CN103760578B - 一种gnss卫星导航信号的无模糊跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，针对GNSS系统BOC信号相关函数副峰消除，实现信号无模糊跟踪的方法。本发明利用BOC调制信号相关函数副峰的出现，是由于BOC调制信号的产生过程中引入了子载波的缘故，对接收的BOC信号和本地BOC信号加以改造，使二者逼近无子载波调制的BPSK调制信号，以较低的复杂度得到和BPSK调制信号一样具有单峰的相关函数，从而消除后续捕获过程和跟踪环路的模糊性，实现信号无模糊跟踪的目的。

Description

一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法
技术领域
本发明属于全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS），具体涉及一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，针对二进制偏移载波调制（BOC）信号，实现信号的无模糊跟踪。
背景技术
全球卫星导航系统（GNSS）是全球的位置与时间测定系统，由于能够提供高精度、全球化、全天候的导航服务，因此在民用和军事领域有着广泛的应用。随着现代GNSS的快速发展，美国现代GPS系统，欧洲的Galileo系统等都采用了新型卫星导航信号，如高阶BOC(kn,n)信号(k≥2)，MBOC，AltBOC等。和传统BPSK调制的卫星导航信号相比，二进制偏移载波（BOC）调制技术能够使信号能量集中分布在频带边缘，充分利用频带资源，避免信号之间的频谱混叠导致的相互干扰。此外，BOC信号的相关函数具有更窄的主峰，因此具有更好的抗多径性能，从而提升卫星导航信号接收机的高精度测量性能。
与此同时，也带来了一个问题：信号跟踪的模糊性。BOC信号的相关函数虽然具有更窄的主峰，但还有多个副峰（附图2），这一方面增加了假捕概率，另一方面，使得跟踪环路的鉴相曲线出现多个错锁点（附图3），导致跟踪环路错锁在副峰而不是主峰的概率增加，使导航接收机出现漏检和误检问题。
目前国内、外用于GNSS卫星导航信号，消除相关函数副峰，实现无模糊跟踪的方法，主要有高分辨率相关（HighRateCorrelation）法、子载波消除（Sub-carrierCancellation）法、伪相关函数（PseudoCorrelationFunction）法。高分辨率相关（HRC）法最初的设计是解决C/A码的多径问题，将其用于BOC信号相关函数副峰的抑制，虽不能彻底消除副峰，但可以使主峰宽度更窄，副峰变得更小且远离主峰。该方法需要更宽的前端滤波器带宽，要求更高的采样率。因此，需要消耗更高的接收机功率。BOC调制信号与C/A码的区别在于前者有子载波，需要额外估计子载波的相位。子载波消除法就是基于这点出发，利用估计载波的方法来估计子载波，从而消除相关性。该方法得到的自相关函数具有较好的单峰性，但其需要大量的相关器，结构比较复杂。伪相关函数（PFC）法的基本思想是：在本地采用两个特别设计的信号与接收的BOC信号相关，然后再经过非线性处理，获得无模糊相关函数，即伪相关函数。伪相关函数法得到的相关函数能量有损失，容易造成漏检。此外，对于高阶BOC信号，为了构造本地信号，需要更高的采样率。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，解决BOC调制信号相关函数有多个副峰，对接收的卫星导航信号进行捕获、跟踪时容易产生误检和漏检的问题。
技术方案
一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将接收到的卫星导航信号和本地载波相乘，进行载波剥离，然后经过二次混频，得到中频输入信号；
步骤2：将中频输入信号进行离散傅立叶变换，得到频域接收BOC信号re_boc_fft；
将本地伪随机码PRN信号进行子载波调制生成本地BOC调制信号，然后对生成的BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域本地BOC信号，取复共轭后得到信号local_boc_cfft；
步骤3：将步骤2中产生本地BOC调制信号时，所用的子载波参数作为基本子载波bas_sub_carrier，再根据周期对基本子载波bas_sub_carrier进行周期扩展，然后按照采样频率进行采样，得到采样后的本地子载波信号bas_boc_samp；
步骤4：将采样后的基本子载波信号bas_boc_samp进行数据补零，再进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号先取模，再取倒数，得到信号bas_boc_inv；
