CN101150549A - 双偏移载波信号获取及追踪装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双偏移载波(BinaryOffsetCarrier；BOC)信号的获取及追踪装置和方法。在本发明中，BOC副载波、正交相位双偏移载波(Quadrature－phaseBinaryOffsetCarrier；QBOC)以及其谐波作为副载波。副载波可与所接收的信号相混合并计算每个混合结果的积分结果。接着，所有积分结果合并成组合相关性。或者将副载波合并成合成副载波。合成副载波和所接收的信号相混合，并计算混合结果的积分结果以获得合成相关性。本发明可以有效的压低自相关的次峰值，降低了错误追踪的可能性。

Description

双偏移载波信号获取及追踪装置和方法
技术领域
本发明有关于双偏移载波调制信号(binary offset carrier，以下简称为BOC信号)的处理程序，尤其有关于，卫星导航接收器在获取和追踪模式下处理BOC信号的方法和装置。
背景技术
现今可利用的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，以下简称GNSS)不只一种，一个接收器可以支持多重规格适地服务(locationbased service；以下简称LBS)、无线多媒体通信以及广播信号成为可预期的趋势。以多重规格LBS为例，此种可支持GNSS信号多模态接收的接收器可以增强定位的准确度和实现更多的服务。在GNSS系统中，不同的信号频带支持着不同的服务。因为愈来愈多的频带必须被支持，因而会发生频带重叠。
GPS是一个由卫星持续传送高频无线信号网络的美国卫星导航系统，信号承载时间和距离信息，这些信息可由GPS接收器来接收，以便使用者可以在地球上精准定位。伽利略(Galileo)系统，一个新兴的欧洲卫星导航系统，提供更高的功率信号和更稳定的调制，能够让用者即使在较差的环境下也能接收到微弱的信号。当两者合并时，Galileo系统和GPS系统将提供多达目前所使用的两倍的卫星来源数目。这种方式提供了较大的冗余，而且对使用者也有很大的效益。除了安全与救援(SAR)服务之外，GPS和Galileo的合并基本上会有四个频带。GPS和Galileo系统会共享某些信号频带。换言之，GPS和Galileo共享某些中心频率而且以相同的某些载波传送信号。举例来说，GPS L1和Galileo E2-L1-E1共享相同的频带，必须以特定的调制方式来降低系统间和系统内的干扰。双偏移载频调制(以下简称BOC)为广泛使用的方法。
此BOC调制通过一个方波副载波乘上一个虚拟随机噪声(pseudo-randomnoise；PRN)展频码信号(以下简称为PRN码信号)实现。此方波具有PRN展频码的码率(code rate)的倍数的频率。图1为BOC调制的波形图。此BOC的正弦波(简称为BOC)信号的产生通过混合方波的正弦波和PRN码信号产生，然而，BOC的余弦波信号的产生通过将方波的余弦波和PRN码信号混合而产生。
BOC信号具有一个利用副载波频率将中心频率的两个主波瓣率位移的对称性分离频谱，此BOC信号的特性取决于展频码片率(chip rate)、副载波频率以及在PRN码片内的副载波定相。现有技术在GNSS领域内表示BOC调制信号以BOC(fc，fs)来表示，其中fc为码片率；fs为副载波的频率。然而fc、fs也经常表示为参考频率1.023MHz的倍数。因此，BOC信号也可以BOC(n，m)来表示，其中n为PRN码片率fc的1.023MHz的倍数；m为副载波fs的1.023MHz的倍数。
对于卫星信号导航而言，BOC信号比较适合应用于追踪白噪声(whitenoises)，此方式与独立展频码相比较，提供较佳的固有的多径缓解(multipathmitigation)。然而，由于多峰值的自相关性现象使得BOC方式在获取和追踪上显得较为困难。存在BOC信号里的副载波在BOC自相关性的-1/+1码片范围内导致次要峰值的产生。图2为BOC(1，1)自相关性的相关性结果示意图。换言之，对BOC(1，1)和BOC(1，1)进行相关性计算。如图所示，中央主峰值的两侧分别具有一个谷值。为计算其相关功率，通常使用相关平方值。因此，以相关的功率的角度来看，这两个谷值将导致两个次峰值的产生。这些次峰值将可能会导致失锁(mis-lock)问题。换言之，即一个接收器可能锁定住次峰值而不是主峰值，因此造成错误的追踪。而可能在范围测定时产生一个近乎150米的严重误差。此错误在导航中是不被允许的。
发明内容
有鉴于此，需要提供一种BOC信号获取和其追踪方法以及装置以解决上述问题。
本发明提供一种双偏移载波信号获取及追踪装置，包含载波单元，用以产生载波；码单元，用以产生副载波，副载波包含双偏移副载波和双偏移副载波的至少一个谐波；码延迟区块，接收信号，通过利用来自载波单元的载波将载波成分从接收的信号移除，将信号和来自码单元的副载波混合，并且将混合结果积分。
本发明还提供一种双偏移载波信号获取和追踪方法，包含接收信号；产生载波；产生副载波，副载波包含双偏移副载波和双偏移副载波的至少一个谐波；通过利用载波以从信号移除载波成分；将信号和副载波混合；以及积分混合结果。
本发明可以有效的压低自相关的次峰值，降低了错误追踪的可能性。
附图说明
图1为BOC调制的波形图。
图2为BOC(1，1)自相关性的相关性结果示意图。
图3为根据本发明一实施例的BOC信号获取和接收的装置方块图。
图4为根据本发明另一实施例的BOC信号获取和接收的装置方块图。
图5为根据本发明实施例而获得的BOC自相关性的相关功率以及组合相关性的示意图。
