CN104062668B - 基于双极化天线的gnss信号捕获、跟踪方法及系统 - Google Patents

基于双极化天线的gnss信号捕获、跟踪方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双极化天线的GNSS信号捕获、跟踪方法及系统，本发明GNSS信号捕获方法为：采用右旋圆极化天线和左旋圆极化天线分别接收RHCP信号和LHCP信号，基于RHCP信号捕获卫星信号并提取未捕获卫星的编号；加长积分时间，分别基于RHCP信号和LHCP信号对未捕获卫星的信号进行捕获，并且，基于RHCP信号和LHCP信号同时分别捕获相同卫星或不同卫星的信号。本发明采用双极化天线同时接收直射信号和反射信号，并基于直射信号和反射信号处理卫星信号并定位，在多径衰减严重和信号环境恶劣情况下，采用本发明可提高GNSS接收机在城市及室内等弱信号环境、复杂信号环境下的灵敏度性。

Description

基于双极化天线的GNSS信号捕获、跟踪方法及系统
技术领域
本发明属于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)技术领域，特别涉及一种基于双极化天线的GNSS信号捕获、跟踪方法及系统。
背景技术
全球导航卫星系统是一种星基无线电定位、导航系统，包括美国的全球定位系统(GPS)、中国北斗系统(BDS)、欧洲伽利略(Galileo)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)系统等。GNSS信号从两万公里以外的卫星发射下来，到达地面接收机天线端时信号微弱，易受阻塞或干扰，因此，在室内以及建筑物和树叶遮挡等信号微弱或信号环境复杂地方，GNSS接收机实现定位较为困难，定位质量不高。然而，在这些环境下的导航应用需求强烈，故而弱信号和复杂信号环境下的定位成为本领域的研究热点。
现有GNSS信号大都采用右旋圆极化(RHCP)信号，因此接收机天线也采用右旋圆极化天线进行接收。在城市高楼林立的环境以及室内等封闭环境下，信号往往受到遮挡和反射，极化特性发生改变。此时，如果仅采用右旋圆极化天线接收直射信号进行定位，接收机灵敏度不高，在弱信号环境下易失锁而不能正常工作。
发明内容
针对现有GNSS接收机系统仅采用右旋圆极化天线接收直射信号、在弱信号和复杂信号环境下灵敏度性能较差的不足，本发明提供了一种可有效提高弱信号和复杂信号环境下灵敏度和定位性能的基于双极化天线的GNSS信号捕获、跟踪方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一、基于双极化信号的GNSS信号捕获方法，采用右旋圆极化天线和左旋圆极化天线分别接收RHCP信号和LHCP信号，基于RHCP信号捕获卫星信号并提取未捕获卫星的编号；加长积分时间，分别基于RHCP信号和LHCP信号对未捕获卫星的信号进行捕获，并且，基于RHCP信号和LHCP信号同时分别捕获相同卫星或不同卫星的信号；
当基于RHCP信号和LHCP信号同时分别捕获相同卫星的信号时，对经相关处理后的RHCP信号和LHCP信号进行加权求和，并基于加权求和结果捕获卫星信号；加权求和中的权重根据实际需求预设。
二、一种基于双极化信号的GNSS信号捕获系统，包括：
RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道，RHCP信号捕获通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号捕获通道连接左旋圆极化天线，其中：
RHCP信号捕获通道包括依次相连的第一RF采样下变频单元、第一相关通道、第一门限判决单元，第一相关通道的输出还连接第一相干累积单元，第一相干累积单元连接第二门限判决单元；
LHCP信号捕获通道包括依次相连的第二RF采样下变频单元、第二相关通道、第二相干累积单元、第三门限判决单元。
三、另一种基于双极化信号的GNSS信号捕获系统，包括：
RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道，RHCP信号捕获通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号捕获通道连接左旋圆极化天线，其中：
RHCP信号捕获通道包括依次相连的第三RF采样下变频单元、第三相关通道、第四门限判决单元，第四门限判决单元的输出还连接第三相干累积单元，第三相干累积单元的输出连接加权组合单元；
LHCP信号捕获通道包括依次相连的第四RF采样下变频单元、第四相关通道、第四相干累积单元，第四相干累积单元的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出连接第五门限判决单元。
