CN104133225A - 北斗信号处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫星定位及导航技术领域，公开了一种北斗信号处理方法和装置，其中方法包括：获取至少一个完整的导航电文比特内的NH码，并对NH码进行分组排列；分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；比较各组相干累加的结果，选取各组中相干累加最大值作为捕获结果。本发明中，通过对获取的NH码进行分组，分别对每一组NH码对应的北斗信号都进行相干累加，如此能够有效的提高获得的增益。

Description

北斗信号处理方法和装置
技术领域
本发明涉及卫星定位及导航技术领域，特别涉及一种北斗信号处理方法和装置。
背景技术
目前，世界上可以提供精确卫星定位及导航的通信系统主要有四种，分别为美国的全球定位系统(GPS，Global Positioning System)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)定位系统、欧洲的伽利略(GALILEO)定位系统和中国的北斗定位系统(BDS，BeiDou Navigation Satellite System)。
GPS的原理是GPS无线终端中的接收机对所收到的卫星信号进行解码，获取载波信号所携带的包含有卫星的星图轨道信息和高精度的时间信息，通过公式：距离＝时间×速度，再辅以四点定位的原理即可确定用户的位置。在GPS中，每个卫星发送两个扩频的L频带载波信号，称为L1和L2信号，该L1和L2信号均采用直接序列扩频以及二相相移键控(BPSK，Binary PhaseShift Keying)调制方式。GPS信号中一个完整的导航电文比特为20毫秒长度，其中包含20个NH码，每个NH码长度为1毫秒，每个NH码包含2046个扩频码，扩频码的码率为2.046MHz；每毫秒发送的NH码是一样的。
北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及其他卫星导航系统兼容的终端组成。北斗信号采用正交相移键控(QPSK，Quadrature Phase ShiftKeying)调制，根据速率和结构不同，北斗导航电文分为D1导航电文和D2导航电文，D1导航电文调制有速率为1 kbps的二次编码，内容包含基本导航信息，其中D1导航电文上调制的二次编码是Neumann-Hoffman(NH)码。北斗信号中一个完整的导航电文比特为20毫秒长度，其中包含20个NH码，每个NH码长度为1毫秒，但每毫秒发的NH码是不一样。北斗信号捕获时，采用相干累加，但由于相位翻转的影响，不容易获得增益。为此，采用非相干累加，除去相位信息，把相干的结果求平方，再将平方之后的结果进行累加，但如此会存在平方损耗，使得获得的增益有限。
有鉴于此，亟需一种处理定位信号，尤其是北斗信号的改进技术以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种北斗信号处理方法和装置，使得在北斗信号捕获时，能够有效提高获得的增益。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种北斗信号处理方法，包含以下步骤：
获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，并对N个NH码进行分组排列；其中，所述N为大于1的整数；
分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；
对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果。
本发明的实施方式还提供了一种北斗信号处理装置，包含：
分组模块，用于获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，并对所述NH码进行分组排列，其中，所述N为大于1的整数；
信号处理模块，用于分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；
结果确定模块，用于对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过将至少一个完整的导航电文比特内的NH码分为多组，分别对每一组NH码对应的北斗信号都进行相干累加，然后对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果，能够有效提高信号捕获增益。
另外，在所述对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果的步骤中，比较各组相干累加的结果，选取各组中相干累加最大值作为捕获结果。
另外，在所述对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果的步骤中，对各组相干累加的结果进行非相干累加，并将所述非相干累加的结果作为捕获结果。
经过对每一组扩频码对应的北斗信号都进行相干累加，以及对相干累加和再作非相干累加，不仅可以因为周期内的相干累加时间减少有效的提高获得的增益，还可以进一步提高信噪比。
另外，在所述获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码的步骤中，所述获取的至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码为：在同一个导航电文比特内的NH码，或者，在两个连续导航电文比特内的NH码。
另外，在所述对所述扩频码进行分组排列的步骤中，将所述NH码分为至少两组，形成二维排列。
另外，所述N为20；
所述NH码进行分组排列的步骤中，将20个NH码分成5组，每组4个NH码；
或者，将20个NH码分成4组，每组5个NH码；
或者，将20个NH码分成2组，每组10个NH码；
或者，将20个NH码分成10组，每组2个NH码。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式北斗信号处理方法的流程示意图；
图2是本发明一种对NH码进行分组排列的示意图；
图3是本发明另一种对NH码进行分组排列的示意图；
图4是本发明的第二实施方式北斗信号处理方法的流程示意图；
图5是本发明的第三实施方式北斗信号处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种北斗信号处理方法。具体流程如图1所示。
步骤11，获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，并对N个NH码进行分组排列；其中，N为大于1的整数；
比如说，北斗信号中一个完整的导航电文比特为20毫秒长度，其中包含20个NH码，每个NH码长度为1毫秒，N为20。
如图2所示，获取的至少一个完整的导航电文比特内的NH码，可以为在同一个导航电文比特内的NH码，也就是，可以获取一个完整的导航电文比特内的连续20个扩频码。
如图3所示，起始时刻不同，分组也会有所不同。获取的至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，可以为在两个连续导航电文比特内的NH码。例如如果获取NH码的起始时刻是前一个导航电文比特内的第5毫秒，那么获取一个完整的导航电文比特内的N个NH码，其中，5～20为前一导航电文比特内的NH码，1～4号位后一导航电文比特内的NH码。
因此可以看出，获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，可以在同一个导航电文比特内进行，也可以在不同的导航电文比特内进行。
