CN104765049A - 一种导航卫星信号跟踪方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导航卫星信号跟踪方法及装置，包括：当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值；根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值；根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。本发明技术方案能够在弱信号环境下对导航卫星信号进行稳定跟踪，保证了接收机连续稳定的输出导航定位结果。

Description

一种导航卫星信号跟踪方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤指一种导航卫星弱信号下的导航卫星信号跟踪方法及装置。

背景技术

卫星导航应用产业在国民经济中发挥着越来越重要的作用，应用领域涉及航空、海路、铁路、建筑、电信、电力等方面都会有很大的发展空间。卫星导航的多系统并存，使系统可用性得以提高，应用领域将更广阔。

卫星导航产品日益融入我们的生活，目前导航产品跟踪的稳定性不够且跟踪灵敏度偏低，在复杂的弱信号场景下无法实现精确定位。解决上述问题的根本方法是探索环路跟踪的新策略、新技术，用以保证在复杂导航场景下，接收机仍然能够稳定的、可靠的跟踪导航卫星信号，准确连续的输出定位信息。

目前，导航卫星弱信号下的导航卫星信号跟踪方法主要采用加长导航卫星信号的相干积分时间，即采用公式(1)计算导航卫星信号非相干积分后的能量值，来提高接收信号的信噪比，从而达到稳定可靠的信号跟踪性能。

$P\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{M_{\mathrm{nc}}}{\mathrm{\Σ}}}({I_{\mathrm{ci}}}^2+{Q_{\mathrm{ci}}}^2)---\left(1\right)$

其中，P(t)为导航卫星信号非相干积分后的能量值，I_ci即为信号的I支路Nms(即1比特)的相干累加值，也就是信号经过剥离扩频码和载波后每ms(bit)计算结果的单纯的累加操作，Q_ci即为信号的Q支路Nms(即1比特)的相干累加值，M_nc为I_ci和Q_ci相干积分持续累加的导航电文bit数(导航电文的bit长度)。

但此方法同时又受到了卫星播发的导航电文的限制，这是因为在未知导航电文bit的正负时，导航卫星信号的相干积分时间不能超过导航电文的bit长度，因此限制了弱信号的相干积分长度，无法提供足够的信号积分增益，从而影响了导航卫星弱信号的导航卫星跟踪能力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种导航卫星信号跟踪方法及装置，能够在弱信号环境下对导航卫星信号进行稳定跟踪，并能够保证接收机连续稳定的输出导航定位结果。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种导航卫星弱信号下的跟踪方法，包括：

当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值；

根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值；

根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

进一步地，该方法之前还包括：

获取本地存储的导航电文，导航电文包括发射时间；

根据导航电文的发射时间，判断该电文是否为有效导航电文。

进一步地，该方法还包括：

当没有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果；

根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值；

根据计算出的导航卫星信号非相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

进一步地，所述根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值，包括：

分别计算I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求I支路的平方值运算；以及，分别计算Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求Q支路的平方值运算；

对计算出的I支路的平方值和Q支路的平方值进行求和，以计算出导航卫星信号相干积分后的能量值。

进一步地，所述根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值，包括：

分别计算I支路的各个相干积分结果的平方和以及分别计算Q支路的各个相干积分结果的平方和；

对计算出的I支路的各个相干积分结果的平方和和的Q支路的各个相干积分结果的平方和进行求和，以计算出导航卫星信号非相干积分后的能量值。

本发明还提供了一种导航卫星信号跟踪装置，包括：第一获取模块、第一处理模块和第一鉴别模块；其中，

第一获取模块，用于当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值；

第一处理模块，用于根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值；

第一鉴别模块，用于根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

进一步地，该装置还包括：判断模块，用于：

获取本地存储的导航电文，导航电文包括发射时间；

根据导航电文的发射时间，判断该电文是否为有效导航电文。

进一步地，该装置还包括：第二获取模块、第二处理模块和第二鉴别模块；其中，

第二获取模块，用于当没有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果；

第二处理模块，用于根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值；

第二鉴别模块，用于根据计算出的导航卫星信号非相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

进一步地，第一处理模块，具体用于：

分别计算I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求I支路的平方值运算；以及，分别计算Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求Q支路的平方值运算；

