CN102707295B - 一种检测北斗卫星b1频段民用信号发生互相关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，包括接收机在成功捕获到一颗新卫星，并通过校验和位同步之后，开始做互相关的检测，若该卫星的测量值满足预先设定好的互相关检测标准，则认为已检测到了互相关，否则认为互相关不存在。这样就可以尽早检测出互相关的存在，报告该卫星捕获失败，而不必再转入跟踪阶段，甚至造成假锁,从而提高接收机效率；另一方面，可告知基带信号处理模块开启互相关模式，做抑制互相关的处理。

Description

一种检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法
技术领域
本发明涉及一种检测北斗导航系统1-37号卫星B1频点民用信号发生互相关的方法。
背景技术
北斗B1频点民码信号为短伪随机码序列设计的Gold码，以完成快速捕获。通常情况下此类短随机码具有良好的自相关和互相关特性，可满足大多数应用场合的要求,但在强弱信号共存的情况下,强弱卫星信号间的互相关效应将导致民用接收机无法正常捕获和跟踪弱卫星信号。
假设接收信号中仅包含1颗强信号卫星和1颗弱信号卫星，接收信号模型为：
Figure BDA00001809261500011
其中A1是弱信号幅度，A2是强信号幅度，当捕获弱信号的时候，经下变频、解扩和相干积分，得到I、Q两个支路信号分别为：
Figure BDA00001809261500012
式中第一项代表自相关，第二项代表互相关，最后一项是白噪声。从中可看出互相关效应的大小主要与A1、A2（强弱卫星信号强度）、τ2强信号的伪码延迟和ωd2强信号的多普勒频率有关。北斗B1频点普通测距码是码长为2046chip周期为1ms的Gold码，其互相关函数的旁瓣比自相关峰低33dB左右，33dB是互相关函数的标准差，也就是说互相关函数的旁瓣大多数都比自相关峰低33dB左右，也有某些旁瓣仅比自相关峰低29.8dB，最坏的情况是有多普勒频率时，旁瓣比自相关峰只低24.6dB，这时再加上强弱信号接收功率的影响，将会导致互相关。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种检测北斗B1频点民用信号发生互相关的方法，尽早准确的检测出互相关的存在，报告该卫星捕获失败，而不必再转入跟踪阶段，甚至造成假锁，从而提高接收机效率；另一方面，可告知基带信号处理模块开启互相关模式，做抑制互相关的处理。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的。
一种检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，包括下述步骤：
步骤1：接收机捕获到一颗新卫星后，做强信号或中弱信号校验和位同步，校验和位同步成功之后，开始互相关的检测，否则重新捕获卫星；
步骤2：把已跟踪到的各颗卫星的测量值放入互相关检测数据库，以便与待检测卫星的测量值作比较；
步骤3：待检测卫星的载噪比C/N0与预先设定好的阈值作比较，若大于此阈值，则认为互相关不存在，待检测卫星捕获成功，转入跟踪阶段；若小于或等于此阈值，则认为互相关可能存在，继续以下步骤的检测；
步骤4：待检测卫星的测量值与互相关检测数据库中各卫星的测量值作比较，若检测到互相关存在，则停止互相关的检测，报告该卫星捕获失败，并开启互相关模式，抑制互相关；
步骤5：如果对互相关数据库中的卫星轮循一次之后，仍未检测到互相关，那么继续检测该卫星是否与GEO卫星发生了互相关；
这时只需要判断待检测卫星的载噪比C/N0和多普勒频率Doppler Offset是否满足相应的GEO卫星互相关检测标准即可，若符合判断条件，则认为检测到互相关，报告该卫星捕获失败，开启互相关模式，抑制互相关；否则认为互相关不存在，该卫星捕获成功，转入跟踪阶段。
进一步的，所述已跟踪到的卫星至少有一颗。
进一步的，所述步骤3中将预先设定的阈值对完成捕获、检验和位同步的卫星进行互相关检测，预先设定的阈值为35dB-Hz。
进一步的，所述步骤4中互相关检测数据库中各卫星的测量值包括载噪比C/N0、多普勒频率Doppler Offset和导航比特之后的第几毫秒值Bit Offset；
其中，多普勒频率Doppler Offset数值换算为FreqDiff值进行判断，FreqDiff值按照下式进行换算：
FreqDiff=(Doppler1-Doppler2)%1000
式中，Doppler1为待检测卫星的多普勒频率，Doppler2为互相关数据库中某颗卫星的多普勒频率。
进一步的，当待检测卫星和互相关数据库中某颗卫星的载噪比C/N0的差值和导航比特之后的第几毫秒Bit Offset差值，以及FreqDiff值，符合互相关检测标准中某一组判断条件时，就认为检测到互相关；
所述判断条件如下：
Table1互相关检测判断标准
  C/N0DiffMin   FreqDiffMin   FreqDiffMax   Bit OffsetMin
  22   0   25   0
  28   25   40   0
  32   40   70   0
所述步骤5中GEO卫星的互相关检测判断标准：
Table 1GEO卫星互相关检测判断标准
  C/N0DiffMin   FreqDiffMin   FreqDiffMax   Bit OffsetMin
