CN101685150A - 卫星接收机的信号失锁重捕的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星接收机的信号失锁重捕的方法，该方法主要包括：当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持；当所述卫星接收机的环路信号恢复后，将所述迭代运算获取的载波控制字作为跟踪初值提供给所述载波跟踪环路，所述载波跟踪环路利用所述跟踪初值进行信号跟踪。利用本发明，在信号遮挡导致环路失锁时，利用加速度和速度累加保留值进行重捕环路维持，能够实现多通道卫星信号短暂消失情况下全部信号的快速恢复和定位。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航信号处理技术领域，尤其涉及一种卫星接收机的信号失锁重捕的方法和装置。
背景技术
在实际应用当中，往往由于过桥洞、地下通道、楼宇遮挡等因素造成卫星信号短暂消失，导致卫星接收机环路的信号失锁。当信号重新出现后，希望通过失锁重捕方法使接收机能够尽快地恢复信号跟踪并重新定位。
现有技术中的一种失锁重捕方法主要包括：当卫星接收机环路的信号失锁后，启动卫星接收机中的捕获单元重新捕获卫星信号，然后，利用重新捕获的卫星信号恢复卫星接收机环路，并进行重新定位。
在实现本发明的过程中，发明人发现上述现有技术中的失锁重捕方法至少存在如下问题：上述捕获单元是串行使用的，每次只能进行一颗卫星的捕获，限制了卫星接收机环路的信号恢复的速度；由于采用重新捕获卫星信号，不能利用以前获取的位同步帧同步的信息，限制了重新定位的速度。
发明内容
本发明实施例提供了一种卫星接收机的信号失锁重捕的方法和装置，以实现接收机在信号短暂消失又重新出现时，对接收信号的快速锁定跟踪和定位。
一种卫星接收机的信号失锁重捕的方法，包括：
当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持；
当所述卫星接收机的环路信号恢复后，将所述迭代运算获取的载波控制字作为跟踪初值提供给所述载波跟踪环路，所述载波跟踪环路利用所述跟踪初值进行信号跟踪。
一种卫星接收机的信号失锁重捕的装置，包括：
信号维持模块，用于当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持；
恢复跟踪模块，用于当所述卫星接收机的环路信号恢复后，将所述迭代运算获取的载波控制字作为跟踪初值提供给所述载波跟踪环路，所述载波跟踪环路利用所述跟踪初值进行信号跟踪。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过利用载波跟踪环路中加速度累加器和速度累加器的记忆功能，保留失锁前最近一次正常跟踪的加速度和速度累加值，在信号遮挡导致环路失锁时，利用加速度和速度累加保留值进行重捕环路维持，能够实现多通道卫星信号短暂消失情况下全部信号的快速恢复和定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的对基于环路记忆的卫星导航接收机信号失锁重捕方法的处理流程图；
图2为本发明实施例提供的失锁重捕记忆环路滤波器的结构示意图，其与通用环路滤波器的区别在于将输入的鉴频和鉴相误差置为零；
图3为本发明实施例提供的简化的失锁重捕记忆环路滤波器结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种卫星接收机的信号失锁重捕的装置的具体实现结构图。
具体实施方式
在本发明实施例中，当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持；
当所述卫星接收机的环路信号恢复后，将所述迭代运算获取的载波控制字作为跟踪初值提供给所述载波跟踪环路，所述载波跟踪环路利用所述跟踪初值进行信号跟踪。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例一
在本实施例中，由于穿越隧道，楼宇遮挡等因素造成的信号中断时间很短，可以认为信号的载波多普勒和码多普勒变化不大或以一种相对固定规律进行变化，没有必要启动卫星接收机中的捕获单元，仅需要利用环路本身资源完成信号的重新跟踪。