具体实施方式
图3为根据本发明实施例一BOC信号获取及接收的装置方块图。此装置可作为GNSS信号接收器(例如Galileo接收器)的一部分来实现，例如此装置接收自GNSS接收器的射频(RF)前端所进入的中频(IF)数据。标号10所示为载波单元，其提供载波信号至载波混频器(mixer)102、104以移除这些数据的中频成分。此载波信号可通过由载波数控振荡器12所实现的本地振荡器产生。标号14所示为相位偏移器。频道I和频道Q中已移除中频的信号分别供给至混频器202、204以及206、208。区块20为码单元(code unit)。
根据本发明，码单元20包含用于提供振荡信号的码数控振荡器(numeralcontro11ed oscillator；NCO)22；接收来自码数控振荡器22的码信号以产生PRN码的虚拟随机噪声产生器(pseudo-random noise generator，简称PRN码产生器)24；以及副载波产生器26。在此实施例中，副载波产生器26接收PRN码以产生BOC副载波、正交相位BOC(QBOC；也称为BOC-cos)副载波、BOC副载波的双倍频谐波副载波，其可表示为BOC-sin(2fs)，以及BOC余弦副载波的双倍频谐波副载波，其可表示为BOC-cos(2fs)。这些副载波可分别供给混频器202-208以产生BOC调制信号。实际操作中，副载波供至I信道和Q信道的一对混频器。在此实施例中，由于码阶段具有四个副载波，因此需要八个混频器。基于简化和明了的缘故，此图例只阐示四个混频器202、204、206、208。
在此例中作为码混频器(code mixer)的混频器202、204、206、208的输出分别供给至积分与倾印单元(integration and dump unit)302、304、306、308以做积分与倾印的处理。接着将积分与倾印单元302、304、306、308的积分结果供给至合并单元40。载波混频器102、104、混频器202-208以及积分与倾印单元302-308构成码延迟区块(code delay block)30。此合并单元40将积分结果合并以获得组合相关性，其将于后述有更详细的描述。
将合并结果传送至鉴别器50，此鉴别器50计算追踪误差(tracking error)。本发明的装置更包含控制器60，控制器60接收追踪误差且分别输出控制信号至载波单元10和码单元20，用以根据追踪误差调整载波数控振荡器12和码数控振荡器22。控制器60也可设计为控制码单元输出QBOC副载波、BOC和QBOC副载波的谐波中的任何之一。
合并单元40中，各信号的相关结果将根据如下所述的预定算法(如相关性平方值的线性组合)合并：
Rcombi＝Ra+α×Rb+β×Rc+γ×Rd    (1)
其中Ra＝R2 BOC(1，1)/sin(fs)，BOC(1，1)自相关功率的平方值。
Rb＝R2 BOC(1，1)/cos(fs)，BOC(1，1)/BOC-cos(fs)交叉相关功率的平方值。
Rc＝R2 BOC(1，1)/sin(2fs)，BOC(1，1)/BOC-sin(2fs)交叉相关功率的平方值。
Rd＝R2 BOC(1，1)/cos(2fs)，BOC(1，1)/BOC-cos(2fs)交叉相关功率的平方值。
在此例中α＝0.8，β＝γ＝1。图5为通过前述方程式(1)的方法获得Ra(即BOC(1，1)信号的自相关性)以及Rcombi的示意图。可通过图5清楚地观察到BOC自相关性函数的次峰值明显的被压低。在此实施例中，系数α、β以及γ由合并单元40决定。然而，系数也可由其它组件(如控制器60或内储组件)所提供。
图4为根据本发明的另一实施例的BOC信号获取和接收的装置方块图。图4所示的结构相似于图3所示的结构，相同的标号表示同样组件，因此其组件的描述在此省略以免重复赘述。此实施例的装置具有合并单元41而不是合并单元40。合并单元41接收由副载波产生器26所产生的副载波并根据内建的算法以合成此所接收的副载波。换言之，即为预先合并BOC副载波以及其谐波、QBOC副载波以及其谐波。接着将此合成的副载波提供给码混频器201、203的I频道及Q频道。由于这些副载波已合成为单一副载波，因此对于I频道和Q频道而言仅需一对码混频器。此码混频器201、203将输出供给至积分与倾印单元301、303以分别积分I频道和Q频道的混频结果。积分与倾印单元301、303再将输出传送至鉴别器50以计算追踪误差。载波混频器102、104、码混频器201、203以及积分与倾印单元301、303构成码延迟区块31，其通过预先合成副载波，以降低硬件的复杂性。
若通过副载波产生器所产生的副载波为BOC(1，1)-sin(fs)(其简称为BOC(1，1))、BOC(1，1)-cos(fs)(其简称为QBOC(1，1))、BOC(1，2)-sin(即BOC-sin(2fs))以及BOC(1，2)-cos(即BOC-cos(2fs))，即相关功率的混合式为：
Rcombi＝R2 BOC(1，1)[sin(fs)+αcos(fs)+βsin(2fs)+γcos(2fs)(2)
其系数α、β、γ由此实施例的合并单元41决定，然而，系数也可由控制器60决定或由外部给定。通过此方式所获得的功率曲线与图5所示相似。
然而，前述的实施例中，除了使用BOC(1，1)副载波本身、正交副载波(QBOC)、BOC和QBOC副载波的双倍频谐波之外，也可使用其它谐波，诸如BOC副载波及/或QBOC副载波的更高阶谐波。此外，也可不使用QBOC副载波及/或其单一/多个谐波，例如将系数设置为0。则将不会限制副载波的选择弹性。

