一种gnss卫星导航信号的无模糊跟踪方法
【专利摘要】本发明涉及一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，针对GNSS系统BOC信号相关函数副峰消除，实现信号无模糊跟踪的方法。本发明利用BOC调制信号相关函数副峰的出现，是由于BOC调制信号的产生过程中引入了子载波的缘故，对接收的BOC信号和本地BOC信号加以改造，使二者逼近无子载波调制的BPSK调制信号，以较低的复杂度得到和BPSK调制信号一样具有单峰的相关函数，从而消除后续捕获过程和跟踪环路的模糊性，实现信号无模糊跟踪的目的。
【专利说明】一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法
【技术领域】
[0001]本发明属于全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System, GNSS),具体涉及一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，针对二进制偏移载波调制(BOC)信号，实现信号的无模糊跟踪。
【背景技术】
[0002]全球卫星导航系统(GNSS)是全球的位置与时间测定系统，由于能够提供高精度、全球化、全天候的导航服务，因此在民用和军事领域有着广泛的应用。随着现代GNSS的快速发展，美国现代GPS系统，欧洲的Galileo系统等都采用了新型卫星导航信号，如高阶BOC (kn, η)信号(k≤2)，MB0C，AltBOC等。和传统BPSK调制的卫星导航信号相比，二进制偏移载波(BOC)调制技术能够使信号能量集中分布在频带边缘，充分利用频带资源，避免信号之间的频谱混叠导致的相互干扰。此外，BOC信号的相关函数具有更窄的主峰，因此具有更好的抗多径性能，从而提升卫星导航信号接收机的高精度测量性能。
[0003]与此同时，也带来了一个问题:信号跟踪的模糊性。BOC信号的相关函数虽然具有更窄的主峰，但还有多个副峰(附图2)，这一方面增加了假捕概率，另一方面，使得跟踪环路的鉴相曲线出现多个错锁点(附图3)，导致跟踪环路错锁在副峰而不是主峰的概率增加，使导航接收机出现漏检和误检问题。
[0004]目前国内、外用于GNSS卫星导航信号，消除相关函数副峰，实现无模糊跟踪的方法，主要有高分辨率相关(High Rate Correlation)法、子载波消除(Sub-carrierCancellation)法、伪相关函数(Pseudo Correlation Function)法。高分辨率相关(HRC)法最初的设计是解决C/A码的多径问题，将其用于BOC信号相关函数副峰的抑制，虽不能彻底消除副峰，但可以使主峰宽`度更窄，副峰变得更小且远离主峰。该方法需要更宽的前端滤波器带宽，要求更高的采样率。因此，需要消耗更高的接收机功率。BOC调制信号与C/A码的区别在于前者有子载波，需要额外估计子载波的相位。子载波消除法就是基于这点出发，利用估计载波的方法来估计子载波，从而消除相关性。该方法得到的自相关函数具有较好的单峰性，但其需要大量的相关器，结构比较复杂。伪相关函数(PFC)法的基本思想是:在本地采用两个特别设计的信号与接收的BOC信号相关，然后再经过非线性处理，获得无模糊相关函数，即伪相关函数。伪相关函数法得到的相关函数能量有损失，容易造成漏检。此外，对于高阶BOC信号，为了构造本地信号，需要更高的采样率。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，解决BOC调制信号相关函数有多个副峰，对接收的卫星导航信号进行捕获、跟踪时容易产生误检和漏检的问题。
[0007]技术方案[0008]一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，其特征在于步骤如下:
[0009]步骤1:将接收到的卫星导航信号和本地载波相乘，进行载波剥离，然后经过二次混频，得到中频输入信号；
[0010]步骤2:将中频输入信号进行离散傅立叶变换，得到频域接收BOC信号re_b0C_fft ；
[0011]将本地伪随机码PRN信号进行子载波调制生成本地BOC调制信号，然后对生成的BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域本地BOC信号，取复共轭后得到信号local—boc_cfft ；
