一种新体制卫星信号NH码剥离方法与流程

本发明属于一种卫星导航接收机信号处理方法，具体涉及一种新体制卫星信号nh码剥离方法。

背景技术：

目前，北斗系统在b1i频点采用导航电文、neumann-hoffman(nh)码、伪码同步调制，卫星导航电文原始比特率为50bit/s，经nh码调制后的数据比特率为1000bit/s，每个伪码周期都可能发生数据比特翻转。nh码调制也将广泛应用于新体制卫星信号中，这种改进有利有弊，一方面，nh码的加入可以提高抗窄带干扰能力，改善卫星导航信号之间的互相关特性；另一方面，nh码的存在也会导致频率捕获的模糊性，跟踪预检积分时间长度受限，影响跟踪精度。

为了延长预检积分时间，采用对数据比特翻转敏感的四相反正切鉴相器，提高跟踪精度和灵敏度，考虑在捕获阶段完成nh码的粗同步，消除nh码对跟踪环路的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在捕获阶段完成新体制卫星信号nh码剥离的实现方法。

本发明是这样实现的，一种新体制卫星信号nh码剥离方法，包括以下步骤，

步骤1、采用并行频率搜索算法实现长度为一个伪码周期的卫星导航信号的全范围捕获；

步骤2、根据码相位捕获结果调整本地缓存数据的相位；

步骤3、采用并行频率搜索算法实现长度为两个伪码周期的卫星导航信号的小范围捕获；

步骤4、根据捕获峰值的大小判断这两个伪码周期之间是否存在nh码元跳变；

步骤5、将跳变的判断结果与假设的nh码序列中对应码元的跳变规律相比较，根据比较结果调整tong检测器的计数变量；

步骤6、重复步骤3～步骤6，遍历一个nh码周期中每相邻两个伪码周期。

步骤7、将所有tong检测器计数变量中的最大值与预设上限相比较，如果超过预设上限，那么它对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序。

所述的步骤1包括以下操作：

假设新体制卫星信号的伪码周期为1ms，nh码周期为20ms，一个nh码周期包含20个码元，每个码元对应一个伪码周期；

预捕获阶段采用全范围捕获，频率搜索范围为(fmin,fmax)，一般可取20khz，码相位搜索范围为一个伪码周期；

卫星导航信号经硬件电路下变频后，在fpga中完成全范围捕获，处理过程如下：

接收信号缓存：在fpga内部缓存一段长度为21ms的经前端处理后的卫星中频信号；

混频：卫星中频信号与载波nco输出的载波信号混频；

伪码相关：在fpga内部将伪码nco输出的伪码信号依次延时0.5个码片，得到na路并行伪码，再将这na路伪码分别与混频后的前1ms的卫星中频信号相关，得到na路混频相关结果；

部分累积：na条支路分别进行50us相关累积，得到ma个累积结果，一共na×ma个累积结果；

fft和取模：na条支路上的ma个累积结果分别进行la(la≥ma)点fft，并对fft结果的实部和虚部作取模运算，得到na×la阶检测矩阵，再将矩阵中的最大值及其地址传给dsp。

所述的步骤2包括以下操作：

在dsp中解算出捕获峰值对应的模糊的多普勒频移和分辨率为0.5个码片的码相位，然后根据码相位捕获结果调整本地缓存数据的相位，使本地伪码与接收信号中的伪码对齐。

所述的步骤3包括以下操作：

全比特捕获阶段采用小范围捕获，频率搜索范围为(fm'in,fm'ax)，相较于(fmin,fmax)有所缩小，具体数值的选取需考虑动态应用环境，由于nh码元跳变的存在，至少不小于1khz，码相位搜索范围为预捕获结果附近的10个码片，搜索步长为0.1个码片；

全比特捕获的处理过程如下：

伪码相关：在fpga内部将伪码nco输出的伪码信号依次延时0.1个码片，得到nb路并行伪码，再将这nb路伪码分别与混频后的前2ms的整伪码周期的卫星中频信号相关，得到nb路混频相关结果；

部分累积：nb条支路分别进行yus相关累积，得到mb个累积结果，一共nb×mb个累积结果；

fft和取模：nb条支路上的mb个累积结果分别进行lb(lb≥mb)点fft，并对fft结果的实部和虚部作取模运算，得到nb×lb阶检测矩阵，再将矩阵中的最大值及其地址传给dsp。

所述的步骤4包括以下操作：

在dsp中解算出捕获峰值对应的无模糊的多普勒频移和分辨率为0.1个码片的码相位；并将捕获峰值与预设门限相比较，如果峰值大于门限，则说明这2ms卫星导航信号中不存在数据跳变，如果峰值小于门限，则说明存在数据跳变。

所述的步骤5包括以下操作：

一个nh码周期包含20个码元，对应不同起始码元有20个码序列，每个码序列对应dsp中一个tong检测器，20个tong检测器对应的计数变量分别为k1、k2、…、k20，初始值全部预设为b，将步骤4中跳变的判断结果与20个码序列第1、2位之间的跳变规律相比较，如果两者都跳变或都不跳变，则对应的ki(1≤i≤20)加1，如果两者一个跳变一个不跳变，则对应的ki减1。

