一种多频卫星导航接收机快速引导跟踪方法及装置与流程

本发明涉及多频高精度卫星导航接收机，特别是一种多频卫星导航接收机快速引导跟踪方法及装置。

背景技术：

目前，卫星导航多频接收机普遍对同一颗卫星的多个频点信号单独进行捕获、跟踪以及电文译码。由于捕获模块是串行工作的，同一颗卫星的多个频点信号需要轮流占用捕获模块进行信号捕获，导致处理时间较长，且捕获模块需要兼容多个频点，实现复杂度较高。

针对并行快速多频接收机，存在一种快速引导跟踪装置，通过捕获一颗卫星上的某一个频点，将捕获频点的多普勒频移换算到其他频点的多普勒频移，同时将捕获频点的初始码相位直接设置为其他卫星的初始码相位，对该卫星其他频点进行引导跟踪。

然而，由于同一颗卫星不同频点的扩频码速率不同，导致捕获转引导跟踪时，码相位偏移量不同。以捕获L1频点引导L5频点跟踪为例，L1频点的码速率为1.023MHz，L5频点的码速率为10.23MHz。由于L1频点的捕获模块会产生1-2个码片的偏移，此偏移会通过L1频点的引导跟踪模块进行修正。然而此1-2个码片的码相位偏移会导致L5频点10-20个码片的码相位偏移，使得无法正确跟踪L5频点，进而导致此快速引导跟踪装置失效。特别地，即使将L5频点的初始码相位在L1初始相位的基础上预设一个固定偏移，也无法保证L5频点顺利跟踪。这是因为，不同时间、不同卫星、不同环境下的捕获模块产生的码相位偏移也不同，因此通过对L5码相位进行提前偏移有着一定的局限性。其次，另一种方案提出可以将L1频点跟踪锁定后的准确相位信息作为L5频点的初始相位信息进行引导跟踪。然而，由于要保证L1和L5跟踪模块的同步性，需要在电路时序图上精确设计，可适用范围也存在一定的局限性。并且通过利用L1频点的跟踪锁定信息再去引导跟踪L5模块，会导致L1和L5频点存在一定的时延，此时延对于后续的多卫星多频点定位造成很大的不确定性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多频卫星导航接收机快速引导跟踪方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多频卫星导航接收机快速引导跟踪方法，包括以下步骤：

1)通过射频通道分别将不同频点的射频信号下变频到中频信号，L1频点和L5频点的中频信号接收通道同步打开，进行同步数据接收；

2)对L1频点信号进行捕获，得到L1频点的码相位和多普勒；

3)生成L1和L5频点信号的本地伪码，等待L1频点和L5频点信号启动跟踪；

4)在L1频点信号被捕获成功后，利用L1频点信号的多普勒值乘以L5频点频率值，再除以L1频点频率值作为L5频点信号的多普勒值f_d5，即：f_d5＝f_d1*f₅/₁；其中f₅为L5频点的射频中心频率，f₁为L1频点的射频中心频率，f_d1为L1频点的多普勒值；

5)将L1频点信号的初始码相位作为L5频点信号的初始码相位，设为CUR；

6)将L1频点的初始多普勒值f_d1和初始码相位值CUR，作为L1跟踪模块的输入参数进行引导跟踪；与此同时，将L5频点信号的初始多普勒值f_d5和初始码相位值CUR作为L5跟踪模块的输入参数进行引导跟踪。

L1频点信号的引导跟踪过程包括：进行二级相关器累加积分运算，每一级相关器有8个相关器；利用第一级相关器作为引导过程，以L1频点的码相位作为准时通道，以准时通道为基准，二分之一个码片为相关器间隔，组成8个宽相关器，选取累加包络值最大的相关器，若此最大值超过其他7个累加包络值的平均值的两倍，则开始进入跟踪过程，并将该累加包络值最大的相关器通道位置作为第二级相关器准时通道，八分之一个码片为相关器间隔，包括该准时通道本身，组成8个窄相关器；最后，采用载波环和码环鉴相方法对此8个窄相关器积分累加值进行运算，不断调整载波相位的位置和8个窄相关器的位置，实现L1的频率信号跟踪和锁定。