四、基于双极化信号的GNSS信号跟踪方法，采用右旋圆极化天线和左旋圆极化天线分别接收RHCP信号和LHCP信号，基于RHCP信号和LHCP信号同时分别跟踪相同卫星的信号，即，采用经相关处理、鉴别处理或滤波后的第一路信号辅助第二路信号进行跟踪，第一路信号的信号环境优于第二路信号；或者，将经相关处理、鉴别处理或滤波后的两路信号加权求和，基于加权结合结果跟踪卫星信号，加权求和中的权重根据实际需求预设。
五、一种基于双极化信号的GNSS信号跟踪系统，包括：
RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道，RHCP信号跟踪通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号跟踪通道连接左旋圆极化天线，RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均由RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器和数字控制振动器构成；其中：
第一路信号跟踪通道中RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器、数字控制振动器依次相连；
第二路信号跟踪通道中RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器、数字控制振动器也依次相连，但在相关通道和鉴别器间、鉴别器和环路滤波器间、或环路滤波器和数字控制振动器间连接有加法器，加法器还连接第一路信号跟踪通道中的相干通道、鉴别器或环路滤波器的输出；
所述的第一路信号跟踪通道为RHCP信号跟踪通道或LHCP信号跟踪通道，所述的第二路信号跟踪通道为LHCP信号跟踪通道或RHCP信号跟踪通。
六，另一种基于双极化信号的GNSS信号跟踪系统，其特征在于，包括：
RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道，RHCP信号跟踪通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号跟踪通道连接左旋圆极化天线，其中：
(1)RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器，两路信号跟踪通道中环路滤波器的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出连接数字数字控制振动器或依次连接PTV解算单元、数字控制振动器；
或，(2)RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器，两路信号跟踪通道中鉴别器的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出连接数字数字控制振动器或依次连接环路滤波器、PTV解算单元、数字控制振动器；
或，(3)RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道，两路信号跟踪通道中相关通道的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出依次连接鉴别器、数字数字控制振动器或依次连接鉴别器、环路滤波器、PTV解算单元、数字控制振动器。
七、基于双极化信号的GNSS信号比特同步和解调方法，采用上述基于双极化信号的GNSS信号跟踪方法完成稳定跟踪后，根据RHCP信号和LHCP信号在信号通道中的锁定状态，采用不同方式对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行加权求和，并对加权求和结果进行比特同步和调解，加权求和中的权重根据实际需求预设；
所述的采用不同方式对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行加权求和具体为：
(1)RHCP信号和LHCP信号在信号通道中均处于相位锁定状态时，对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行相干组合，即将RHCP信号和LHCP信号的相关输出I路值进行加权求和；
(2)RHCP信号和LHCP信号在信号通道中均处于频率锁定状态时，对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行非相干组合，即将RHCP信号和LHCP信号的相关输出幅值进行加权求和；
(3)LHCP信号在信号通道中处于相位锁定状态、RHCP信号在信号通道处于频率锁定状态时，将LHCP信号相关输出I路值绝对值和RHCP信号相关输出幅值进行加权求和；