所述的步骤6包括以下操作：

在完成了前2ms卫星中频信号的捕获和nh码元跳变判定后，重复步骤3～步骤6，依次将2～3ms、3～4ms、…、20～21ms的捕获判定结果分别与20个码序列第2、3位、第3、4位、…第20、1位之间的跳变规律相比较，根据比较结果调整tong检测器的计数变量。

所述的步骤7包括以下操作：

如果某个tong检测器的计数变量ki(1≤i≤20)减至0，则匹配失败，结束相应tong检测器的匹配；在完成了一个nh码周期的解算后，将20个tong检测器计数变量ki中的最大值与kmax门限值a相比较，如果超过a，则匹配成功，它对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序，在捕获阶段就实现了卫星导航信号的位同步。

所述的步骤3中：全比特捕获阶段采用小范围捕获；

所述的步骤4～7中：nh码剥离的处理过程如下：对长度为一个nh码周期的卫星导航信号中的每相邻两个伪码周期进行相关运算，根据相关运算的结果判断它们之间是否存在nh码元跳变，每次判断结果如果与假设的nh码序列跳变规律相同，则相应码序列的tong检测器计数变量加1，如果不同，则相应的计数变量减1，最先达到计数上限的tong检测器对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序。

本发明的优点是，给出了一种在捕获阶段实现nh码同步的方法，解决了跟踪阶段卫星导航信号受nh码影响无法采用长于1ms的预检积分时间和四相反正切鉴相器问题，适应高灵敏度环路的跟踪要求；通过预捕获和全比特捕获两个阶段，解决了由nh码元跳变引起的频率模糊问题，实现了多普勒频移的精确捕获；在全比特捕获阶段采用更小的搜索范围和更精细的搜索步长，码相位捕获结果更加精确，节约了捕获时间。

附图说明

图1为本发明所提供的一种新体制卫星信号nh码剥离方法流程图；

图2为本发明中的fpga中的并行频率搜索算法捕获原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细介绍：

一种新体制卫星信号nh码剥离方法，将捕获分为预捕获和全比特捕获两个阶段，在预捕获阶段，采用并行频率搜索算法对长度为一个伪码周期的卫星导航信号的频率和码相位进行一轮全范围搜索，由于nh码元跳变的存在，可以实现码相位的精确捕获，只能实现频率的粗略捕获；然后在全比特捕获阶段，根据精确的码相位捕获结果调整本地缓存数据的相位，对长度为一个nh码周期的卫星导航信号中的每相邻两个伪码周期进行相关运算，根据相关运算的结果判断它们之间是否存在nh码元跳变，每次判断结果如果与假设的nh码序列跳变规律相同，则相应码序列的tong检测器计数变量加1，如果不同，则相应的计数变量减1，最先达到计数上限的tong检测器对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序，包括以下步骤：

步骤1、采用并行频率搜索算法实现长度为一个伪码周期的卫星导航信号的全范围捕获；步骤2、根据码相位捕获结果调整本地缓存数据的相位；步骤3、采用并行频率搜索算法实现长度为两个伪码周期的卫星导航信号的小范围捕获；步骤4、根据捕获峰值的大小判断这两个伪码周期之间是否存在nh码元跳变；步骤5、将跳变的判断结果与假设的nh码序列中对应码元的跳变规律相比较，根据比较结果调整tong检测器的计数变量；步骤6、重复步骤3～步骤6，遍历一个nh码周期中每相邻两个伪码周期；步骤7、将所有tong检测器计数变量中的最大值与预设上限相比较，如果超过预设上限，那么它对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序。

步骤1包括以下操作：

假设新体制卫星信号的伪码周期为1ms，nh码周期为20ms，一个nh码周期包含20个码元，每个码元对应一个伪码周期；

预捕获阶段采用全范围捕获，频率搜索范围为(fmin,fmax)，一般可取20khz，码相位搜索范围为一个伪码周期；

卫星导航信号经硬件电路下变频后，在fpga中完成全范围捕获，处理过程如下：

接收信号缓存：在fpga内部缓存一段长度为21ms的经前端处理后的卫星中频信号；

混频：卫星中频信号与载波nco输出的载波信号混频；

伪码相关：在fpga内部将伪码nco输出的伪码信号依次延时0.5个码片，得到na路并行伪码，再将这na路伪码分别与混频后的前1ms的卫星中频信号相关，得到na路混频相关结果；

部分累积：na条支路分别进行50us相关累积，得到ma个累积结果，一共na×ma个累积结果；

fft和取模：na条支路上的ma个累积结果分别进行la(la≥ma)点fft，并对fft结果的实部和虚部作取模运算，得到na×la阶检测矩阵，再将矩阵中的最大值及其地址传给dsp。