对计算出的I支路的平方值和Q支路的平方值进行求和，以计算出导航卫星信号相干积分后的能量值。

进一步地，第二处理模块，具体用于：

分别计算I支路的各个相干积分结果的平方和以及分别计算Q支路的各个相干积分结果的平方和；

对计算出的I支路的各个相干积分结果的平方和和的Q支路的各个相干积分结果的平方和进行求和，以计算出导航卫星信号非相干积分后的能量值。

本发明技术方案包括：当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值；根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值；根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。本发明技术方案中，本发明方法中，通过引入与相干积分结果对应的电文值，消除了电文的比特(bit)翻转，延长了相干积分时间，从而提高了信噪比，能够在弱信号环境下对导航卫星信号进行稳定跟踪，以及保证了接收机连续稳定的输出导航定位结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明导航卫星弱信号下的跟踪方法的流程图；

图2为本发明导航卫星弱信号下的跟踪装置的结构示意图。

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明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本发明导航卫星弱信号下的跟踪方法的流程图，如图1所示，包括：

步骤100：判断本地存储的导航电文是否为有效电文。具体包括：

获取本地存储的导航电文，导航电文包括发射时间；

根据导航电文的发射时间，判断该电文是否为有效导航电文。

步骤101：当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值。

需要说明的是，关于如何获取步骤101中的各个值，属于本领域技术人员所熟知的惯用技术手段，在此不再赘述。

步骤102：根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值。具体包括：

分别计算I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求I支路的平方值运算；以及，分别计算Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求Q支路的平方值运算；

对计算出的I支路的平方值和Q支路的平方值进行求和，以计算出导航卫星信号相干积分后的能量值。

举例说明，可以通过下式计算导航卫星信号的能量值：

$P\left(t\right)={\left(\underset{i=1}{\overset{M_c}{\mathrm{\Σ}}}(I_{\mathrm{ci}}*D\left(t\right))\right)}^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{M_c}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{ci}}*D\left(t\right))\right)}^2$

其中，P(t)为导航卫星信号相干积分后的能量值，I_ci即为信号的I支路Nms(即1比特)的相干累加值，也就是信号经过剥离扩频码和载波后每ms(bit)计算结果的单纯的累加操作，Q_ci即为信号的Q支路Nms(即1比特)的相干累加值，D(t)为当前时刻的导航电文的数据值，M_c为导航电文bit内非相干积分累加的次数(导航电文的bit长度)。

需要说明的是关于M_c，可以根据实际的需要和应用来确定取值，属于本领域人员所熟知的公知常识，在此不再赘述。

步骤103：根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

进一步地，该方法还包括：当没有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果；

根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值；

根据计算出的导航卫星信号非相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

其中，根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值，包括：

分别计算I支路的各个相干积分结果的平方和以及分别计算Q支路的各个相干积分结果的平方和；

对计算出的I支路的各个相干积分结果的平方和和的Q支路的各个相干积分结果的平方和进行求和，以计算出导航卫星信号非相干积分后的能量值。

举例说明，可以通过下式计算航卫星信号非相干积分后的能量值：

$P\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{M_{\mathrm{nc}}}{\mathrm{\Σ}}}({I_{\mathrm{ci}}}^2+{Q_{\mathrm{ci}}}^2)$

其中，P(t)为导航卫星信号非相干积分后的能量值，I_ci即为信号的I支路Nms(即1比特)的相干累加值，也就是信号经过剥离扩频码和载波后每ms(bit)计算结果的单纯的累加操作，Q_ci即为信号的Q支路Nms(即1比特)的相干累加值，M_nc为I_ci和Q_ci相干积分持续累加的导航电文bit数(导航电文的bit长度)。

需要说明的是关于M_nc，可以根据实际的需要和应用来确定取值，属于本领域人员所熟知的公知常识，在此不再赘述。

需要说明的是，关于如何根据导航卫星信号非相干积分后的能量值或导航卫星信号相干积分后的能量值鉴别导航卫星信号，属于本领域技术人员所熟知的惯技术手段，并不用来限制本发明，在此不再赘述。