  30   0   220   0
进一步的，待检测卫星的多普勒频率与互相关数据库中某颗卫星的多普勒频率二者的差，再对1000取模，所得的值应属于某一特定范围；所述FreqDiffMin即为该范围的下限值，所述FreqDiffMax为该范围的上限值。
进一步的，所述互相关数据库中某颗卫星的第几毫秒值bit offset除GEO卫星的第几毫秒值Bit Offset为0或1以外，其他卫星的第几毫秒值bit offset均为0~19的整数。
本发明的优点是，该方法能够准确有效的检测出北斗导航系统1-37号卫星发射的B1频点民用信号之间是否发生了互相关，检测标准的确定综合考虑了各种因素，有非常严格的理论依据；此外，根据GEO卫星的特性，使用特定的检测标准对它进行单独检测，这样能更有效的检测出互相关。
附图说明
图1是本发明检测卫星信号是否发生互相关的流程。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
一种检测卫星信号发生互相关的方法，参见图1所示，包括下述步骤：
步骤1：接收机捕获一颗新卫星信号，做强信号或中信号的校验及位同步，若校验及位同步成功，则进入下一步；若校验及位同步失败，则返回，重新捕获新卫星信号；
步骤2：把已跟踪到的各颗卫星的测量值放入互相关检测数据库，以便与待检测卫星的测量值作比较，此处已跟踪到的卫星至少有一颗；
步骤3：待检测卫星的载噪比C/N0与预先设定好的阈值作比较，此处预先设定的阈值为35dB-Hz；若大于此阈值，则认为互相关不存在，待检测卫星捕获成功，转入跟踪阶段；若小于或等于此阈值，则认为互相关可能存在，继续以下步骤的检测；
步骤4：待检测卫星的测量值与互相关检测数据库中各卫星的测量值作比较，若检测到互相关存在，则停止互相关的检测，报告该卫星捕获失败，并开启互相关模式，抑制互相关；
互相关检测数据库中各卫星的测量值包括载噪比C/N0、多普勒频率DopplerOffset和导航比特之后的第几毫秒值Bit Offset；
其中，多普勒频率Doppler Offset数值换算为FreqDiff值进行判断，FreqDiff值按照下式进行换算：
FreqDiff=(Doppler1-Doppler2)%1000
式中，Doppler1为待检测卫星的多普勒频率，Doppler2为互相关数据库中某颗卫星的多普勒频率。
当待检测卫星和互相关数据库中某颗卫星的载噪比C/N0的差值和导航比特之后的第几毫秒Bit Offset差值，以及FreqDiff值，符合互相关检测标准中某一组判断条件时，就认为检测到互相关；
所述判断条件如下：
Table1互相关检测判断标准
  C/N0DiffMin   FreqDiffMin   FreqDiffMax   Bit OffsetMin
  22   0   25   0
  28   25   40   0
  32   40   70   0
所述步骤5中GEO卫星的互相关检测判断标准：
Table 1GEO卫星互相关检测判断标准
  C/N0DiffMin   FreqDiffMin   FreqDiffMax   Bit OffsetMin
  30   0   220   0
上述FreqDiffMin,FreqDiffMin分别表示待检测卫星的多普勒频率与互相关数据库中某颗卫星的多普勒频率二者的差，再对1000取模，所得的值；所述FreqDiffMin即为该范围的下限值，所述FreqDiffMax为该范围的上限值。
互相关数据库中某颗卫星的第几毫秒值bit offset除GEO卫星的第几毫秒值Bit Offset为0或1以外，其他卫星的第几毫秒值bit offset均为0~19的整数。
步骤5：如果对互相关数据库中的卫星轮循一次之后，仍未检测到互相关，那么继续检测该卫星是否与GEO卫星发生了互相关；
这时只需要判断待检测卫星的载噪比C/N0和多普勒频率Doppler Offset是否满足相应的GEO卫星互相关检测标准即可，若符合判断条件，则认为检测到互相关，报告该卫星捕获失败，开启互相关模式，抑制互相关；否则认为互相关不存在，该卫星捕获成功，转入跟踪阶段。
该检测卫星信号发生互相关的方法和流程如上述步骤1-5所述，这里主要阐述确定互相关检测标准的方法。
假设接收信号中仅包含1颗强信号卫星和1颗弱信号卫星，接收信号模型为：
当捕获弱信号的时候，经下变频、解扩和相干积分，得到I、Q两个支路信号分别为：
Figure BDA00001809261500062
上述公式中各符号的意义在背景技术部分已有说明。注意观察上两式的第二项为互相关部分，且可以合写为：
Figure BDA00001809261500063
其中，T代表北斗B1频点普通测距码的周期，N为自然数，两个Gold码相乘结果是另一个Gold码，但有不同的延时，是一个新的Gold码，周期同样为1ms，
因此，可把上式表示为傅里叶级数的形式：
Figure BDA00001809261500071
其中，ak是1个周期的Gold码基带波形的傅里叶系数，
Figure BDA00001809261500072
从式中可以看出，互相关的影响由离散谱ak和
Figure BDA00001809261500073
组成，而ak由两个伪码的延时差决定，
Figure BDA00001809261500074
则由多普率频率决定，经分析有以下结论：