步骤2包括以下操作：

在dsp中解算出捕获峰值对应的模糊的多普勒频移和分辨率为0.5个码片的码相位，然后根据码相位捕获结果调整本地缓存数据的相位，使本地伪码与接收信号中的伪码对齐。

步骤3包括以下操作：

全比特捕获阶段采用小范围捕获，频率搜索范围为(fm'in,fm'ax)，相较于(fmin,fmax)有所缩小，具体数值的选取需考虑动态应用环境，由于nh码元跳变的存在，至少不小于1khz，码相位搜索范围为预捕获结果附近的10个码片，搜索步长为0.1个码片；

全比特捕获的处理过程如下：

伪码相关：在fpga内部将伪码nco输出的伪码信号依次延时0.1个码片，得到nb路并行伪码，再将这nb路伪码分别与混频后的前2ms的整伪码周期的卫星中频信号相关，得到nb路混频相关结果；

部分累积：nb条支路分别进行yus相关累积，得到mb个累积结果，一共nb×mb个累积结果；

fft和取模：nb条支路上的mb个累积结果分别进行lb(lb≥mb)点fft，并对fft结果的实部和虚部作取模运算，得到nb×lb阶检测矩阵，再将矩阵中的最大值及其地址传给dsp。

步骤4包括以下操作：

在dsp中解算出捕获峰值对应的无模糊的多普勒频移和分辨率为0.1个码片的码相位；并将捕获峰值与预设门限相比较，如果峰值大于门限，则说明这2ms卫星导航信号中不存在数据跳变，如果峰值小于门限，则说明存在数据跳变。

步骤5包括以下操作：

一个nh码周期包含20个码元，对应不同起始码元有20个码序列，每个码序列对应dsp中一个tong检测器，20个tong检测器对应的计数变量分别为k1、k2、…、k20，初始值全部预设为b，将步骤4中跳变的判断结果与20个码序列第1、2位之间的跳变规律相比较，如果两者都跳变或都不跳变，则对应的ki(1≤i≤20)加1，如果两者一个跳变一个不跳变，则对应的ki减1。

步骤6包括以下操作：

在完成了前2ms卫星中频信号的捕获和nh码元跳变判定后，重复步骤3～步骤6，依次将2～3ms、3～4ms、…、20～21ms的捕获判定结果分别与20个码序列第2、3位、第3、4位、…第20、1位之间的跳变规律相比较，根据比较结果调整tong检测器的计数变量。

步骤7包括以下操作：

如果某个tong检测器的计数变量ki(1≤i≤20)减至0，则匹配失败，结束相应tong检测器的匹配；在完成了一个nh码周期的解算后，将20个tong检测器计数变量ki中的最大值与kmax门限值a相比较，如果超过a，则匹配成功，它对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序，在捕获阶段就实现了卫星导航信号的位同步。

作为优选方案：

步骤3中：全比特捕获阶段采用小范围捕获；

步骤4～7中：nh码剥离的处理过程如下：对长度为一个nh码周期的卫星导航信号中的每相邻两个伪码周期进行相关运算，根据相关运算的结果判断它们之间是否存在nh码元跳变，每次判断结果如果与假设的nh码序列跳变规律相同，则相应码序列的tong检测器计数变量加1，如果不同，则相应的计数变量减1，最先达到计数上限的tong检测器对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序。

作为进一步的优选方案：

步骤3中：全比特捕获阶段采用小范围捕获，频率搜索范围为(fm'in,fm'ax)，相较于(fmin,fmax)有所缩小，具体数值的选取需考虑动态应用环境，由于nh码元跳变的存在，至少不小于1khz，码相位搜索范围为预捕获结果附近的10个码片，搜索步长为0.1个码片；

步骤4～7中：nh码剥离的处理过程具体如下：

在dsp中将捕获峰值与预设门限相比较，如果峰值大于门限，则说明这2ms卫星导航信号中不存在数据跳变，如果峰值小于门限，则说明存在数据跳变；

对应不同起始码元的20个码序列分别对应dsp中一个tong检测器，20个tong检测器对应的计数变量分别为k1、k2、…、k20，初始值全部预设为b，将跳变的判断结果与20个码序列第1、2位之间的跳变规律相比较，如果两者都跳变或都不跳变，则对应的ki(1≤i≤20)加1，如果两者一个跳变一个不跳变，则对应的ki减1；

在完成了前2ms卫星中频信号的捕获和nh码元跳变判定后，按照同样的方法依次将2～3ms、3～4ms、…、20～21ms的捕获判定结果分别与20个码序列第2、3位、第3、4位、…第20、1位之间的跳变规律相比较，根据比较结果调整tong检测器的计数变量；

如果某个tong检测器的计数变量ki(1≤i≤20)减至0，则匹配失败，结束相应tong检测器的匹配；在完成了一个nh码周期的解算后，将20个tong检测器计数变量ki中的最大值与kmax门限值a相比较，如果超过a，则匹配成功，它对应的nh码序列跳变顺序就是被检测卫星导航信号中nh码元的跳变顺序，在捕获阶段就实现了卫星导航信号的位同步。