[0012]步骤3:将步骤2中产生本地BOC调制信号时，所用的子载波参数作为基本子载波bas_sub_carrier,再根据周期对基本子载波bas_sub_carrier进行周期扩展,然后按照采样频率进行采样，得到采样后的本地子载波信号baS_boC_Samp ；
[0013]步骤4:将采样后的基本子载波信号bas_b0C_samp进行数据补零，再进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号先取模，再取倒数，得到信号bas_b0C_inv ；
[0014]将得到的采样后的本地子载波信号baS_boC_Samp中，采样点值为_1的改为1，得到信号targ_ca ;再将信号targ_ca中与时长相对应的采样点值保留，其余值置为0，得到本地目标信号targ_ca’ ；所述为目标BPSK调制信号相关峰间距；
[0015]对本地目标信号targ_ca’进行数据补零后，进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号取模后得到信号targ_ca” ；
[0016]步骤5:将步骤4得到的信号bas_boc_inv和信号targ_ca”相乘后得到fil_boc,再分别与步骤2得到的re_boc_fft信号和local_boc_cfft信号相乘,分别得到信号re_boc_sig和local_boc_sig ;对二者相乘后得到的信号comp_boc_sig进行离散傅立叶反变换IDFT后,得到无模糊单峰相关函数unam_boc_corr ；
[0017]步骤6:将无模糊单峰相关函数unam_boc_corr进行捕获门限判决，信号幅度超过预设的门限，说明成功捕获到信号；否则，重复上述过程对接收信号进行处理，直至捕获全部卫星信号。
[0018]所述捕获门限的选取采用文献[谢钢.GPS原理和接收机设计[M].电子工业出版社，2011:258-362]中所提供的方法。
[0019]有益效果
[0020]本发明提出的一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，针对GNSS系统BOC信号相关函数副峰消除，实现信号无模糊跟踪的方法。本发明利用BOC调制信号相关函数副峰的出现，是由于BOC调制信号的产生过程中引入了子载波的缘故，对接收的BOC信号和本地BOC信号加以改造，使二者逼近无子载波调制的BPSK调制信号，以较低的复杂度得到和BPSK调制信号一样具有单峰的相关函数，从而消除后续捕获过程和跟踪环路的模糊性，实现信号无模糊跟踪的目的。
[0021]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0022](I)应用本发明提出的一种GNSS导航信号无模糊跟踪方法，能够消除BOC调制信号相关函数多峰值特性，避免了多峰值特性给GNSS接收机捕获BOC信号时产生的误检和漏检问题。
[0023](2)本发明方法相关运算量小，且最终得到的单峰相关函数的能量没有所失。[0024](3)本发明方法不仅适用于正弦BOC调制信号，也适用于余弦BOC调制信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1:为本发明方法的总流程示意图；
[0026]图2:为GNSS导航信号BOC(15，10)相关函数多峰示意图；
[0027]图3:为GNSS导航信号跟踪环路鉴相曲线错锁点示意图；
[0028]图4:为BOC(10, 5) /[目号使用传统相关得到的相关函数图；
[0029]图5:为BOCdO, 5)信号使用本发明方法得到的相关函数图；
[0030]图6为B0C(10，5)调制信号使用本发明方法，得到的相关函数随码片宽度Td的变化图。
【具体实施方式】
[0031]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0032]本发明实施例一种GNSS导航信号无模糊跟踪方法，如图1所示，包括以下几个步骤:
[0033]步骤一:将接收到的卫星导航信号和本地载波相乘，进行载波剥离(即信号解调)，然后经过二次混频，得到中频输入信号；
[0034]步骤二:将步骤一得到的中频输入信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域接收BOC 信号 re_boc_fft ；`
