CN111624633B - 自旋载体导航信号的接收处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种自旋载体导航信号的接收处理方法，旨在提供一种能够在载体旋转时完成GPS卫星导航定位的接收处理方法。本发明通过下述技术方案予以实现：4分集GPS接收天线组成阵列分别通过4路独立的信号接收通道接收导航信号，经变频和ADC采样转换的中频信号分为两路，1路完成载波和伪码剥离的导航信号输入SNR计算单元，另外1路送入虚拟通道，选择SNR最大的通道作为当前需要处理的导航信号；通过在虚拟通道中利用信号处理软件完成导航信号在载体旋转时的信号拼接，得到相位统一的信号，测量出GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出载体位置、速度和当前时间。

Description

自旋载体导航信号的接收处理方法
技术领域
本发明涉及一种自旋载体导航信号接收处理技术，通过信号处理算法实现在载体360°旋转状态下导航信号的连续接收处理方法。
背景技术
随着定位技术的不断发展,对各种类型载体的定位需求越来越丰富。除了对低速目标的定位,还需要对处于如高动态、弱信号、强干扰等状态下的目标进行定位。全球卫星导航定位接收系统(GPS)由于能够提供弹丸实时位置,速度信息等参数,越来越多地作为弹道敏感器应用于各种新型载体中，但是在载体旋转状态下，导航信号处理设备工作过程中频繁丢失导航信号，此时导航信号处理设备无法完成导航电文的接收，进而无法完成测距、测速和授时等功能，进而影响组合导航系统精度。由于载体在飞行中处于高动态(高速运动和自旋),使载体GPS接收天线相对于GPS卫星的位置和姿态不断变化,对接收信号产生调制，同时由于弹体自旋对GPS天线的遮挡,也严重影响了GPS接收信号的连续性。这两个因素使接收机接收到的GPS信号发生严重畸变,引起在弹载应用环境出现严重的信号失锁,导致接收机无法稳定可靠地提供定位数据。受现有GPS接收机定位信息处理方式所限,要求接收的信号必须是周期连续信号才能进行跟踪和定位。对于在飞行过程中处于高速运动和旋转状态的载体，其姿态是不断变化的，若采用普通天线模式，由于载体的旋转和载体自身的遮挡必会引起信号的中断，无法进行连续测量，故在载体旋转状态下，实现GPS信号连续接收以及高精度的位置和速度测量是目前需要解决的关键技术。对于旋转载体采用圆柱共形微带天线更易实现对GPS信号稳定和连续的接收，然而接收得到的信号含有载体旋转引入的调制效应，对接收机跟踪环路提出了较高的要求，而且圆柱共形天线对载体结构强度会造成较大的影响，在导弹等平台中一般不采用该方法。目前，解决载体旋转状态下GPS信号连续接收的主要方法是采用射频信号合成技术。射频信号合成技术是指采用功率合成器对均匀布置于载体表面的多个天线接收的射频信号进行信号合成，使垂直于转轴的平面内得到全向方向图，这种技术称为圆柱共形微带天线技术。通常，天线采用普通天线，在天线与接收机之间外接功率合成器，多天线合成时合成天线方向图存在明显的“凹点”，在“凹点”处会导致导航信号丢失。对于旋转载体的高精度GPS测量，接收机跟踪环路必须对接收信号的相位保持稳定跟踪，只有当载波环对信号跟踪锁定后才能保证码环能够正常跟踪，从而实现码剥离。导航信号的频繁丢失，会导致无法跟踪载波，在载波无法跟踪的情况下，就无法对码环路进行跟踪和锁定，也就无法使伪码的相位保持同步，从而无法定位。
发明内容
为了克服载体旋转状态下导航信号接收处理困难的问题，本发明的目的是提供一种能够减小载体旋转对测速精度影响，能显著提高GPS卫星导航定位精度的自旋载体导航信号的接收处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自旋载体导航信号的接收处理方法，具有如下技术特征：按90°等间距布置的4分集GPS接收天线组成阵列，形成可以接收任意角度GPS信号全向的方向图，分别通过4路独立的信号接收通道接收导航信号，每个GPS天线接收到导航信号后经接收信道变频器变频和模/数转换器ADC采样，变换为数字中频信号；每路数字中频信号分为两路传送到数字接收机通道进行处理，一路通过源选择模块送入虚拟通道，通过虚拟通道完成载波和伪码剥离、解调和译码；另一路通过载波环和码环，完成载波和伪码跟踪，将完成载波和伪码剥离的导航信号输入SNR计算单元，对4个通道的信号进行信噪比SNR计算；在通道选择过程中选取信噪比SNR最高的通道，将该通道的原始数字中频信号、恢复的本地扩频码和本地载波送给虚拟通道；在弹体旋转过程中通过选择SNR最高通路信号在虚拟通道中建立新的处理通道，实现导航信号在载体旋转时的信号拼接，得到全向接收的较好方向图特性和相位统一的信号；虚拟通道利用当前选取通道的载波环和码环输出数据完成对导航信号的解扩、解调和译码等操作；对虚拟通道接收的导航信号进行处理，测量出GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出载体位置、速度和当前时间。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明根据特殊的应用环境，按90°等间距布置的4分集GPS接收天线组成阵列，通过4分集方式接收导航信号，4分集接收天线按90°等间距布置，实现在载体360°旋转状态下导航信号的连续接收，形成可以接收任意角度GPS信号全向的方向图，实现在载体360°旋转状态下导航信号的连续接收，解决了载体旋转时载波跟踪环路中无法正确跟踪和锁定的问题。