将得到的采样后的本地子载波信号bas_boc_samp中，采样点值为-1的改为1，得到信号targ_ca；再将信号targ_ca中与时长相对应的采样点值保留，其余值置为0，得到本地目标信号targ_ca’；所述为目标BPSK调制信号相关峰间距；
对本地目标信号targ_ca’进行数据补零后，进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号取模后得到信号targ_ca”；
步骤5：将步骤4得到的信号bas_boc_inv和信号targ_ca”相乘后得到fil_boc，再分别与步骤2得到的re_boc_fft信号和local_boc_cfft信号相乘，分别得到信号re_boc_sig和local_boc_sig；对二者相乘后得到的信号comp_boc_sig进行离散傅立叶反变换IDFT后，得到无模糊单峰相关函数unam_boc_corr；
步骤6：将无模糊单峰相关函数unam_boc_corr进行捕获门限判决，信号幅度超过预设的门限，说明成功捕获到信号；否则，重复上述过程对接收信号进行处理，直至捕获全部卫星信号。
所述捕获门限的选取采用文献[谢钢.GPS原理和接收机设计[M].电子工业出版社，2011:258-362]中所提供的方法。
有益效果
本发明提出的一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，针对GNSS系统BOC信号相关函数副峰消除，实现信号无模糊跟踪的方法。本发明利用BOC调制信号相关函数副峰的出现，是由于BOC调制信号的产生过程中引入了子载波的缘故，对接收的BOC信号和本地BOC信号加以改造，使二者逼近无子载波调制的BPSK调制信号，以较低的复杂度得到和BPSK调制信号一样具有单峰的相关函数，从而消除后续捕获过程和跟踪环路的模糊性，实现信号无模糊跟踪的目的。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）应用本发明提出的一种GNSS导航信号无模糊跟踪方法，能够消除BOC调制信号相关函数多峰值特性，避免了多峰值特性给GNSS接收机捕获BOC信号时产生的误检和漏检问题。
（2）本发明方法相关运算量小，且最终得到的单峰相关函数的能量没有所失。
（3）本发明方法不仅适用于正弦BOC调制信号，也适用于余弦BOC调制信号。
附图说明
图1：为本发明方法的总流程示意图；
图2：为GNSS导航信号BOC(15,10)相关函数多峰示意图；
图3：为GNSS导航信号跟踪环路鉴相曲线错锁点示意图；
图4：为BOC(10,5)信号使用传统相关得到的相关函数图；
图5：为BOC(10,5)信号使用本发明方法得到的相关函数图；
图6为BOC(10,5)调制信号使用本发明方法，得到的相关函数随码片宽度Td的变化图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明实施例一种GNSS导航信号无模糊跟踪方法，如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一：将接收到的卫星导航信号和本地载波相乘，进行载波剥离（即信号解调），然后经过二次混频，得到中频输入信号；
步骤二：将步骤一得到的中频输入信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域接收BOC信号re_boc_fft；
对于BOC(m,n)调制信号，扩频码速率为fc＝n×f0，子载波频率为fsb＝m×f0，f0＝1.023MHz。每个扩频码码片包含k＝2×m/n个子载波半周期，BOC调制码每1/2子载波周期码片的采样点数为Nsb＝fs/fsb/2。若对t毫秒数据进行积分累加，则数据进行DFT变换点数Ndft＝Nsb×k×t×m×1023。以BOC(1,1)为例，采样率取fs＝10×1.023MHz时，1/2周期BOC调制码码片的采样点数为Ns＝fs/fsb/2＝10×1.023/1.023/2＝5，对1毫秒接收数据进行处理，k＝2×1/1＝2，t＝1，则数据进行DFT变换的点数为Ndft＝5×2×1×1×1023＝10230。
将本地伪随机码PRN信号进行子载波调制生成本地BOC调制信号，然后对生成的BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域本地BOC信号，取复共轭后得到信号local_boc_cfft；
产生的本地BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT的点数和DFT变换的点数Ndft相同。
步骤三：根据步骤二中产生本地BOC调制信号时，所用的子载波参数为基本子载波bas_sub_carrier。再根据周期Tc对bas_sub_carrier进行周期扩展，然后按照采样频率fs进行采样，得到采样后的本地子载波信号bas_boc_samp；