[0035]对于B0C(m，η)调制信号，扩频码速率为f。= IiXftl，子载波频率为fsb = mXf0,f0=1.023MHz。每个扩频码码片包含k = 2 Xm/n个子载波半周期，BOC调制码每1/2子载波周期码片的采样点数为Nsb = fjfjl。若对t毫秒数据进行积分累加，则数据进行DFT变换点数Ndft = NsbXkXtXmX 1023。以 B0C(1，I)为例，采样率取 fs= 10X L 023MHz 时，1/2 周期BOC调制码码片的采样点数为Ns = fjfj2 = 10X 1.023/1.023/2 = 5，对I毫秒接收数据进行处理，k = 2X1/1 = 2，t = I，则数据进行DFT变换的点数为Ndft = 5X2X1X1X1023=10230。
[0036]将本地伪随机码PRN信号进行子载波调制生成本地BOC调制信号，然后对生成的BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域本地BOC信号，取复共轭后得到信号local—boc_cfft ；
[0037]产生的本地BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT的点数和DFT变换的点数Ndft相同。
[0038]步骤三:根据步骤二中产生本地BOC调制信号时，所用的子载波参数为基本子载波bas_sub_carrier。再根据周期T。对bas_sub_carrier进行周期扩展,然后按照采样频率fs进行采样，得到采样后的本地子载波信号bas_boc_samp ；
[0039]BOC (m，η)调制信号分为正弦BOC调制信号和余弦BOC调制信号，定义为:
[0040]
V ) _ I BOCs(t) = 57g/i[sin(iTTf'j)]，止弦-f 载波
\BOCc{t) = sign[cos(27rf]ht)]，佘弦子载波[0041]每个扩频码码片包含k = 2Xm/n个子载波半周期，k可以为偶数，也可以为奇数。正弦BOC调制信号BOCs⑴和余弦BOC调制信号BOCc⑴在k为偶数和奇数时，分别对应
不同的基本子载波码片，即:
【权利要求】
1.一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，其特征在于步骤如下: 步骤1:将接收到的卫星导航信号和本地载波相乘，进行载波剥离，然后经过二次混频，得到中频输入信号； 步骤2:将中频输入信号进行离散傅立叶变换，得到频域接收BOC信号re_b0C_fft ； 将本地伪随机码PRN信号进行子载波调制生成本地BOC调制信号，然后对生成的BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域本地BOC信号，取复共轭后得到信号local_boc_cfft ； 步骤3:将步骤2中产生本地BOC调制信号时，所用的子载波参数作为基本子载波bas_sub_carrier,再根据周期T。对基本子载波bas_sub_carrier进行周期扩展,然后按照采样频率fs进行采样，得到采样后的本地子载波信号baS_boC_Samp ； 步骤4:将采样后的基本子载波信号bas_b0C_samp进行数据补零，再进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号先取模，再取倒数，得到信号bas_b0C_inv ； 将得到的采样后的本地子载波信号bas_b0C_samp中，采样点值为_1的改为1，得到信号targ_ca ;再将信号targ_ca中与Td时长相对应的采样点值保留，其余值置为0，得到本地目标信号targ_ca’ ；所述Td为目标BPSK调制信号相关峰间距Td ； 对本地目标信号targ_ca’进行数据补零后，进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号取模后得到信号targ_ca” ； 步骤5:将步骤4得到的信号bas_boc_inv和信号targ_ca”相乘后得到fil_boc,再分别与步骤2得到的re_boc_fft信号和local_boc_cfft信号相乘,分别得到信号re_boc_sig和local_boc_sig ;对二者相乘后得到的信号comp_boc_sig进行离散傅立叶反变换IDFT后,得到无模糊单峰相关函数unam_boc_corr ； 步骤6:将无模糊单峰相关函数unam_boC_Corr进行捕获门限判决，信号幅度超过预设的门限，说明成功捕获到信号；否则，重复上述过程对接收信号进行处理，直至捕获全部卫星信号。
【文档编号】G01S19/29GK103760578SQ201410015441
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】赵亮, 翟建勇 申请人:中国电子科技集团公司第二十研究所