本发明方法中，通过引入与相干积分结果对应的电文值，消除了电文的比特(bit)翻转，延长了相干积分时间，从而提高了信噪比，能够在弱信号环境下对导航卫星信号进行稳定跟踪，并能够保证接收机连续稳定的输出导航定位结果。另外，通过采用导航电文辅助的相干积分和长时间非相干积分交替使用，即在已知导航电文时采用导航电文辅助的长相干积分，未知导航电文时则采用长时间的非相干运算，两者可以交替使用，从而保证了接收机的跟踪灵敏度和弱信号环境下的动态性能。

图2为本发明导航卫星弱信号下的跟踪装置的结构示意图，如图2所示，包括：第一获取模块、第一处理模块和第一鉴别模块。其中，

第一获取模块，用于当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值。

第一处理模块，用于根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值。

其中，第一处理模块，具体用于：

分别计算I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求I支路的平方值运算；以及，分别计算Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求Q支路的平方值运算；

对计算出的I支路的平方值和Q支路的平方值进行求和，以计算出导航卫星信号相干积分后的能量值。

第一鉴别模块，用于根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

进一步地，该装置还包括：判断模块，用于：

获取本地存储的导航电文，导航电文包括发射时间；

根据导航电文的发射时间，判断该电文是否为有效导航电文。

进一步地，该装置还包括第二获取模块、第二处理模块和第二鉴别模块。其中，

第二获取模块，用于当没有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果。

第二处理模块，用于根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值。

第二鉴别模块，用于根据计算出的导航卫星信号非相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

其中，第二处理模块，具体用于：

分别计算I支路的各个相干积分结果的平方和以及分别计算Q支路的各个相干积分结果的平方和；

对计算出的I支路的各个相干积分结果的平方和和的Q支路的各个相干积分结果的平方和进行求和，以计算出导航卫星信号非相干积分后的能量值。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导航卫星信号跟踪方法，其特征在于，包括：

当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值；

根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值；

根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法之前还包括：

获取本地存储的导航电文，导航电文包括发射时间；

根据导航电文的发射时间，判断该电文是否为有效导航电文。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

当没有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果；

根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值；

根据计算出的导航卫星信号非相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值，包括：

分别计算I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求I支路的平方值运算；以及，分别计算Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求Q支路的平方值运算；

对计算出的I支路的平方值和Q支路的平方值进行求和，以计算出导航卫星信号相干积分后的能量值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值，包括：

分别计算I支路的各个相干积分结果的平方和以及分别计算Q支路的各个相干积分结果的平方和；

对计算出的I支路的各个相干积分结果的平方和和的Q支路的各个相干积分结果的平方和进行求和，以计算出导航卫星信号非相干积分后的能量值。

6.一种导航卫星信号跟踪装置，其特征在于，包括：第一获取模块、第一处理模块和第一鉴别模块；其中，

第一获取模块，用于当有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值；

第一处理模块，用于根据获得的I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值以及Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值，计算导航卫星信号相干积分后的能量值；

第一鉴别模块，用于根据计算出的导航卫星信号相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括：判断模块，用于：

获取本地存储的导航电文，导航电文包括发射时间；

根据导航电文的发射时间，判断该电文是否为有效导航电文。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：第二获取模块、第二处理模块和第二鉴别模块；其中，

第二获取模块，用于当没有有效导航电文时，获取I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果；

第二处理模块，用于根据获得的I支路的各个相干积分结果以及Q支路的各个相干积分结果，计算导航卫星信号非相干积分后的能量值；

第二鉴别模块，用于根据计算出的导航卫星信号非相干积分后的能量值，鉴别导航卫星信号。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，第一处理模块，具体用于：

分别计算I支路的各个相干积分结果和与I支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求I支路的平方值运算；以及，分别计算Q支路的各个相干积分结果和与Q支路的各个相干积分结果对应的导航电文的数据值的乘积，对计算出的各个乘积求和后再进行求Q支路的平方值运算；

对计算出的I支路的平方值和Q支路的平方值进行求和，以计算出导航卫星信号相干积分后的能量值。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，第二处理模块，具体用于：

分别计算I支路的各个相干积分结果的平方和以及分别计算Q支路的各个相干积分结果的平方和；

对计算出的I支路的各个相干积分结果的平方和和的Q支路的各个相干积分结果的平方和进行求和，以计算出导航卫星信号非相干积分后的能量值。