(4)RHCP信号在信号通道中处于相位锁定状态、LHCP信号在信号通道处于频率锁定状态时，将RHCP信号相关输出I路值绝对值和LHCP信号相关输出幅值进行加权求和。
八、基于双极化信号的GNSS信号比特同步和解调系统，包括：
RHCP信号通道和LHCP信号通道，RHCP信号通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号通道连接左旋圆极化天线，RHCP信号通道和LHCP信号通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道、归一化单元，两路信号通道的归一化单元的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出同时连接比特同步单元和数据解调单元。
九、基于双极化信号的GNSS信号测量处理方法，根据RHCP信号和LHCP信号是否被稳定跟踪，选择不同的测量处理方法，具体为：
(1)一路信号被稳定跟踪，另一路信号未被稳定跟踪，提取被稳定跟踪的信号在跟踪阶段获得的观测数据，进行PVT解算；
(2)两路信号均被稳定跟踪，提取RHCP信号在跟踪阶段获得的观测数据进行PVT解算；或者，对两路信号在跟踪阶段获得的观测数据进行加权求和，并对加权求和结果进行PVT解算。
十、基于双极化信号的GNSS接收机，包括：
右旋圆极化天线、左旋圆极化天线、上述两种GNSS信号捕获系统、上述两种GNSS信号跟踪系统、上述GNSS信号比特同步和解调系统、测量处理单及通道管理单元，通道管理单元用来根据RHCP信号和LHCP信号在跟踪阶段的状态判断信号环境，并根据信号环境给据RHCP信号和LHCP信号分配信号通道。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有意效果：
采用双极化天线同时接收直射信号和反射信号，并基于直射信号和反射信号处理卫星信号并定位，在多径衰减严重和信号环境恶劣情况下，采用本发明可提高GNSS接收机在城市及室内等弱信号环境、复杂信号环境下的灵敏度性。
附图说明
图1为高效率弱信号捕获单元结构图；
图2为高质量弱信号捕获单元结构图；
图3为RHCP信号通道在相关通道输出阶段辅助LHCP信号通道结构图；
图4为RHCP信号通道在鉴别器输出阶段辅助LHCP信号通道结构图；
图5为RHCP信号通道在环路滤波器输出阶段辅助LHCP信号通道结构图；
图6为环路滤波器的输出组合的协同跟踪结构图；
图7为鉴别器的输出组合的协同跟踪结构图；
图8为相关通道中相关器的输出组合的协同跟踪结构图；
图9为组合比特同步和数据解调结构图；
图10为本发明GNSS接收机系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
一、基于双极化信号的GNSS信号捕获策略
捕获的目的是粗略确定可见卫星、卫星信号载波频率以及卫星信号码相位信息，对信号参数精度要求不高，只要信号强度足够跟踪环路进入牵引阶段即可。本发明基于双极化信号的GNSS信号捕获策略主要针对存在严重多径衰落的输入信号(比如城市峡谷或室内的卫星信号)，可达到提高平均捕获时间和灵敏度的目的。
图1～2为本发明基于双极化信号的捕获系统结构图，采用双极化天线接收双极化信号，所述的双极化天线由右旋圆极化天线和左旋圆极化天线构成，右旋圆极化天线输出的RHCP信号进入RHCP信号捕获通道，左旋圆极化天线输出的LHCP信号进入LHCP信号捕获通道。RHCP信号捕获通道基于RHCP信号进行卫星信号捕获，LHCP信号捕获通道基于LHCP信号进行卫星信号捕获。
本发明基于RHCP和LHCP两路信号实现卫星信号捕获，充分利用非视线(Non LineOf Sight，NLOS)信号辅助捕获卫星信号，捕获的卫星信号可以为LOS信号、NLOS信号以及多路径信号。
下面结合图1～2说明本发明捕获系统及方法的具体实施方式：
1.1高效率弱信号捕获策略
首先，采用RHCP信号捕获通道捕获卫星信号，同时提取未捕获卫星的编号，此时，被RHCP信号捕获通道捕获的卫星信号即为功率强的卫星信号，下文中将“功率强的卫星信号”简称为“强信号”。强信号捕获采用RHCP信号捕获通道中的RF采样下变频单元(1)、相关通道(2)和门限判决单元(3)实现。
然后，通过相干累积单元(4，8)加长积分时间，采用RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道分别对未捕获卫星的信号(即弱信号)进行捕获。具体实施时，通过相干累积、非相干累积或差分相干累积等方式加长积分时间，并采用门限判决单元(5，9)判断卫星信号是否成功捕获。捕获弱信号时，RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道同时分别捕获不同卫星的信号，以提高捕获效率。例如，未捕获卫星编号为1、2、3、4、5，RHCP信号捕获通道按照编号1至5顺次搜索卫星信号，LHCP信号捕获通道则按照编号5至1顺次搜索卫星信号。
