一种高W码适应性的L2P（Y）信号跟踪方法与流程

本发明涉及一种高w码适应性的l2p(y)信号跟踪方法，属于gps双频跟踪领域。

背景技术：

为了达到高精度定位的需要，gps接收机需要通过接收双频信号实现导航定位，现有使用最广的gps双频信号是l1c/a码和l2p(y)码双频gps接收机。

gps卫星同时在l1和l2两个独立载波上发射导航信号，其频率分别为1575.42mhz和1227.60mhz，l1频率由c/a码和p(y)两种prn码调制，其载波相位正交。l2频率只调制p(y)码信号。为了达到保密的目的，y码是由p码(码型公开周期为7天，码速率10.23mhz)和w码(码型未知，无周期，码速率约500khz)异或产生。除了美军授权用户外，普通用户只能通过无码或半无码跟踪技术实现l2信号测量。

在信号加密条件下，为了从l2p(y)码信号中获取伪距及载波相位信息，促进了l2(y)信号跟踪技术的发展，这些技术在无需w码授权的条件下跟踪l2信号。相关技术主要分为无码跟踪技术和半无码跟踪技术。无码跟踪技术假设不知道y码任何码型信息，只利用已知的10.23mhz码速率，通过l1辅助l2进行跟踪。半无码技术不仅利用l1p信号和l2p信号的相关性还利用了y码是由p码和w码异或产生切p码的码型和码速率已知、w码的码速率近似为500khz的特性提高系统的灵敏度。

k.t.woo在“optimumsemi-codelesscarrierphasetrackingofl2”，the12thinternationaltechnicalmeetingofthesatellitedivisionoftheinstituteofnavigation，总结了l2p码跟踪方法，认为z跟踪法是一种高效简洁的p码半无码跟踪方法，并在国内被广泛被引用，如“gps半无码跟踪技术仿真与性能分析”黄静，姚铮，陆明泉，2010-第一届中国卫星导航学术年会等。

实现z跟踪有两个前提，①p码码型码速率已知；②w码的码速率或码片长度组合方式已知。其中条件①可以在gpsicd文件(接口控制文件)中获取，条件②是各种研究对w可能码速率的总结，因为gpsicd只约束了w码的码速率约为500khz，并未给出其具体值。

姚铮等在“应用于gps接收机的序贯检测器性能分析”《清华大学学报(自然科学版)》isticeipku-2007年7期分析w码的码速率并不是固定的，但是和产生p码的其中一个子码x1a是同步的。x1a码的速率和p码速率一致为10.23mhz，并且其长度4092个p码。w码的速率是按照一定的模式变化的，可以表达为：m/2个码长为a个p码的w码跟随着n/2个码长为b个p码的w码。a和b都接近20而且在一个x1a周期内重复，即：am+bn＝4092。根据实验可以得到，a＝18，b＝24，m＝94，n＝100。此结果是对w码速率的估计值非准确值。w码码速率估计不准确会导致z跟踪出现信号损失。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高w码适应性的l2p(y)信号跟踪方法，不需要估计w码码速率，避免了由于w码码速率估计不准确带来的z跟踪信号处理损失问题。

本发明的技术解决方案是：

一种高w码适应性的l2p(y)信号跟踪方法，包括如下步骤：

(1)接收机对数字化后的gpsl1p(y)中频信号进行处理，剥离其载波和扩频码；

(2)对剥离载波和扩频码后的信号通过第一低通滤波器滤除带外噪声，得到gpsl1p(y)中频信号上调制的w码；

(3)接收机根据gpsl1p(y)中频信号的处理结果，剥离gpsl2p(y)中频信号的载波和扩频码；

(4)将步骤(3)剥离扩频码后的信号通过第二低通滤波器滤除带外噪声，得到gpsl2p(y)中频信号上调制的w码；

(5)gpsl2p(y)中频信号上调制的w码和经过延迟的gpsl1p(y)中频信号上调制的w码相乘即可剔除w码，获得gpsl2p(y)中频信号的载波残差；

(6)对gpsl2p(y)中频信号的载波残差进行相干积分，以提高信噪比；

(7)相干积分后的信号经过锁相环进行载波及码跟踪后，得到的信号通过压控振荡器vco得到恢复后的gpsl2p(y)中频信号的载波，实现相位跟踪。

所述步骤(1)的实现方法如下：

(2.1)接收机对数字化后的gpsl1p(y)中频信号进行gpsl1c/a码的捕获跟踪，从而获得l1p(y)中频信号的准确载波频率和l1p(y)码的码相位信息；

(2.2)根据l1c/a码的跟踪结果剥离数字化后的gpsl1p(y)中频信号的载波；

(2.3)根据l1c/a码的跟踪结果产生l1p码，和剥离载波后的gpsl1p(y)中频信号相乘，相乘后的信号通过第一积分清零器滤除外噪声分量，以剥离扩频码。

所述步骤(2.3)中，第一积分清零器的频率与l1p(y)中频信号的码速率相同。

所述步骤(2)中，第一低通滤波器带宽设置为icd文件中规定的w码速率近似值。

所述步骤(3)的实现方法如下：

(5.1)接收机将数字化后的gpsl2p(y)中频信号与其准确载波频率相乘，剥离gpsl2p(y)中频信号的载波；

(5.2)步骤(5.1)中剥离载波后的gpsl2p(y)中频信号与l2p码相乘，相乘后的信号通过第二积分清零器滤除外噪声分量，剥离gpsl2p(y)中频信号的扩频码。

