移动完所有码片若还未成功捕获， 则将频点值调整并从初始相位开始移动捕获，频点移动完毕扔未捕获，则确认为捕获失败。
[0017] 依照本发明的一个方面，所述对某颗卫星的码相位与多普勒进行捕获和对捕获到 的某颗卫星的码相位与多普勒采用基于精捕获的方法进行确认是并行执行的。
[0018] 依照本发明的一个方面，所述采用码环与锁频环对码相位和载波频率进行动态范 围牵引的【具体实施方式】可为：采用码环与锁频环对码相位和载波频率进行两次动态范围牵 引。
[0019] 依照本发明的一个方面，所述采用码环与锁频环对码相位和载波频率进行两次动 态范围牵引具体可为：第一次采用大带宽的码环与锁频环对码相位与载波频率进行大动态 范围牵引，其中载波锁频环滤波器带宽取lOOHz，码环滤波器带宽取10~99化；第二次采用 较小带宽的码环与锁频环对码相位与载波频率进行较小动态范围牵引，其中，载波锁频环 滤波器带宽取10~99化，码环滤波器带宽取0~9Hz。
[0020] 依照本发明的一个方面，所述采用合适带宽的码环与锁相环进行码相位和载波频 率的跟踪具体可为：如果相位锁定且频率锁定，则环路进入good状态，否则环路重回捕获 状态，在good状态下，采用合适带宽的码环与锁相环进行码相位与载波频率的跟踪，其中， 码环滤波器带宽与锁相环滤波器带宽采用经过理论计算的值。
[0021] 依照本发明的一个方面，所述进行比特同步和帖同步包括：在相位频率锁定有效 的good状态下，启动比特同步，解调出电文数据比特流，同步成功，从而转为帖同步。
[0022] 依照本发明的一个方面，所述成功后进行导航电文译码W获得导航定位解算所用 的卫星位置、卫星速度信息具体可为：帖同步之后进行导航电文译码，获取星历、历书信息， 从星历历书获得导航定位解算所用的卫星位置、卫星速度信息及参数。
[0023] 本发明实施的优点：本发明所述的用于GI^卫星导航的基带信号处理方法通过对 所选择的卫星采用基于匹配滤波与FFT的方式进行快速的捕获，W获得大范围不确定度 下的码相位与多普勒信息，再采用基于精捕获的方法进行确认，确认后采用码环与锁频环 对码相位和载波频率进行动态范围牵引，成功锁定相位和频率后采用合适带宽的码环与锁 相环进行码相位和载波频率的跟踪，最后进行比特同步和帖同步，并在成功后进行导航电 文译码W获得导航定位解算所用的卫星位置、卫星速度信息及参数，采用匹配滤波+FFT的 方式进行快速捕获，可W-次对多个码相位进行串行捜索，且同时求得对应每个码相位的 所有多普勒频格的值，对于码相位与多普勒频率的捜索可W并行进行，加快了捕获速度，捕 获之后采用精捕获方式对捕获到的码相位与多普勒频率进行确认，提高了检测到的卫星信 号的检测概率且降低了虚警概率，提高了信号捕获的可靠性和对信号参数估计的精确性， 随后，首先采用锁频环与码环进行牵引，W便加快跟踪环路的收敛速度，最后采用锁相环与 码环的形式进行稳定跟踪，W保证跟踪环路输出高质量的伪距与载波相位的原始观测量， 使得GPS的伪距精度更高，载波相位精度更高，且提高了跟踪环路的可靠性。
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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W根据运些附图获得其他的附 图。
[00巧]图1为本发明所述的一种用于GPS卫星导航的基带信号处理方法示意图；
[0026] 图2为本发明所述的一种用于GI^卫星导航的基带信号处理方法的比特同步流程 图；
[0027] 图3为本发明所述的一种用于GI^卫星导航的基带信号处理方法的精捕获流程 图； 图4为本发明所述的平滑滤波器示意图。
【具体实施方式】
[0028] 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 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
[0029] 如图1、图2和图3所示，一种用于GI^卫星导航的基带信号处理方法，所述用于 GI^卫星导航的基带信号处理方法包括W下步骤：
[0030] 步骤S1:从基带信号获取相关值并选择出满足一定高度角口限的可见卫星；