Claims (20)

1.一种双偏移载波信号获取及追踪装置，包含：
载波单元，用以产生载波；
码单元，用以产生多个副载波，该多个副载波包含双偏移副载波和该双偏移副载波的至少一个谐波；
码延迟区块，接收信号，通过利用来自该载波单元的载波将载波成分从接收的该信号移除，将该信号和来自该码单元的多个副载波混合，并且对该多个混合结果积分。
2.根据权利要求1所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，更包含合并单元，用以合并来自该码延迟区块的多个积分结果以获得组合相关性。
3.根据权利要求2所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，该合并单元以多个特定的系数合并该多个积分结果。
4.根据权利要求3所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，该多个系数可为实数。
5.根据权利要求3所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，该多个系数是由该合并单元所决定。
6.根据权利要求3所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，该多个系数被提供给该合并单元。
7.根据权利要求2所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，更包含鉴别器，其根据该组合相关性而计算追踪误差。
8.根据权利要求1所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，更包含合并单元，其将该码单元产生的多个副载波合并以产生合成副载波，其中该码延迟区块将该信号和该合成副载波混合，并将该混合结果积分以获得合成相关性。
9.根据权利要求1所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，由该码单元产生的多个副载波更包含双偏移副载波的正交双偏移副载波。
10.根据权利要求9所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，由该码单元产生的多个副载波更包含该正交双偏移副载波的至少一个谐波。
11.根据权利要求1所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，更包含控制器，以控制该码单元。
12.根据权利要求11所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，该码单元通过该控制器以控制输出双偏移副载波、正交双偏移副载波和其谐波中的任何之一。
13.根据权利要求1所述的双偏移载波信号获取及追踪装置，其特征在于，该码单元包含：
振荡器，以产生振荡信号；
虚拟随机噪声码产生器，其依据该振荡信号产生虚拟随机噪声码；以及
副载波产生器，其根据该虚拟随机噪声码产生载波。
14.一种双偏移载波信号获取和追踪方法，包含：
接收信号；
产生载波；
产生多个副载波，该多个副载波包含双偏移副载波和该双偏移副载波的至少一个谐波；
通过利用该载波以从该信号移除载波成分；
将该信号和该多个副载波混合；以及
积分该多个混合结果。
15.根据权利要求14所述的双偏移载波信号获取和追踪方法，其特征在于，更包含合并该多个副载波的积分结果。
16.根据权利要求15所述的双偏移载波信号获取和追踪方法，其特征在于，该多个积分结果以多个特定系数合并。
17.根据权利要求16所述的双偏移载波信号获取和追踪方法，其特征在于，更包含决定该多个系数。
18.根据权利要求14所述的双偏移载波信号获取和追踪方法，其特征在于，更包含将该多个副载波合并为合成副载波，其中在该混合步骤中混合该信号与该合成副载波。
19.根据权利要求14所述的双偏移载波信号获取和追踪方法，其特征在于，该多个副载波包含双偏移副载波的正交双偏移副载波。
20.根据权利要求19所述的双偏移载波信号获取和追踪方法，其特征在于，该多个副载波更包含该正交双偏移副载波的至少一个谐波。
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Zhang Delay Trackers for Galileo CBOC Modulated Signals and Their Simulink-based Implementations

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