上述高效率弱信号捕获方法对应的捕获系统结构见图1，RHCP信号捕获通道包括依次相连的RF采样下变频单元(1)、相关通道(2)、门限判决单元(3)，RF采样下变频单元(1)、相关通道(2)、门限判决单元(3)用来捕获强信号；相关通道(2)的输出还连接相干累积单元(4)，相干累积单元(4)的输出连接门限判决单元(5)的输入，RF采样下变频单元(1)、相关通道(2)、相干累积单元(4)、门限判决单元(5)用来捕获弱信号。LHCP信号捕获通道包括依次相连的RF采样下变频单元(6)、相关通道(7)、相干累积单元(8)、门限判决单元(9)，LHCP信号捕获通道用来捕获弱信号。
门限判决单元用来将输入信号与预先设置的门限阈值比较，如果输入信号大于门限阈值，则卫星信号捕获成功；否则，捕获失败。上述信号捕获通道中涉及的RF采样下变频单元、相关通道、相干累积单元以及门限判决单元均属于本技术领域内的常规技术，在此不再进一步赘述。
1.2高质量弱信号捕获方法
见图2，首先，利用RHCP信号捕获通道捕获卫星信号，同时提取未捕获卫星的编号，同样的，强信号捕获采用RHCP信号捕获通道中的RF采样下变频单元(10)、相关通道(11)和门限判决单元(12)实现。然后，相干累积单元(13)通过相干累积、非相干累积或差分相关累积方式加长积分时间，利用RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道对未捕获卫星的信号(即弱信号)进行捕获。捕获弱信号时，RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道同时分别捕获相同卫星的信号，以提高捕获质量。
具体实施时，采用加权组合单元将相干累积单元(13)和相干累积单元(17)的输出加权求和，加权组合单元基于加法器(14)实现，采用门限判决单元(19)对加权求和结果进行门限判决；门限判决定前也可对加权求和结果采用相干累积、非相干累积或差分相干累积方式进行累积处理。
权重可根据实际需求进行预设，预设不同的权重可获得不同的加权组合方式，从而达到不同效果。本具体实施方式提供了如下三种加权组合方式，但并不限于此：
1)选择合并：Wrhcp＝0，Wlhcp＝1；或Wrhcp＝1，Wlhcp＝0；
2)等增益组合：Wrhcp＝0.5，Wlhcp＝0.5；
3)信噪比组合：
Wrhcp＝SNRrhcp/(SNRrhcp+SNRlhcp)，Wlhcp＝SNRlhcp/(SNRrhcp+SNRlhcp)。
上述Wrhcp和Wlhcp分别为RHCP信号和LHCP信号的权重；SNRrhcp和SNRlhcp分别为RHCP信号和LHCP信号的信噪比。
采用选择合并的加权组合方式，可以根据预设权重选择RHCP信号或LHCP信号进行捕获；采用等增益合并的加权组合方式，则是对RHCP信号和LHCP信号的平均值进行捕获；采用信噪比组合的加权组合方式，可获得信噪比最强的加权组合结果。
上述高质量弱信号捕获方法对应的捕获系统结构见图2，RHCP信号捕获通道包括依次相连的RF采样下变频单元(10)、相关通道(11)、门限判决单元(12)，RF采样下变频单元(10)、相关通道(11)、门限判决单元(12)用来捕获强信号；相关通道(11)的输出还连接相干累积单元(13)。LHCP信号捕获通道包括依次相连的RF采样下变频单元(15)、相关通道(16)、相干累积单元(17)；相干累积单元(13)和相干累积单元(17)的输出连接加权组合单元，加权组合单元对输入信号进行加权求和后输出至门限判决单元(19)。在加权组合单元和门限判决单元(19)间还可以设置相干累积单元(18)。本具体实施中，加权组合单元基于加法器(14)实现。上述信号捕获通道中涉及的RF采样下变频单元、相关通道、相干累积单元、加法器以及门限判决单元均属于本技术领域内的常规技术，在此不再进行进一步赘述。
二、基于双极化信号的GNSS信号跟踪策略
跟踪是指接收机进一步精确估计信号的功率、幅度、码相位、载波频率、载波相位等参数，并不断跟踪这些参数的动态变化，传统的跟踪环路仅跟踪LOS信号。本发明跟踪策略的核心思想是：1)任何时候只要存在LOS信号，则应尽可能跟踪LOS信号；2)在LOS信号被阻挡或者射时，跟踪环路可以跟踪NLOS信号；3)被跟踪的NLOS信号路径越接近LOS信号越好。
本发明跟踪系统及跟踪方法的具体实施方式如下：
2.1直接辅助跟踪策略