强信号的多普勒频率等于1KHz的整数倍时，互相关的影响最为严重，程度由第k根离散谱ak决定；当多普勒频率不是1KHz的整数倍时，互相关的影响与积分时间NT有关，当积分时间为1ms的整数倍时，积分结果中最多有2根谱线发生作用，该谱线使得
Figure BDA00001809261500075
当待检测卫星与互相关数据库中某颗卫星的FreqDiff在[0,25Hz]范围内时，说明二者的多普勒频率的差非常接近1KHz的整数倍，很有可能发生了较为严重的互相关；接下来再比较二者的C/N0，如果待检测卫星和相关通道数据库某颗已跟踪到的卫星的C/N0相差20dB-Hz以内时，再比较一下测量值Bit Offset，如果二者的Bit Offset值也相等，那么就认为检测到了互相关。
当检测发生互相关的卫星是否为GEO卫星时，确定检测标准的方法和思路与上述的方法基本一致，但还需考虑到GEO卫星相对于用户来说，多普勒频率一般不会超过220Hz，判断时直接看待检测卫星的多普率频率与1KHz整数倍的接近程度；此外，GEO卫星的相关积分时间较短，在确定C/N0的判断条件时应考虑到这一因素。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何书须本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因为本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1：接收机捕获到一颗新卫星后，做强信号或中弱信号校验和位同步，校验和位同步成功之后，开始互相关的检测，否则重新捕获卫星；
步骤2：把已跟踪到的各颗卫星的测量值放入互相关检测数据库，以便与待检测卫星的测量值作比较；
步骤3：待检测卫星的载噪比C/N0与预先设定好的阈值作比较，若大于此阈值，则认为互相关不存在，待检测卫星捕获成功，转入跟踪阶段；若小于或等于此阈值，则认为互相关可能存在，继续以下步骤的检测；
步骤4：待检测卫星的测量值与互相关检测数据库中各卫星的测量值作比较，若检测到互相关存在，则停止互相关的检测，报告该卫星捕获失败，并开启互相关模式，抑制互相关；
步骤5：如果对互相关数据库中的卫星轮循一次之后，仍未检测到互相关，那么继续检测该卫星是否与GEO卫星发生了互相关；
这时只需要判断待检测卫星的载噪比C/N0和多普勒频率Doppler Offset是否满足相应的GEO卫星互相关检测标准即可，若符合判断条件，则认为检测到互相关，报告该卫星捕获失败，开启互相关模式，抑制互相关；否则认为互相关不存在，该卫星捕获成功，转入跟踪阶段。
2.根据权利要求1所述的检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，其特征在于，所述已跟踪到的卫星至少有一颗。
3.根据权利要求1所述的检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，其特征在于，所述步骤3中将预先设定的阈值对完成捕获、检验和位同步的卫星进行互相关检测，预先设定的阈值为35dB-Hz。
4.根据权利要求1所述的检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，其特征在于，所述步骤4中互相关检测数据库中各卫星的测量值包括载噪比C/N0、多普勒频率Doppler Offset和导航比特之后的第几毫秒值Bit Offset；
其中，多普勒频率Doppler Offset数值换算为频差FreqDiff值进行判断，频差FreqDiff值按照下式进行换算：
FreqDiff=(Doppler1-Doppler2)%1000
式中，Doppler1为待检测卫星的多普勒频率，Doppler2为互相关数据库中某颗卫星的多普勒频率。
5.根据权利要求4所述的检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，其特征在于，当待检测卫星和互相关数据库中某颗卫星的载噪比C/N0的差值和导航比特之后的第几毫秒Bit Offset差值，以及频差FreqDiff值，符合互相关检测标准中某一组判断条件时，就认为检测到互相关；
所述判断条件如下：
Table1互相关检测判断标准
C/N0DiffMin FreqDiffMin FreqDiffMax Bit OffsetMin 22 0 25 0 28 25 40 0 32 40 70 0
所述步骤5中GEO卫星的互相关检测判断标准：
Table1GEO卫星互相关检测判断标准
C/N0DiffMin FreqDiffMin FreqDiffMax Bit OffsetMin 30 0 220 0
。
6.根据权利要求5所述的检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，其特征在于，待检测卫星的多普勒频率与互相关数据库中某颗卫星的多普勒频率二者的差，再对1000取模，所得的值应属于某一特定范围；所述最小频差FreqDiffMin即为该范围的下限值，所述最大频差FreqDiffMax为该范围的上限值。
7.根据权利要求5所述的检测北斗卫星B1频段民用信号发生互相关的方法，其特征在于，所述互相关数据库中某颗卫星的第几毫秒值bit offset除GEO卫星的第几毫秒值Bit Offset为0或1以外，其他卫星的第几毫秒值bit offset均为0～19的整数。
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