L5频点信号的引导跟踪过程包括以下步骤：

1)进行三级相关器累加积分运算，每一级相关器有8个相关器，其中第一级相关器自适应可变位置，利用第一级相关器作为引导过程，以L1频点的码相位作为准时通道，以准时通道为基准，2个码片为相关器间隔，组成8个宽相关器，即第二级宽相关器；宽相关器的最大级数MAX_COR和计数器COUNT清零；

2)选取8个相关器中累加包络值最大的相关器，若此最大值超过其他7个累加包络值的平均值的两倍，将该累加包络值最大的相关器通道位置作为下一级相关器准时通道，并开始进入下一级跟踪过程，跳入步骤4)；若8个宽相关器没有一个相关器的累加包络值超过预设的门限值，则计数器COUNT的值加1，进入步骤4)；

3)若COUNT>MAX_COR，则判定L5无法引导跟踪，结束；若COUNT≤MAX_COR，则将准时通道调整为CUR*＝CUR-16，返回执行步骤3)；

4)调整第二级宽相关器的间隔为二分之一个码片，以准时通道为基准，组成8个宽相关器，选取8个相关器中累加包络值最大的相关器作为下一级相关器准时通道，下一级相关器组为八分之一个码片为相关器间隔，包括准时通道本身，组成第三级8个窄相关器；最后，通过采用载波环和码环鉴相方法对此8个窄相关器积分累加值进行运算，不断调整载波相位的位置和8个窄相关器的位置，实现L5的频率信号跟踪和锁定。

相应的，本发明还提供了一种多频卫星导航接收机快速引导跟踪装置，包括：

天线：用于接收不同频点的射频信号；

L1频点射频通道：用于将L1频点的射频信号下变频到中频信号；

L1频点捕获模块：用于将L5频点的射频信号下变频到中频信号；

L1频点捕获模块：用于对L1频点信号进行捕获，得到L1频点的码相位和多普勒；

L1跟踪模块：用于进行L1频点信号的引导跟踪；

L5跟踪模块：用于进行L5频点信号的引导跟踪。

所述L1跟踪模块包括：

第一级相关器：包括8个宽相关器；所述8个宽相关器的组成过程包括：以捕获模块送入的初始码相位作为准时通道，以准时通道为基准，二分之一个码片为相关器间隔，组成8个宽相关器；

第二级相关器：包括8个窄相关器；所述8个窄相关器的组成过程包括：当所述第一级相关器的8个宽相关器中有一个相关器的累加包络值超过预设的门限值，则选取累加包络值最大的相关器作为准时通道，八分之一个码片为相关器间隔，包括准时通道本身，组成8个窄相关器。

所述L5跟踪模块包括：

第一级相关器：包括8个相关器，且该8个相关器自适应可变位置；

第二级相关器：包括8个宽相关器；所述8个宽相关器的组成过程包括：以捕获模块送入的初始码相位作为准时通道，以准时通道为基准，2个码片为相关器间隔，组成8个宽相关器；

第三级相关器：包括8个窄相关器；所述8个窄相关器的组成过程包括：调整第二级宽相关器的间隔为二分之一个码片，以准时通道为基准，组成8个宽相关器，选取8个相关器中累加包络值最大的相关器作为下一级相关器准时通道，下一级相关器组为八分之一个码片为相关器间隔，包括准时通道本身，组成第三级8个窄相关器。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过自适应增大相关器的间隔实时地找到相关峰的位置，进而实现精确快速引导跟踪。本发明可以适用于硬件接收机，软件接收机多种环境下的在线或离线设置，不需要考虑多频点间的时钟严格同步性，具有很强的通用性。

附图说明

图1为本发明装置结构图；

图2为本发明L1引导模块原理图；

图3为本发明L5引导模块原理图。

具体实施方式

本发明的装置结构如图1所示：

整个装置包括：天线、各个频点射频通道(以GPS卫星上的L1和L5两个频点为例，但是本方法可拓展到N个频点其他任意卫星导航系统接收机，其中N>1)、L1频点捕获模块、L1和L5频点引导跟踪模块以及定位解算模块。天线与所有射频通道连接，L1频点射频通道与L1频点捕获模块连接，L1频点捕获模块与L1和L5引导跟踪模块连接，L5频点射频通道与L5跟踪模块连接，L1和L5引导跟踪模块与定位解算模块连接。