见图3～5，右旋圆极化天线输出的RHCP信号进入RHCP信号跟踪通道，左旋圆极化天线输出的LHCP信号进入LHCP信号跟踪通道。RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均包括依次相连的RF采样下变频单元(20，25)、相关通道(21，26)、鉴别器(22，28)、环路滤波器(23，29)和数字控制振荡器NCO(24，30)。跟踪系统中涉及的RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器和数字控制振荡器(NCO)均属于本技术领域内的常规技术，在此不再进一步赘述。
本具体实施方式中，同时采用RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道同时分别跟踪相同卫星。当一个信号跟踪通道锁定另一个信号跟踪通道未锁定时，采用锁定的信号跟踪通道中信号辅助未锁定的信号跟踪通道达到锁定状态；当两个信号跟踪通道同时锁定时，采用载噪比高的信号跟踪通道辅助载噪比低的信号跟踪通道。跟踪环路可采用锁相环(PLL)、锁频环(FLL)、码延迟锁定环(DLL)中的任意一种。
辅助可以在相关通道(21，26)输出、鉴别器(22，28)输出或环路滤波器(23，29)输出进行，即将RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中相关通道输出、鉴别器输出或环路滤波器输出通过加法器相加，对相加后信号进行跟踪。
图3为在RHCP信号跟踪通道相关通道输出阶段辅助LHCP信号跟踪通道，即将RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中相关通道的输出通过加法器(27)相加，并将加法器(27)输出依次经鉴别器(28)、环路滤波器(29)、数字控制振荡器(30)进行跟踪。
图4为在RHCP信号跟踪通道鉴别器输出阶段辅助LHCP信号跟踪通道，即将RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中鉴别器的输出通过加法器(27)相加，并将加法器(27)输出依次经环路滤波器(29)、数字控制振荡器(30)进行跟踪。
图5为在RHCP信号跟踪通道环路滤波器输出阶段辅助LHCP信号跟踪通道，即将RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中环路滤波器的输出通过加法器(27)相加，并将加法器(27)输出经数字控制振荡器(30)进行跟踪。
2.2协同辅助跟踪策略
本具体实施方式中采用RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道同时分别跟踪相同卫星，并结合RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中信号信息，以加权组合方式估计卫星信号的多普勒。加权组合单元的输入可以是RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中环路滤波器(34，38)的输出，见图6；也可以是RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中鉴别器(33，37)的输出，见图7；还可以是RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道中相关通道(32，36)的输出，见图8。
加权组合单元的输出可以直接输入数字控制振荡器(41)，并同时控制两个环路，实现FLL(频率锁定环)或DLL(延迟锁定环)的环路跟踪；也可采用矢量跟踪方式，将鉴别器(33，37)输出通过环路滤波器(34，38)后，直接输入到PVT解算单元，再利用解算结果调整NCO；还可以将加权组合单元的输出或者PVT解算结果分别辅助到各自的PLL(相位锁定环)中去利用现有技术辅助载波相位的跟踪。本具体实施中加权组合单元基于加法器(39)实现。
权重可根据实际需求进行预设，预设不同的权重可获得不同的加权组合方式，从而获得不同的跟踪效果。本具体实施方式提供了如下三种加权组合方式，但并不限于此：
1)选择合并：Wrhcp＝0，Wlhcp＝1；或Wrhcp＝1，Wlhcp＝0；
2)等增益组合：Wrhcp＝0.5，Wlhcp＝0.5；
3)信噪比组合：
Wrhcp＝SNRrhcp/(SNRrhcp+SNRlhcp)，Wlhcp＝SNRlhcp/(SNRrhcp+SNRlhcp)。
上述Wrhcp和Wlhcp分别为RHCP信号和LHCP信号的权重，SNRrhcp和SNRlhcp分别为加权组合单元输入的RHCP信号和LHCP信号的信噪比。
三、基于双极化信号的比特同步和数据解调策略
当稳定跟踪时，比特同步和数据解调系统即可根据相关通道的输出进行比特同步和数据解调。