BOC(m,n)调制信号分为正弦BOC调制信号和余弦BOC调制信号，定义为：
每个扩频码码片包含k＝2×m/n个子载波半周期，k可以为偶数，也可以为奇数。正弦BOC调制信号BOCs(t)和余弦BOC调制信号BOCc(t)在k为偶数和奇数时，分别对应不同的基本子载波码片，即：
确定好基本子载波码片后，再根据周期Tc对其进行周期扩展，得到扩展后的本地子载波码片。扩展周期Tc为：
子载波频率为fsb＝m×f0，f0＝1.023MHz。按采样频率fs对扩展后的本地子载波码片进行采样，每1/2个子载波周期采样点数为Nsb＝fs/fsb/2，总的采样点数为Ns＝k×Nsb。
以BOC(10,5)，采样率fs＝80×1.023MHz为例，k＝2×10/5＝4为偶数。因此，对于正弦BOC调制信号BOCs(10,5)，基本子载波码片应选择BOCse＝[1,-1]，扩展周期Tc＝k/2＝4/2＝2，对其进行周期扩展为[1,-1,1,-1]，1/2个子载波周期采样点数为Nsb＝80×1.023/(10×1.023)/2＝4，数据总采样点数为Ns＝4×4＝16，采样后的数据为[1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1]；对于余弦BOC调制信号BOCc(10,5)，基本子载波码片应选择BOCce＝[1,-1,-1,1]，扩展周期Tc＝k/2＝4/2＝2，对其进行周期扩展为[1,-1,-1,1,1,-1,-1,1]，1/2个子载波周期采样点数为Nsb＝80×1.023/(10×1.023)/2＝4，数据总采样点数为Ns＝4×4＝16，采样后的数据为[1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,1,1]。
步骤四：将步骤三得到的采样后的基本子载波信号bas_boc_samp进行数据补零，然后进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号先取模，再取倒数，得到信号bas_boc_inv；
采样后的基本子载波信号进行数据补零的长度Nzp＝Ndft-Ns，数据进行离散傅立叶变换DFT的长度为Ndft。
将采样后的本地子载波信号bas_boc_samp中，采样点值为-1的改为1，得到信号targ_ca。然后，根据目标BPSK调制信号相关峰间距Td的大小，将信号targ_ca中与Td时长相对应的采样点值保留，其余值置为0，得到本地目标信号targ_ca’。对本地目标信号targ_ca’进行数据补零后，进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号取模后得到信号targ_ca”；
以步骤三中的示例正弦BOC调制信号BOCs(10,5)为例：
bas_boc_samp=[1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1]，将采样值为-1的点改为1后得到targ_ca=[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]。如果选取Td＝1，则targ_ca’=targ_ca；如果选取Td＝0.5，则targ_ca’=[1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0]。数据补零操作，是在数据targ_ca’后补Nzp＝Ndft-Ns个零，然后进行Ndft点离散傅立叶变换DFT。
步骤五：将得到的信号bas_boc_inv和信号targ_ca”相乘后得到fil_boc，再分别和步骤二得到的re_boc_fft信号和local_boc_cfft信号相乘，分别得到信号re_boc_sig和local_boc_sig，二者相乘后得到的信号comp_boc_sig进行离散傅立叶反变换IDFT后，得到无模糊单峰相关函数unam_boc_corr；
无模糊单峰相关函数unam_boc_corr=IDFT[comp_boc_sig]=IDFT[re_boc_sig×local_boc_sig]；
步骤六：将得到的无模糊单峰相关函数unam_boc_corr进行捕获门限判决，信号幅度超过预设的门限，说明成功捕获到信号；否则，重复上述过程对接收信号进行处理，直至捕获全部卫星信号。
捕获门限的选取可参见[谢钢.GPS原理和接收机设计[M].电子工业出版社，2011:258-362]。
应用本发明提出的一种GNSS导航信号无模糊跟踪方法，消除BOC信号的效果如图5所示，与传统相关方法的效果进行对比（图4），可以看出该方法消除了BOC调制信号相关函数的副峰，并且主峰能量没有损失，避免了接收机捕获BOC调制信号时出现误检和漏检的问题。