本发明实施例提供的基于环路记忆的卫星导航接收机失锁重捕的方法的处理流程如图1所示，包括如下步骤：
步骤11、获取并记录载波跟踪环路正常跟踪时的加速度和速度累加器值。
本发明实施例根据信噪比和载波锁定标志，在卫星接收机中的载波跟踪环路正常跟踪卫星信号时，利用载波跟踪环路中加速度累加器和速度累加器的记忆功能，按照预定的时间间隔，计算一次加速度累加器和速度累加器在该段时间间隔内的均值，并保存计算结果。
步骤12、通过能量检测器利用环路失锁门限来判断出出现了接收机的环路失锁。
当由于穿越隧道，楼宇遮挡等因素，使得卫星信号短时间消失，造成接收机的环路失锁，接收机无法定位时，需要立即断开载波跟踪环路和码跟踪环路，以避免获得错误的环路记忆值。当信号能量出现，需要较快速地判断出信号出现，恢复环路跟踪。
在本发明实施例中，通过比较敏感的能量检测器利用环路失锁门限来判断出是否出现了上述接收机的环路失锁，利用环路恢复跟踪门限来判断出信号是否已经恢复。
上述环路失锁门限和环路恢复跟踪门限的确定方法如下：在接收机上电时，对接收机噪底进行估算：即在一段足够长的时间内求得噪底估计环路的噪声能量均值，为：
以此作为接收机的噪底Rn。在此基础上，根据多次试验的经验值，确定环路失锁门限Lt＝Rn＊1.5，环路恢复跟踪门限St＝Rn＊3。
当上述能量检测器检测到的接收机的环路上的信号能量小于上述环路失锁门限时，则判断上述接收机的环路失锁。当上述能量检测器检测到的接收机的环路上的信号能量大于上述环路恢复跟踪门限时，则判断上述接收机的环路的信号已经恢复。
步骤13、利用环路失锁前最近一次的正常跟踪的加速度累加器和速度累加值的均值，通过失锁重捕记忆环路进行信号维持，等待信号重新出现。
上述载波跟踪环路的滤波器采用二阶锁频环(FLL，Frequency Lockloop)辅助三阶锁相环(PLL，Phase Lock loop)滤波器，此结构滤波器含有两个积分累加环节，前一级的积分累加环节称为加速度累加器，后一级的积分累加环节称为速度累加器。
当上述能量检测器判断上述接收机的环路失锁后，立即断开原来的载波跟踪环路和码跟踪环路，确定环路失锁重捕的维持时间，比如为10s。开启失锁重捕记忆环路进行信号维持。上述失锁重捕记忆环路的滤波器的结构如图2所示，是将原来的二阶FLL辅助三阶PLL载波跟踪环路的滤波器的输入鉴频误差Δfk和鉴相误差Δθk都置为0，只利用环路的加速度累加器和速度累加器进行跟踪维持。图3为简化的失锁重捕记忆环路的滤波器的结构示意图。
获取上述保存的环路失锁前最近一次的正常跟踪的加速度累加器和速度累加值的均值，将该均值作为失锁重捕记忆环路的输入初值。然后，失锁重捕记忆环路中的加速度累加器利用所述加速度累加器的输入初值，通过加速度累加器进行迭代运算；失锁重捕记忆环路中的速度累加器利用所述速度累加器的输入初值以及所述加速度累加器的迭代运算的结果，通过速度累加器进行迭代运算，获取载波控制值。实现卫星信号维持，等待信号重新出现。
步骤14、当能量检测器检测到信号已经恢复，将失锁重捕记忆环路中得到的载波控制字作为跟踪初值提供给载波跟踪环路，进行正常的卫星信号跟踪。
当在上述环路失锁重捕的维持时间(比如10s)内，上述能量检测器检测到的接收机的环路上的信号能量大于上述环路恢复跟踪门限时，则确定上述接收机的环路的信号已经恢复。
于是，获取上述失锁重捕记忆环路中通过迭代计算得到的载波控制字，将该载波控制字作为跟踪初值提供给载波跟踪环路，关闭失锁重捕记忆环路，将失锁重捕时间计数器置0，同时开启载波跟踪环路，进行正常的卫星信号跟踪。
步骤15、信号恢复正常跟踪后，利用保留的前次帧同步信息，在位重新同步后即可提取伪距观测量，进行定位解算。
当接收机的环路失锁后，接收机信号的位同步帧同步失败，码跟踪信息不可反映真实的跟踪信息，伪距观测量不可用。但是，在此期间帧计数，位计数进位保持正常工作，当信号恢复时，不需要等到帧同步后再提取伪距观测量，而是利用失锁前的帧同步信息和跟踪收敛后的码相位信息来保证伪距提取的正确性。码跟踪收敛过程在1s内即可，远远小于重新帧同步的时间，因此可以实现在信号恢复后较短时间内重新定位。