比特同步和数据解系统结构见图9，包括RHCP信号通道和LHCP信号通道，在RHCP信号通道和LHCP信号通道中，均采用归一化单元(44，48)将RHCP信号通道和LHCP信号通道中相关通道(43，47)的输出进行归一化；然后，采用加权组合单元对归一化单元(44，48)的输出进行加权求和，本具体实施中，加权组合单元基于加法器(45)实现；最后，对加权组合单元的输出进行比特同步和数据解调。
具体实施时，根据RHCP信号通道和LHCP信号通道的锁定状态对归一化单元的输出进行不同的加权组合，具体如下：
(1)RHCP信号通道和LHCP信号通道均处于相位锁定状态时，对RHCP信号通道和LHCP信号通道中归一化单元(44，48)的输出进行相干组合，即将RHCP信号相关输出的I路值Irhcp和LHCP信号相关输出的I路值Ilhcp进行加权求和，对加权求和结果进行比特同步和数据解调。
(2)RHCP信号通道和LHCP信号通道均处于频率锁定状态时，对RHCP信号通道和LHCP信号通道中归一化单元(44，48)的输出进行非相干组合，即将RHCP信号相关输出幅值和LHCP信号相关输出幅值进行加权求和，对加权求和结果进行比特同步和数据解调。
(3)LHCP信号通道处于相位锁定状态、RHCP信号通道处于频率锁定状态时，将LHCP信号相关输出I路值绝对值和RHCP信号相关输出幅值进行加权求和，对加权求和结果进行比特同步和数据解调。
(4)RHCP信号通道处于相位锁定状态、LHCP信号通道处于频率锁定状态时，将RHCP信号相关输出的I路值绝对值和LHCP信号相关输出幅值进行加权求和，对加权求和结果进行比特同步和数据解调。
权重可根据实际需求进行预设，预设不同的权重可获得不同的加权组合方式。本具体实施方式提供了如下三种加权组合方式，但并不限于此：
1)选择合并：Wrhcp＝0，Wlhcp＝1；或Wrhcp＝1，Wlhcp＝0；
2)等增益组合：Wrhcp＝0.5，Wlhcp＝0.5；
3)信噪比组合：
Wrhcp＝SNRrhcp/(SNRrhcp+SNRlhcp)，Wlhcp＝SNRlhcp/(SNRrhcp+SNRlhcp)。
上述Wrhcp和Wlhcp分别为RHCP信号和LHCP信号的权重，SNRrhcp和SNRlhcp分别为加权组合单元输入的RHCP信号和LHCP信号的信噪比。
比特同步的具体实施可以采用任何现有的比特同步技术实现，比如直方图统计或延迟求和同步等。同样，数据解调的具体实施可以采用任意现有的数据调解技术，比如维特比译码等。
四、基于双极化信号的测量处理策略
当采用协同辅助跟踪策略，因为捕获阶段只获得一组观测数据，可采用传统测量处理方法处理该组观测数据，获得定位结果。这里观测数据包括伪距、载波相位等，从跟踪环路中提取。
若采用直接辅助跟踪策略，捕获阶段会获得两组观测数据，一组观测数据来源于RHCP信号跟踪通道，另一组观测数据来源于LHCP信号跟踪通道。依据信号是否稳定跟踪，采用不同的测量处理方法：
(1)若RHCP信号稳定跟踪，而LHCP信号未被稳定跟踪，直接采用RHCP信号跟踪通道提取的观测数据进行PVT解算，获得定位结果。
(2)若RHCP信号和LHCP信号同时稳定跟踪，则对两组观测数据进行加权求和，并对加权求和结果进行PTV解算；或者，直接舍弃LHCP信号跟踪通道提取的观测数据，仅采用RHCP信号跟踪通道提取的观测数据进行PVT解算。
(3)若RHCP信号未被稳定跟踪，而LHCP信号稳定跟踪，直接采用LHCP信号跟踪通道提取的观测数据进行PVT解算，获得定位结果。
五、基于双极化信号的通道管理策略
通道管理单元用来根据不同的信号环境，选择跟踪策略。具体实施中，主要基于RHCP信号和LHCP信号在跟踪阶段的状态来判断信号环境，具体可通过计算Rician K(莱斯K)或RHCP信号和LHCP信号的载噪比之差判断信号环境，并根据判断结果进行通道管理。
当采用莱斯K判断信号环境时，莱斯K越大，表明信号衰落越小，特别地，在开阔天空下，莱斯K趋于无穷大，噪声服从高斯白噪声，此时应侧重于使用RHCP信号通道；莱斯K越小，表明信号衰落越大，特别地，无直射信号时，莱斯K趋于0，信号服从Rayleigh分布，此时GNSS接收机应采用基于双极化信号的直接辅助跟踪策略或协同辅助跟踪策略。具体来说，当一路信号通道的莱斯K值明显大于另一路的莱斯K值时，采用直接辅助跟踪策略，即，采用莱斯K值大的信号通道辅助莱斯K值小的信号通道；当两路信号通道的莱斯K值接近并不断变化时，采用协同辅助策略对信号进行跟踪。
莱斯K是单极化天线接收机系统中信号通道评估的常规方法，本发明在RHCP信号通道和LHCP信号通道中均配置莱斯K估算器，用来对各信号通道中信号进行评估。采用莱斯K评估信号通道存在的延时大的问题，而且需要根据载噪比进行校正，特别是在弱信号环境中。因此，本具体实施方式中还提出了一种根据RHCP信号和LHCP信号的载噪比之差判断信号环境的方法。