对NH码进行分组排列，具体可为将NH码分为至少两组，形成二维排列。如图2和图3所示，可以将20个NH码分成4×5二维排列，即将NH码分为5组，每组包含4个NH码。当然本领域技术人员可以理解，也可以有其他的排列方式，例如将20个NH码分成10组，每组2个NH码(即2×10二维排列)，将20个NH码分成4组，每组5个NH码(即5×4二维排列)，将20个NH码分成2组，每组10个NH码(即10×2二维排列)等。
步骤12，分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；
分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加，例如图2所示，分别对第一组1、6、11、16号北斗信号，第二组2、7、12、17号北斗信号，第三组3、8、13、18号北斗信号，第四组4、9、14、19号北斗信号，第五组5、10、15、20号NH码对应的北斗信号进行相干累加；例如图3所示，分别对第一组5、10、15、20号北斗信号，第二组6、11、16、1号北斗信号，第三组7、12、17、2号北斗信号，第四组8、13、18、3号北斗信号，第五组9、14、19、4号NH码对应的北斗信号进行相干累加。
步骤13，比较各组相干累加的结果，选取各组中相干累加最大值作为捕获结果。
在步骤中，对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果，本实施方式选取各组相干累加的结果的最大值作为捕获结果，累加算法的原理是利用扩频码周期性重复的特点，通过对周期内的采样点进行累加平均处理，达到提高信噪比的目的。由于受卫星信号频率和接收复现频率等方面影响，相干累加时间不易太长。
与现有技术相比，本实施方式将一个调制位宽时间的NH码分为多组，分别对每一组NH码对应的北斗信号都进行相干累加，如此周期内的相干累加时间减少，能够有效提高信号捕获增益。
本发明的第二实施方式涉及一种北斗信号处理方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加，取各组中相干累加最大值作为捕获结果。而在本发明第二实施方式中，分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加后，对相干累加结果再作非相干累加，将非相干累加结果作为捕获结果。
本实施方式中的北斗信号处理方法，具体流程如图4所示。
步骤41，获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，并对NH码进行分组排列；
本实施方式中获取NH码及对NH码进行分组排列的方法和第一实施方式相同，在此不赘述。
步骤42，分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；
本实施方式中分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加的方法和第一实施方式相同，在此不赘述。
步骤43，对各组相干累加的结果进行非相干累加，并将非相干累加的结果作为捕获结果。
非相干累加可以不受相位翻转的影响，经过对相干累加和再作非相干累加，不仅可以因为周期内的相干累加时间减少有效的提高获得的增益，还可以进一步提高信噪比。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种北斗信号处理装置，如图5所示，包含：
分组模块51，用于获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，并对NH码进行分组排列，其中，N为大于1的整数；
并且，分组模块获取的至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码为：在同一个导航电文比特内的NH码，或者，在两个连续导航电文比特内的NH码。
信号处理模块52，用于分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；
结果确定模块53，用于对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果。本实施方式中具体选取各组中相干累加最大值作为捕获结果。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本发明的第四实施方式涉及一种北斗信号处理装置。第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第三实施方式中，结果确定模块比较各组相干累加的结果，选取各组中相干累加最大值作为捕获结果。而在本发明第四实施方式中，结果确定模块对各组相干累加的结果进行非相干累加，并将非相干累加的结果作为捕获结果。
不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种北斗信号处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，并对所述N个NH码进行分组排列，其中，所述N为大于1的整数；
分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；
对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果。
2.根据权利要求1所述的北斗信号处理方法，其特征在于，在所述对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果的步骤中，比较各组相干累加的结果，选取各组中相干累加最大值作为捕获结果。
3.根据权利要求1所述的北斗信号处理方法，其特征在于，在所述对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果的步骤中，对各组相干累加的结果进行非相干累加，并将所述非相干累加的结果作为捕获结果。
4.根据权利要求1所述的北斗信号处理方法，其特征在于，在所述获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码的步骤中，所述获取的至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码为：在同一个导航电文比特内的NH码，或者，在两个连续导航电文比特内的NH码。
5.根据权利要求1所述的北斗信号处理方法，其特征在于，在所述对所述NH码进行分组排列的步骤中，将所述NH码分为至少两组，形成二维排列。
6.根据权利要求5所述的北斗信号处理方法，其特征在于，所述N为20；
所述NH码进行分组排列的步骤中，将20个NH码分成5组，每组4个NH码；
或者，将20个NH码分成4组，每组5个NH码；
或者，将20个NH码分成2组，每组10个NH码；
或者，将20个NH码分成10组，每组2个NH码。
7.一种北斗信号处理装置，其特征在于，包含：
分组模块，用于获取至少一个完整的导航电文比特内的N个NH码，并对所述NH码进行分组排列，其中，所述N为大于1的整数；
信号处理模块，用于分别对每一组NH码对应的北斗信号进行相干累加；
结果确定模块，用于对各组相干累加的结果进行处理获取捕获结果。
8.根据权利要求7所述的北斗信号处理装置，其特征在于，所述结果确定模块比较各组相干累加的结果，选取各组中相干累加最大值作为捕获结果。
9.根据权利要求7所述的北斗信号处理装置，其特征在于，所述结果确定模块对各组相干累加的结果进行非相干累加，并将所述非相干累加的结果作为捕获结果。
10.根据权利要求7所述的北斗信号处理装置，其特征在于，所述分组模块获取的至少一个完整的导航电文比特的N个NH码为：在同一个导航电文比特内的NH码，或者，在两个连续导航电文比特内的NH码。
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