实施例二
该实施例提供了一种卫星接收机的信号失锁重捕的装置，其具体实现结构如图4所示，包括如下模块：
信号维持模块41，用于当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持。
当所述卫星接收机的环路信号恢复后，利用卫星接收机的环路失锁前的帧同步信息，和环路信号恢复后的位同步信息来提取伪距。
当在上述环路失锁重捕的维持时间(比如10s)内，能量检测器检测到的接收机的环路上的信号能量大于上述环路恢复跟踪门限时，则确定上述接收机的环路的信号已经恢复。
于是，获取上述失锁重捕记忆环路中通过迭代计算得到的载波控制字，将该载波控制字作为跟踪初值提供给载波跟踪环路，关闭失锁重捕记忆环路，将失锁重捕时间计数器置0，同时开启载波跟踪环路，进行正常的卫星信号跟踪。
恢复跟踪模块42，用于当所述卫星接收机的环路信号恢复后，将所述迭代运算获取的载波控制字作为跟踪初值提供给所述载波跟踪环路，所述载波跟踪环路利用所述跟踪初值进行信号跟踪。
所述的装置还可以包括：
加速度累加器和速度累加值均值获取模块43，用于按照预定的时间间隔，计算载波跟踪环路中加速度累加器和速度累加器在所述时间间隔内的均值，并保存计算结果。
判断处理模块44，用于当检测到接收机的环路上的信号能量小于预先设定的环路失锁门限时，则判断所述接收机的环路失锁；当检测到接收机的环路上的信号能量大于预先设定的环路恢复跟踪门限时，则判断所述接收机的环路的信号已经恢复。所述的环路失锁门限和环路恢复跟踪门限根据接收机的噪底而确定。
上述环路失锁门限和环路恢复跟踪门限的确定方法如下：在接收机上电时，对接收机噪底进行估算：即在一段足够长的时间内求得噪底估计环路的噪声能量均值，为：以此作为接收机的噪底Rn。在此基础上，根据多次试验的经验值，确定环路失锁门限Lt＝Rn＊1.5，环路恢复跟踪门限St＝Rn＊3。
所述的信号维持模块41具体包括：
加速度累加器模块411，用于利用环路失锁前最近的时间间隔内的加速度累加器的均值，通过加速度累加器进行迭代运算；
速度累加器模块412，用于利用环路失锁前最近的时间间隔内的速度累加器的均值以及所述加速度累加器模块的迭代运算的结果，通过速度累加器进行迭代运算，获取载波控制值。加速度累加器模块411获取上述保存的环路失锁前最近一次的正常跟踪的加速度累加器和速度累加值的均值，将该均值作为失锁重捕记忆环路的输入初值。然后，速度累加器模块412利用所述加速度累加器的输入初值，通过加速度累加器进行迭代运算；失锁重捕记忆环路中的速度累加器利用所述速度累加器的输入初值以及所述加速度累加器的迭代运算的结果，通过速度累加器进行迭代运算，获取载波控制值。
上述本发明实施例所述方法和装置适用于BD2(北斗2代)/GPS(Global Position System，全球定位系统)导航卫星接收机。
综上所述，本发明实施例利用载波跟踪环路中加速度累加器和速度累加器的记忆功能，保留失锁前最近一次正常跟踪的加速度和速度累加值，在信号遮挡导致环路失锁时，利用失锁重捕记忆环路进行信号维持，等待信号的重现，能够实现多通道卫星信号短暂消失情况下全部信号的快速恢复和定位。
通过多次实验验证，在GPS/BD2兼容接收机系统中应用本发明实施例时，在中断信号10s后，恢复信号，可实现接收机在1s内实现重新定位。在实际跑车实验中，当穿越桥洞、隧道时，信号消失；当穿出上述遮挡地时，能够实现信号的快速恢复并定位，具有一定的实用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1、一种卫星接收机的信号失锁重捕的方法，其特征在于，包括：
当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持；
当所述卫星接收机的环路信号恢复后，将所述迭代运算获取的载波控制字作为跟踪初值提供给所述载波跟踪环路，所述载波跟踪环路利用所述跟踪初值进行信号跟踪。
2、根据权利要求1所述的卫星接收机的信号失锁重捕的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