分别计算RHCP信号和LHCP信号的载噪比C/N0rhcp、C/N0lhcp，并比较载噪比之差C/N0rhcp-C/N0lhcp和预设门限值，若载噪比之差大于预设门限值，表示信号环境较好，属于开阔环境，此时GNSS接收机可直接使用RHCP信号进行定位；若载噪比之差不大于预设门限值，表示信号环境较差，属于城市峡谷或室内，此时GNSS接收机可采用基于双极化信号的直接辅助跟踪策略或协同辅助跟踪策略。具体来说，应用载噪比大的信号辅助载噪比小的信号；当两信号载噪比之差接近并不断变化时，采用协同辅助跟踪策略对信号进行跟踪。预设门限值为经验值，需要根据不同环境大量数据分析获得。采用载噪比之差，充分利用了双极化信号优点，跟基于莱斯K的信道评估方法相比，延时短，优化并简化了信道评估过程。
六、双极化天线GNSS接收机系统
本发明双极化天线GNSS接收机系统包括上述捕获系统、跟踪系统、比特同步和数据解调系统、测量处理单元及通道管理单元。图1为本发明双极化天线GNSS接收系统结构图，RHCP信号和LHCP信号分别进入对应的RF采样下变频单元后，通道管理单元根据信号环境将信号分配到对应的信号通道，进行捕获、跟踪、比特同步解调及测量处理，信号通道可以由硬件或软件实现。
本发明GNSS接收机中，主要针对严重的多径衰减信号以加快平均捕获时间，提高探测灵敏度；跟踪不仅可以跟踪LOS(Line of Sight，视线)信号，还可以跟踪NLOS(NonLine of Sight，非视线)信号；比特同步解调充分利用RHCP信号和LHCP信号，在数据连贯和不连贯的两种模式下实现比特的同步和解调；测量处理充分利用RHCP信号和LHCP信号，在严重的多径衰减信号中尽可能多的提取有效信息实现定位。

Claims (7)

1.基于双极化信号的GNSS信号捕获方法，其特征在于：
采用右旋圆极化天线和左旋圆极化天线分别接收RHCP信号和LHCP信号，基于RHCP信号捕获卫星信号并提取未捕获卫星的编号；加长积分时间，分别基于RHCP信号和LHCP信号对未捕获卫星的信号进行捕获，并且，基于RHCP信号和LHCP信号同时分别捕获相同卫星或不同卫星的信号；
当基于RHCP信号和LHCP信号同时分别捕获相同卫星的信号时，对经相关处理后的RHCP信号和LHCP信号进行加权求和，并基于加权求和结果捕获卫星信号；加权求和中的权重根据实际需求预设。
2.基于双极化信号的GNSS信号捕获系统，其特征在于，包括：
RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道，RHCP信号捕获通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号捕获通道连接左旋圆极化天线，其中：
RHCP信号捕获通道包括依次相连的第三RF采样下变频单元、第三相关通道、第四门限判决单元，第四门限判决单元的输出还连接第三相干累积单元，第三相干累积单元的输出连接加权组合单元；
LHCP信号捕获通道包括依次相连的第四RF采样下变频单元、第四相关通道、第四相干累积单元，第四相干累积单元的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出连接第五门限判决单元。
3.基于双极化信号的GNSS信号跟踪系统，其特征在于，包括：
RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道，RHCP信号跟踪通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号跟踪通道连接左旋圆极化天线，RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均由RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器和数字控制振动器构成；其中：
第一路信号跟踪通道中RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器、数字控制振动器依次相连；
第二路信号跟踪通道中RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器、数字控制振动器也依次相连，但在相关通道和鉴别器间、鉴别器和环路滤波器间、或环路滤波器和数字控制振动器间连接有加法器，加法器还连接第一路信号跟踪通道中的相干通道、鉴别器或环路滤波器的输出；
所述的第一路信号跟踪通道为RHCP信号跟踪通道或LHCP信号跟踪通道，所述的第二路信号跟踪通道为LHCP信号跟踪通道或RHCP信号跟踪通道。
4.基于双极化信号的GNSS信号跟踪系统，其特征在于，包括：
RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道，RHCP信号跟踪通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号跟踪通道连接左旋圆极化天线，其中：
(1)RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器、环路滤波器，两路信号跟踪通道中环路滤波器的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出连接数字控制振动器或依次连接PTV解算单元、数字控制振动器；
或，(2)RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道、鉴别器，两路信号跟踪通道中鉴别器的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出连接数字控制振动器或依次连接环路滤波器、PTV解算单元、数字控制振动器；
或，(3)RHCP信号跟踪通道和LHCP信号跟踪通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道，两路信号跟踪通道中相关通道的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出依次连接鉴别器、数字控制振动器或依次连接鉴别器、环路滤波器、PTV解算单元、数字控制振动器。
5.基于双极化信号的GNSS信号比特同步和解调方法，其特征在于：
采用权利要求3所述的基于双极化信号的GNSS信号跟踪方法完成稳定跟踪后，根据RHCP信号和LHCP信号在信号通道中的锁定状态，采用不同方式对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行加权求和，并对加权求和结果进行比特同步和调解，加权求和中的权重根据实际需求预设；
所述的采用不同方式对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行加权求和具体为：
(1)RHCP信号和LHCP信号在信号通道中均处于相位锁定状态时，对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行相干组合，即将RHCP信号和LHCP信号的相关输出I路值进行加权求和；
(2)RHCP信号和LHCP信号在信号通道中均处于频率锁定状态时，对依次经相关处理、归一化后的RHCP信号和LHCP信号进行非相干组合，即将RHCP信号和LHCP信号的相关输出幅值进行加权求和；
(3)LHCP信号在信号通道中处于相位锁定状态、RHCP信号在信号通道处于频率锁定状态时，将LHCP信号相关输出I路值绝对值和RHCP信号相关输出幅值进行加权求和；
(4)RHCP信号在信号通道中处于相位锁定状态、LHCP信号在信号通道处于频率锁定状态时，将RHCP信号相关输出I路值绝对值和LHCP信号相关输出幅值进行加权求和。
6.基于双极化信号的GNSS信号比特同步和解调系统，其特征在于，包括：
RHCP信号通道和LHCP信号通道，RHCP信号通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号通道连接左旋圆极化天线，RHCP信号通道和LHCP信号通道均包括依次相连的RF采样下变频单元、相关通道、归一化单元，两路信号通道的归一化单元的输出连接加权组合单元，加权组合单元的输出同时连接比特同步单元和数据解调单元。
7.基于双极化信号的GNSS接收机，其特征在于，包括：
右旋圆极化天线、左旋圆极化天线、第一GNSS信号捕获系统、权利要求2所述的GNSS信号捕获系统、权利要求3所述的GNSS信号跟踪系统、权利要求4所述的GNSS信号跟踪系统、权利要求6所述的GNSS信号比特同步和解调系统、测量处理单元及通道管理单元，通道管理单元用来根据RHCP信号和LHCP信号在跟踪阶段的状态判断信号环境，并根据信号环境给出RHCP信号和LHCP信号分配信号通道；
所述的第一GNSS信号捕获系统包括RHCP信号捕获通道和LHCP信号捕获通道，RHCP信号捕获通道连接右旋圆极化天线，LHCP信号捕获通道连接左旋圆极化天线，其中：
RHCP信号捕获通道包括依次相连的第一RF采样下变频单元、第一相关通道、第一门限判决单元，第一相关通道的输出还连接第一相干累积单元，第一相干累积单元连接第二门限判决单元；
LHCP信号捕获通道包括依次相连的第二RF采样下变频单元、第二相关通道、第二相干累积单元、第三门限判决单元。
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