所述步骤(5.1)中，gpsl2p(y)中频信号的准确载波频率通过l1p(y)中频信号的准确载波频率换算得到，l1p(y)中频信号的准确载波频率由接收机处理得到。

所述步骤(5.2)中，第二积分清零器的频率与l2p(y)中频信号的码速率相同。

所述步骤(4)中，第二低通滤波器带宽设置为icd文件中规定的w码速率近似值。

所述步骤(2)中，对通过第一低通滤波器得到的信号求符号处理，即当信号为正时，输出的w码为+1，当信号为负时，输出的w码为-1。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)在gpsicd文件未正式公布l2信号上调试的w码准确速率的条件下，普通用户只能通过大型天线接收gpsl2p(y)信号并估计其调制的w码的基本码速率信息，并结合z跟踪方法实现gpsl2p(y)信号跟踪。如果w码的码速率估计不准确会造成信号处理损失。本发明回避了对w码速率的精确估计，只需使用icd文件中的公开信息即可实现跟踪，且实测跟踪精度达到-133dbm，满足gps用户要求。

(2)由于gps信号提供方除了公布w的码速率约为500khz外，未承诺w码的精确生成方式。如果美军修改w码精确生成方式，会造成部分双频接收算法失效。由于本发明使用的信息全部是icd文件中承诺信息，故可以确保稳定工作。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的步骤如下：

(1)接收机对数字化后的gpsl1p(y)中频信号进行gpsl1c/a码的捕获跟踪，从而获得l1p(y)中频信号的准确载波频率和l1p(y)中频信号的码相位信息；

(2)由于l1c/a码的载波相位和l1p(y)码载波相位正交,所以根据l1c/a码的跟踪结果剥离数字化后的gpsl1p(y)中频信号的载波；

(3)由于l1c/a码的码相位和l1p(y)码的码相位一致，所以根据l1c/a码的跟踪结果产生l1p码，和剥离载波后的gpsl1p(y)中频信号相乘，相乘后的信号通过第一积分清零器，以剥离扩频码；

基于l1p(y)中频信号的码速率为10.23mhz，设置第一积分清零器的频率为10.23mhz，滤除10.23mhz外噪声分量，并把数据速率降为10.23mhz。

(4)经过前三步处理后，载波和p码均被剥离，信号采样率被降低为10.23mhz，此时信号可以理解为w码和噪声的累加，其中w码的带宽约为±500khz。将步骤(3)剥离扩频码后的信号通过第一低通滤波器滤除带外噪声，得到gpsl1p(y)中频信号上调制的w码；其中滤波器带宽设置为icd文件中规定的w码速率近似值。信号经过滤波后可以获得10.23mhz采样率条件下的w码和500khz噪声的和。

考虑到资源约束，可以对通过第一低通滤波器得到的信号求符号处理，即当信号为正时，输出的w码为+1，当信号为负时，输出的w码为-1。

(5)接收机将数字化后的gpsl2p(y)中频信号与其准确载波频率(通过l1p(y)中频信号的准确载波频率换算得到)相乘，剥离gpsl2p(y)中频信号的载波；

(6)步骤(5)中剥离载波后的gpsl2p(y)中频信号与l2p码相乘，通过10.23mhz第二积分清零器滤除10.23mhz外噪声分量，剥离gpsl2p(y)中频信号的扩频码；

(7)将步骤(6)剥离扩频码后的信号通过第二低通滤波器滤除带外噪声，得到gpsl2p(y)中频信号上调制的w码；

(8)gpsl2p(y)中频信号上调制的w码和经过延迟的gpsl1p(y)中频信号上调制的w码相乘即可剔除w码，获得gpsl2p(y)中频信号的载波残差；

(9)对gpsl2p(y)中频信号的载波残差进行相干积分，从而提高信噪比；

(10)相干积分后的信号经过锁相环进行载波及码跟踪后，得到的信号通过压控振荡器vco得到恢复后的gpsl2p(y)中频信号的载波，实现相位跟踪。

本发明方法和传统双频gps接收机输入输出接口一致，可以应用于传统双频gps接收机算法改进。

本发明回避了对w码速率的精确估计，只需使用icd文件中的公开信息即可实现跟踪，且经过试验证实，本发明的实测跟踪精度达到-133dbm，满足gps用户要求。

本发明未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知常识。