本发明分别通过4路独立的信号接收通道接收导航信号，每个GPS天线接收到导航信号后经接收信道变频器变频和模/数转换器ADC采样，变换为数字中频信号；通过通道选择过程和虚拟通道完成导航信号在载体旋转时的信号拼接，得到全向接收的较好方向图特性和相位统一的信号，避免了由于载体自旋遮挡而引起的信号中断，可实现导航信号载波和伪码连续跟踪。
本发明将4路数字中频信号分别分为两路传送到数字接收机通道进行处理，一路通过源选择送入虚拟通道，对选取的导航信号完成载波和伪码剥离、解调、译码；另一路通过载波环和码环，完成载波和伪码跟踪，将完成载波和伪码剥离的导航信号输入SNR计算单元，对4个通道的信号进行SNR计算，通道选择过程选取信噪比SNR最高的通道，将该通道的原始数字中频信号、恢复的本地扩频码和本地载波送给虚拟通道；虚拟通道利用当前选取通道的载波环和码环输出数据完成对导航信号的解扩、解调、译码等操作；对虚拟通道接收的导航信号进行分析，可实现载体自旋旋转状态下导航信号的接收处理，完成高动态旋转载体弹道测量，解决了载体旋转时GPS信号丢失导致的无法进行导航定位的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。
图1是本发明自旋载体导航信号的接收处理电路原理示意图。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明，按90°等间距布置的4分集GPS接收天线组成阵列，形成可以接收任意角度GPS信号全向的方向图，分别通过4路独立的信号接收通道接收导航信号，每个GPS天线接收到导航信号后经接收信道变频器变频和模/数转换器ADC采样，变换为数字中频信号；每路数字中频信号分为两路传送到数字接收机通道进行处理，一路通过源选择模块送入虚拟通道，通过虚拟通道完成载波和伪码剥离、解调和译码；另一路通过载波环和码环，完成载波和伪码跟踪，将完成载波和伪码剥离的导航信号输入SNR计算单元，对4个通道的信号进行信噪比SNR计算；在通道选择过程中选取信噪比SNR最高的通道，将该通道的原始数字中频信号、恢复的本地扩频码和本地载波送给虚拟通道，在弹体旋转过程中通过选择SNR最高通路信号实现导航信号在载体旋转时的信号拼接，得到全向接收的较好方向图特性和相位统一的信号；虚拟通道利用当前选取通道的载波环和码环输出数据完成对导航信号的解扩、解调、译码等操作；对虚拟通道接收的导航信号进行处理，测量出GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出载体位置、速度和当前时间。
路独立的信号接收通道包括，接收导航信号的接收天线和接收信道；4路数字中频信号具备用于导航信号处理的独立的载波环和码环。在本地扩频码选择和本地载波选择中，选择SNR最高的通道建立虚拟通道，一旦某路数字信号处理通道实现了对导航信号的跟踪，将载波环和码环参数直接注入其它3路数字信号处理通道，辅助其快速跟踪导航信号；在虚拟通道实现导航信号的拼接和处理，实现导航信号的连续接收。实现对GPS信号稳定和连续的跟踪接收。
以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自旋载体导航信号的接收处理方法，具有如下技术特征：按90°等间距布置的4分集GPS接收天线组成阵列，形成可以接收任意角度GPS信号全向的方向图，分别通过4路独立的信号接收通道接收导航信号，每个GPS天线接收到导航信号后经接收信道变频器变频和模/数转换器ADC采样，变换为数字中频信号；每路数字中频信号分为两路传送到数字接收机通道进行处理，一路通过源选择模块送入虚拟通道，通过虚拟通道完成载波和伪码剥离、解调和译码；另一路通过载波环和码环，完成载波和伪码跟踪，并将通过载波环和码环完成载波和伪码剥离的导航信号输入SNR计算单元，对4个通道的信号进行信噪比SNR计算；在通道选择过程中选取信噪比SNR最高的通道，将该通道的原始数字中频信号、恢复的本地扩频码和本地载波送给虚拟通道；在弹体旋转过程中通过选择SNR最高通路信号在虚拟通道中建立新的处理通道，实现导航信号在载体旋转时的信号拼接，得到全向接收的较好方向图特性和相位统一的信号；虚拟通道利用当前选取通道的载波环和码环输出数据完成对导航信号的解扩、解调和译码操作；对虚拟通道接收的导航信号进行处理，测量出GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出载体位置、速度和当前时间。
2.如权利要求1所述的自旋载体导航信号的接收处理方法，其特征在于：4路独立的信号接收通道，包括接收导航信号的接收天线。
3.如权利要求1所述的自旋载体导航信号的接收处理方法，其特征在于：4路数字中频信号具备用于导航信号的载波和伪码跟踪的独立的载波环和码环。
4.如权利要求1所述的自旋载体导航信号的接收处理方法，其特征在于：在本地扩频码选择和本地载波选择中，选择SNR最高的通道建立虚拟通道，一旦某路数字信号处理通道实现了对导航信号的跟踪，将载波环和码环参数直接注入其它3路数字信号处理通道，辅助其快速跟踪导航信号。
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