本发明提出的一种GNSS导航信号无模糊跟踪方法与现有技术相比，一方面，没有采用大量相关器增加计算复杂度；另一方面，采用离散傅里叶变换DFT并行运算，降低了串行捕获搜索的运算量。而且，本发明提出的方法可通过改变Td的大小控制目标单峰相关函数相关峰的间距（图6）。该方法不仅适用于正弦BOC调制信号，也适用于余弦BOC调制信号。

Claims (1)

1.一种GNSS卫星导航信号的无模糊跟踪方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将接收到的卫星导航信号和本地载波相乘，进行载波剥离，然后经过二次混频，得到中频输入信号；
步骤2：将中频输入信号进行离散傅立叶变换，得到频域接收BOC信号re_boc_fft；
将本地伪随机码PRN信号进行子载波调制生成本地BOC调制信号，然后对生成的BOC调制信号进行离散傅立叶变换DFT，得到频域本地BOC信号，取复共轭后得到信号local_boc_cfft；
步骤3：将步骤2中产生本地BOC调制信号时，所用的子载波参数作为基本子载波bas_sub_carrier，再根据周期Tc对基本子载波bas_sub_carrier进行周期扩展，然后按照采样频率fs进行采样，得到采样后的本地子载波信号bas_boc_samp；
步骤4：将采样后的基本子载波信号bas_boc_samp进行数据补零，再进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号先取模，再取倒数，得到信号bas_boc_inv；
将得到的采样后的本地子载波信号bas_boc_samp中，采样点值为-1的改为1，得到信号targ_ca；再将信号targ_ca中与Td时长相对应的采样点值保留，其余值置为0，得到本地目标信号targ_ca’；所述Td为目标BPSK调制信号相关峰间距Td；
对本地目标信号targ_ca’进行数据补零后，进行离散傅立叶变换DFT，将变换得到的信号取模后得到信号targ_ca”；
步骤5：将步骤4得到的信号bas_boc_inv和信号targ_ca”相乘后得到fil_boc，再分别与步骤2得到的re_boc_fft信号和local_boc_cfft信号相乘，分别得到信号re_boc_sig和local_boc_sig；对信号re_boc_sig和local_boc_sig相乘后得到的信号comp_boc_sig进行离散傅立叶反变换IDFT后，得到无模糊单峰相关函数unam_boc_corr；
步骤6：将无模糊单峰相关函数unam_boc_corr进行捕获门限判决，信号幅度超过预设的门限，说明成功捕获到信号；否则，重复上述过程对接收信号进行处理，直至捕获全部卫星信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104181556B (zh) * 2014-08-19 2017-02-15 哈尔滨工程大学 一种基于重叠差分循环相干积分的boc调制信号捕获方法
CN106019328B (zh) * 2016-05-27 2018-09-21 贵州大学 一种boc信号的副峰消除方法
CN108254767B (zh) * 2018-01-02 2021-06-04 桂林电子科技大学 一种boc信号捕获方法和基带同步接收机
CN108562918B (zh) * 2018-04-26 2020-08-04 桂林电子科技大学 基于相关移位BOC(n,n)无模糊度捕获方法及装置
CN114200492B (zh) * 2022-02-20 2022-05-27 湖南跨线桥航天科技有限公司 一种高阶boc信号捕获方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101242195A (zh) * 2007-12-28 2008-08-13 清华大学 一种扩频码跟踪环路的构成及其运行方法
CN101826889A (zh) * 2010-03-31 2010-09-08 北京航空航天大学 一种二进制偏移载波信号跟踪环路

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101242195A (zh) * 2007-12-28 2008-08-13 清华大学 一种扩频码跟踪环路的构成及其运行方法
CN101826889A (zh) * 2010-03-31 2010-09-08 北京航空航天大学 一种二进制偏移载波信号跟踪环路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
卫星导航系统中的BOC调制和接收技术分析;袁润平 等;《现代导航》;20131231(第4期);第252-257页 *
基于伪相关函数的BOC无模糊跟踪性能分析;周艳玲 等;《宇航学报》;20111231;第32卷(第12期);2526-2531页 *

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