本发明装置的工作原理为：

步骤1：通过射频通道分别将不同频点的射频信号下变频到中频信号，L1和L5频点的中频信号接收通道同步打开，进行严格地同步数据接收；

步骤2：利用捕获模块对L1频点信号进行捕获，得到L1频点的码相位和多普勒；

步骤3：对L1频点信号进行捕获；

步骤4：生成L1和L5频点信号的本地伪码，等待L1和L5频点信号启动跟踪；

步骤5：在L1频点信号被捕获成功后，利用L1频点信号的多普勒值乘以L5频点频率值再除以L1频点频率值作为L5频点信号的多普勒值，即

f_d5＝f_d1*f₅/₁

其中f_d5为算得的L5频点的多普勒值，f₅为L5频点的射频中心频率，f₁为L1频点的射频中心频率，f_d1为L1频点的多普勒值。

步骤6：L5频点信号的初始码相位为L1频点信号的初始码相位，设为CUR；

步骤7：开启L1和L5频点信号的跟踪模块，将L1频点的初始多普勒值f_d1和初始码相位值CUR，作为L1跟踪模块的输入参数进行引导跟踪。与此同时，将L5频点信号的初始多普勒值f_d5和初始码相位值CUR作为L5跟踪模块的输入参数进行引导跟踪。开始跟踪信号。L1和L5频点的跟踪模块如图2和图3所示。

本发明提出的自适应宽相关器选择的快速引导跟踪装置及方法的原理为：

1、L1和L5频点信号接收和跟踪通道开启的严格同步；

通过利用FPGA中的TIC信号发生模块，使得L1和L5频点的中频信号接收通道同步打开，进行严格地同步数据接收；并且同步启动L1和L5频点信号的跟踪。

2、生成L1和L5频点信号的本地伪码，等待L1和L5频点信号启动跟踪；

3、L1频点信号的引导跟踪：

L1频点的引导跟踪模块进行二级相关器累加积分运算，每一级相关器有8个相关器。利用第一级相关器作为引导过程，以捕获模块送入的初始码相位作为准时通道，以准时通道为基准，二分之一个码片为相关器间隔，组成8个宽相关器，组成8个宽相关器，选取累加包络值最大的相关器，若此最大值超过其他7个值的平均值的两倍，则开始进入跟踪过程，并将该累加包络值最大的相关器通道位置作为第二级相关器准时通道，八分之一个码片为相关器间隔，包括准时通道本身，组成8个窄相关器。最后，通过采用载波环和码环鉴相算法对此8个窄相关器积分累加值进行运算，不断调整载波相位的位置和8个窄相关器的位置，实现L1的频率信号跟踪和锁定。

4、L5频点信号的引导跟踪：

(1)L5点的引导跟踪模块进行三级相关器累加积分运算，每一级相关器有8个相关器，其中第一级相关器自适应可变位置。利用第一级相关器作为引导过程，以捕获模块送入的初始码相位作为准时通道，以准时通道为基准，2个码片为相关器间隔，组成8个宽相关器。设置自适应宽相关器的最大级数MAX_COR和计数器COUNT清零。

(2)组成的8个宽相关器，选取累加包络值最大的相关器，若此最大值超过其他7个值的平均值的两倍，则开始进入跟踪过程，并将该累加包络值最大的相关器通道位置作为下一级宽相关器的准时通道，并开始进入下一级跟踪过程，跳入(4)。若8个宽相关器没有一个相关器的累加值超过预设的门限值，计数器COUNT＝COUNT+1，进入(3)；

(3)若COUNT>MAX_COR，则判定L5无法引导跟踪，跳出引导跟踪模块；若COUNT≤MAX_COR，将准时通道调整为CUR＝CUR-16，执行(3)；

(4)调整第二级宽相关器的间隔为二分之一个码片，以准时通道为基准，组成8个宽相关器。选取8个相关器中累加包络值最大的相关器作为下一级相关器准时通道。下一级相关器组为八分之一个码片为相关器间隔，包括准时通道本身，组成第三级8个窄相关器。最后，通过采用载波环和码环鉴相算法对此8个窄相关器积分累加值进行运算，不断调整载波相位的位置和8个窄相关器的位置，实现L5的频率信号跟踪和锁定。