按照预定的时间间隔，计算载波跟踪环路中加速度累加器和速度累加器在所述时间间隔内的均值，并保存计算结果。
3、根据权利要求2所述的卫星接收机的信号失锁重捕的方法，其特征在于，所述的当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持，包括：
当检测到卫星接收机的环路失锁后，断开载波跟踪环路，获取所述保存的环路失锁前最近的时间间隔内的加速度累加器和速度累加值的均值；
利用所述环路失锁前最近的时间间隔内的加速度累加器的均值，通过加速度累加器进行迭代运算，利用所述环路失锁前最近的时间间隔内的速度累加器的均值以及所述加速度累加器的迭代运算的结果，通过速度累加器进行迭代运算，获取载波控制值。
4、根据权利要求1或2或3所述的卫星接收机的信号失锁重捕的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
当能量检测器检测到的接收机的环路上的信号能量小于预先设定的环路失锁门限时，则判断所述接收机的环路失锁；当能量检测器检测到的接收机的环路上的信号能量大于预先设定的环路恢复跟踪门限时，则判断所述接收机的环路的信号已经恢复。
5、根据权利要求4所述的卫星接收机的信号失锁重捕的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
所述的环路失锁门限和环路恢复跟踪门限根据接收机的噪底而确定。
6、根据权利要求1或2或3所述的卫星接收机的信号失锁重捕的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
当所述卫星接收机的环路信号恢复后，利用卫星接收机的环路失锁前的帧同步信息，和环路信号恢复后的位同步信息来提取伪距。
7、一种卫星接收机的信号失锁重捕的装置，其特征在于，包括：
信号维持模块，用于当卫星接收机的环路失锁后，利用环路失锁前的载波跟踪环路的加速度累加器和速度累加值的均值，通过迭代运算进行信号维持；
恢复跟踪模块，用于当所述卫星接收机的环路信号恢复后，将所述迭代运算获取的载波控制字作为跟踪初值提供给所述载波跟踪环路，所述载波跟踪环路利用所述跟踪初值进行信号跟踪。
8、根据权利要求7所述的卫星接收机的信号失锁重捕的装置，其特征在于，所述的装置还包括：
加速度累加器和速度累加值均值获取模块，用于按照预定的时间间隔，计算载波跟踪环路中加速度累加器和速度累加器在所述时间间隔内的均值，并保存计算结果。
9、根据权利要求7或8所述的卫星接收机的信号失锁重捕的装置，其特征在于，所述的装置还包括：
判断处理模块，用于当检测到接收机的环路上的信号能量小于预先设定的环路失锁门限时，则判断所述接收机的环路失锁；当检测到接收机的环路上的信号能量大于预先设定的环路恢复跟踪门限时，则判断所述接收机的环路的信号已经恢复。
10、根据权利要求7或8或9所述的卫星接收机的信号失锁重捕的装置，其特征在于，所述的信号维持模块包括：
加速度累加器模块，用于利用环路失锁前最近的时间间隔内的加速度累加器的均值，通过加速度累加器进行迭代运算；
速度累加器模块，用于利用环路失锁前最近的时间间隔内的速度累加器的均值以及所述加速度累加器模块的迭代运算的结果，通过速度累加器进行迭代运算，获取载波控制值。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200722 Address after: 610000 Sichuan city of Chengdu province Tianfu Zheng Xing Shun Shing Street No. 172 Patentee after: Huali Zhixin (Chengdu) integrated circuit Co., Ltd Address before: 100088 5 Times Building, No. 7, Haidian District, Beijing, Huayuan Road Patentee before: HWA CREATE Corp.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |