一种多路复用导航信号扩频码错误检测方法及设备与流程

本发明涉及卫星导航信号质量监测与评估领域，尤其涉及一种多路复用导航信号扩频码错误检测方法及设备。

背景技术：

在卫星导航技术领域，用户为实现自身定位，需对卫星与接收机之间的距离进行精确测量，该过程获得的精度与卫星播发的导航信号质量密切相关。

北斗、gps、galileo卫星导航系统下行导航信号普遍采用基于码分多址的直接序列扩频体制，扩频码为收发双方可复现的伪随机码，又称为伪码。导航信号包括开放信号和授权信号，其中开放信号扩频码为短码，具有周期性，长度在1ms到10ms之间；授权信号扩频码为长码，不具有周期性。同一频点发射的信号为多路基带信号按一定功率比和相位关系组合复用而成。由于卫星在轨受空间单粒子效应影响或基带信号生成软件实现问题，导航信号扩频码可能偶发0、1比特位异常翻转情况，需要在地面调试测试以及卫星服役阶段对该异常翻转现象进行实时监测，在必要时进行卫星完好性告警。

卫星导航信号的以下几个特点为扩频码错误检测带来了难度：

1)同一频点调制了多路信号；

2)扩频码上调制有电文数据，电文数据在播发过程中存在随机性翻转；

3)扩频码码片进行了boc调制；

4)授权信号扩频码无周期性，无法进行多个码周期累加处理。

目前，对导航信号扩频码错误的检测主要通过高速信号采集配合离线分析软件进行，一种分析方法是由分析软件生成对应时刻的理想信号，将其与采集信号的等效基带实部虚部分别进行对比，若无异常毛刺则认为该频点所有信号的扩频码正常；另一种方法是连续采集长时间的数据，通过多个码周期的累加筛选出某一路信号，进行码片判决确定扩频码符号，与该路信号扩频码设计值进行比对。第一种方法的缺点在于只能获得定性结果，如果有异常无法快速确定是哪一路信号的问题，而且对于授权信号只能分析有限的片段；第二种方法可对开放信号进行充分的分析，可以识别伪码生成过程中稳定复现的错误比特，但无法对授权信号进行检测分析。这两种方法共同的缺点是无法连续实时监测扩频码错误的发生，只适用于事后离线处理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种卫星导航信号扩频码错误检测方法及设备，用于检测导航信号扩频码是否异常翻转，可实现导航信号的连续实时扩频码错误监测，且扩频码错误检测过程中不受boc子载波和数据调制的影响。

本发明提供的一种多路复用导航信号扩频码错误检测方法，包括辅助信息配置和信号检测处理，

辅助信息配置包括：

完成导航信号的捕获跟踪解调，提取导航信号的导航电文内的时间，将监测接收机本地时间与导航信号的发射时间进行同步；

提取导航信号的周计数、周内秒信息和秒内相位信息，根据这些信息初始化码产生器，该码产生器用于生成检测频点所有信号分量的扩频码流；

在监测接收机内按同步后的时间恢复检测频点导航信号的导航电文；

信号检测处理包括：

选取检测频点某一路信号si的接收通道作为参考，将si接收通道载波频率控制字乘以比例因子作为nco的输入，控制码产生器和子载波产生器生成扩频码和子载波，结合上述恢复的导航电文生成2ⁿ路本地参考基带复用信号，其中仅一路是正确的，其余则遍历扩频码码片所有可能的出错组合，n为检测频点上的信号路数；

将本地生成的各路参考基带复用信号与接收到的导航信号剥离了载波后得到的基带信号进行复相关运算，在清零时刻将积分结果乘以后取实部，公式为

其中tc为码片宽度，sbaseband(t)为导航信号剥离了载波后得到的基带信号，为本地参考基带复用信号，为si在复用信号中的相位设计值；

找出上一步骤中得到的2ⁿ个结果中的最大值，判断该最大值对应的本地参考基带复用信号是否为正确信号。

进一步，生成本地参考基带复用信号的方法包括：对于检测频点的n路导航信号，在生成一路正确码流的同时还生成一路取反后的错误码流，然后分别进行电文数据调制；将正确码流和错误码流任意搭配，即可生成2ⁿ路本地参考基带复用信号。

进一步，积分清零的速率为n路信号码速率的最大公约数。

进一步，信号检测处理还包括：当所述最大值对应的本地参考基带复用信号是错误信号时，找出该本地参考基带复用信号中错误的信号分量。

本发明另一方面提供的一种多路复用导航信号扩频码错误检测设备，包括辅助信息配置装置和信号检测处理装置，

辅助信息配置装置包括：

时间同步子装置，用于在完成导航信号的捕获跟踪解调后，提取导航信号的导航电文内的时间，将监测接收机本地时间与导航信号的发射时间进行同步；

码产生器初始化子装置，用于提取导航信号的周计数、周内秒信息和秒内相位信息，根据这些信息初始化码产生器，该码产生器用于生成检测频点所有信号分量的扩频码流；

导航电文恢复子装置，用于在监测接收机内按同步后的时间恢复检测频点导航信号的导航电文；

信号检测处理装置包括：

参考基带复用信号生成子装置，用于选取检测频点某一路信号si的接收通道作为参考，将si接收通道载波频率控制字乘以比例因子作为nco的输入，控制码产生器和子载波产生器生成扩频码和子载波，结合上述恢复的导航电文生成2ⁿ路本地参考基带复用信号，其中仅一路是正确的，其余则遍历扩频码码片所有可能的出错组合，n为检测频点上的信号路数；

相关积分子装置，用于将本地生成的各路参考基带复用信号与接收到的导航信号剥离了载波后得到的基带信号进行复相关运算，在清零时刻将积分结果乘以后取实部，公式为其中tc为码片宽度，sbaseband(t)为导航信号剥离了载波后得到的基带信号，为本地参考基带复用信号，为si在复用信号中的相位设计值；

判决子装置，用于找出复相关运算子装置得到的2ⁿ个结果中的最大值，判断该最大值对应的本地参考基带复用信号是否为正确信号。

进一步，参考基带复用信号生成子装置生成本地参考基带复用信号的方法包括：对于检测频点的n路导航信号，在生成一路正确码流的同时还生成一路取反后的错误码流，然后分别进行电文数据调制；将正确码流和错误码流任意搭配，即可生成2ⁿ路本地参考基带复用信号。

进一步，信号检测处理装置进行积分清零的速率为n路信号码速率的最大公约数。

进一步，信号检测处理装置还包括错误信号分量查找子装置：用于当所述最大值对应的本地参考基带复用信号是错误信号时，找出该本地参考基带复用信号中错误的信号分量。

本发明另一方面提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

本发明通过在接收环路中产生各种错误用例的复用信号，分别与导航信号进行匹配，检测扩频码码片错误翻转情况。由于本地生成的参考基带复用信号与导航信号进行了相关运算，因此消除了boc调制子载波的影响。借用接收机信号跟踪环路中精确的多普勒、码相位、载波相位等已有信息，辅以接收机维持的时间信息、外界输入的电文信息，可同步生成本地参考基带复用信号，最大限度降低运算资源需求。因此，本发明克服了信号采集离线分析方法的缺点，无需额外增加硬件设备和人力成本，只需将接收机软件进行升级改动即可实现对导航信号扩频码错误翻转现象的连续实时监测。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明实施例给出的实现框图，其中虚线框内为扩频码错误检测功能部分，其余为接收机常规处理部分。

图2为本发明实施例对应的设备连接关系框图。

图3为本发明的一个实施效果演示图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

为了实现本发明的目的，本发明提出了一种在现有常用接收机跟踪环路中嵌入扩频码异常检测的方法，原理框图如图1所示。本方法的具体技术方案包括辅助信息配置和信号检测处理，具体如下：

步骤1：辅助信息配置

步骤1-1：完成导航信号的捕获跟踪解调，提取导航信号的导航电文内的时间，将监测接收机本地时间与导航信号的发射时间进行同步；

步骤1-2：提取导航信号的周计数、周内秒信息和秒内相位信息，根据导航信号的周计数、周内秒信息和秒内相位信息，在整秒时刻初始化图1虚线方框中的码产生器，码产生器用于生成检测频点所有信号分量的扩频码流；

步骤1-3：根据导航信号icd(interfacecontroldocument，接口控制文件)文件要求，在监测接收机内按同步后的时间恢复检测频点导航信号的导航电文。

步骤2：信号检测处理

步骤2-1：选取该检测频点某一路信号si的接收通道作为参考，进入接收通道的导航中频信号可表示为

其中si(t)、sq(t)分别为卫星生成基带信号的实部和虚部，f0为中频频率，为导航信号下变频后得到的中频信号的载波相位，则信号si接收通道完全剥离了载波的基带信号可表示为

其中为si在复用信号中的相位设计值，经相关累加后高频分量被滤除，因此接收到的基带信号可简化为

步骤2-2：将si接收通道载波频率控制字乘以比例因子作为nco(numericallycontrolledoscillator，数字控制振荡器)的输入，控制码产生器和子载波产生器生成扩频码和子载波，结合上述恢复的导航电文生成本地参考基带复用信号。如果该检测频点有n路导航信号，则需要生成2ⁿ路本地参考基带复用信号其中仅一路是正确的，其余则遍历扩频码码片所有可能的出错组合。由于频率控制字中包含了多普勒信息，因此生成的本地参考基带复用信号与导航信号是严格同步的；

步骤2-3：将本地生成的各路参考基带复用信号与接收到的导航信号剥离了载波后得到的基带信号进行复相关运算，在清零时刻将积分结果乘以后取实部，公式为

其中tc为码片宽度，为对取共轭。每个积分周期共得到2ⁿ个积分结果，如果为正确信号，即则收发信号完全匹配，对应结果能量全部集中在实部，且归一化结果为1，否则小于1。积分清零的速率可选取为n路信号码速率的最大公约数。

步骤2-4：找出步骤2-3中得到的2ⁿ个积分结果中的最大值，该结果是某一路本地参考基带复用信号与导航信号剥离了载波后得到的基带信号做相关得到的，将该路本地参考基带复用信号记为sj。若sj为正确信号，则认为该码片宽度内导航信号未发生扩频码异常翻转；若sj为错误信号，则认为该码片宽度内导航信号发生了扩频码异常翻转，且发生码片翻转的信号分量与sj中错误的信号分量相同，因此，找出sj中错误的信号分量即可知道发生码片翻转的信号分量。

本发明另一方面提出了一种与上述方法步骤一一对应的装置组成的设备，该设备包括辅助信息配置装置和信号检测处理装置，辅助信息配置装置包括时间同步子装置、码产生器初始化子装置和导航电文恢复子装置；信号检测处理装置包括参考基带复用信号生成子装置、相关积分子装置和判决子装置。

在一个具体实施例中，按照图2所示连接测试设备，假设对检测频点n路信号分量进检测，分别记为s1，s2，…，sn，则监测接收机选取n路信号码速率的最大公约数作为积分清零速率。

信号跟踪锁定后，选取一路si信号接收通道作为参考(i∈{1，2，...，n}，且si在复用信号中相位设计值为根据解调电文提取周计数与周内秒信息，根据位同步计数器和码nco的值提取精确的秒内相位信息，将以上信息用于初始化本地码生成器。

对于n路导航信号，在生成一路正确码流的同时还生成一路取反后的错误码流，然后分别进行电文数据调制；正确码流和错误码流任意搭配，可生成2ⁿ路本地参考基带复用信号。本地参考基带复用信号生成过程是利用监测接收机跟踪环路中载波频率控制字作为输入的。

将接收通道数字复数下变频后的信号分别和2ⁿ路本地参考基带复用信号进行复数相关运算，在清零时刻将积分结果乘以后取实部，得到结果i1，i2，...，i2n。

上一步的结果取最大值，对应的本地参考基带复用信号若全部为正确码流合成，则说明该码片宽度内所有信号正常，否则对应的信号分量码片出现异常翻转。

下面给出本发明的实际效果演示。假设某频点由五路信号合成，假定在1ms内，其中一路导航信号第204、509、1793码片发生了异常翻转，从图3可以看到，正确信号的相关值减去错误信号的相关值在正常情况下是大于0的，但是在码片出错时小于0，因此可以判定该路信号扩频码出现了异常翻转现象。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom,readonlymemory)、随机存取记忆体(ram,randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。