CN104849730B - 伽利略卫星导航系统e1频点信号无模糊抗多径方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种伽利略卫星导航系统E1频点信号的无模糊抗多径方法，包括以下步骤：S1：将接收到的伽利略系统E1频点信号经载波剥离并分路，分别得到两路正交的基带信号z i (t)和z q (t)；S2：本地数据分量码生成器和本地导频分量码生成器产生数据通道和导频通道的本地复制信号和本地参考波形信号，基带信号分别与其相关、积分、累加，得到8个相关结果。其中本地参考波形信号的基本波形信号由4个宽度相同的基本矩形波构成，其幅度分别为1、1、1、‑1，第一个矩形波和第二个矩形波之间有一定间隔；S3：根据步骤S2中得到的8个相关结果，得到伪码鉴相函数；S4：循环进行步骤S2至S3，实现伽利略系统E1频点信号伪码的跟踪过程。本发明的方法能有效消除伪码鉴相函数的错锁点，并有效抑制中远距离延迟的多径信号。

Description

伽利略卫星导航系统E1频点信号无模糊抗多径方法
技术领域
本申请涉及卫星导航技术领域，特别是接收伽利略卫星导航系统E1频点信号的卫星导航接收机的伪码跟踪方法。
背景技术
伽利略卫星导航系统在E1频点播发CBOC(6,1,1/11)信号。CBOC(6,1,1/11)通过使用多级幅度的方法来实现BOC(1,1)和BOC(6,1)调制能量分配。伽利略卫星导航系统数据通道和导频通道分别采用CBOC+和CBOC-，分别表示其中的BOC(6,1)分量所占权值的符号。导频通道和数据通道的能量分配为1:1。
多径是卫星直达信号经过周围物体的反射进入接收机天线造成的，由于难以通过建立数学模型、差分等方式消除，多径已成为目前卫星导航系统定位的主要误差源之一，造成的定位误差可达米级。传统的BPSK信号接收机一般采用码相关参考波形技术来减轻多径信号的影响。码相关参考波形技术通过在接收机本地生成一系列的参考波形，构造出较为理想的伪码鉴相函数来抑制中远距离延迟的多径信号，常用的参考波形包括W2波形、W3波形、W4波形等。码相关参考波形技术直接应用于CBOC信号时，信号中的BOC(6,1)分量会使得伪码鉴相函数在延迟为0处的输出不为0，导致测距存在固定的偏差。导频数据通道联合抗多径技术在本地生成参考波形，同时跟踪数据通道信号和导频通道信号并对相关结果进行组合，能够消除BOC(6,1)分量对伪码鉴相函数造成的偏差。但由于CBOC信号的自相关函数存在旁瓣，该技术伪码鉴相函数存在错锁点，需要峰跳技术进行辅助跟踪，使得接收机结构较为复杂，且收敛时间较长。
发明内容
为解决上述技术的不足，本发明提出一种应用于伽利略系统E1频点信号的无模糊抗多径方法。
本发明的技术方案是：
一种应用于伽利略系统E1频点信号的无模糊抗多径方法，包括以下步骤
S1：将接收到的伽利略系统E1频点信号经载波剥离并分路，分别得到两路正交的基带信号zi(t)和zq(t)；
S2：根据伪码鉴相器输出的伪码相位信息，在接收机本地生成数据通道的复制信号X+(t)和参考波形信号W+(t)。本地复制信号采用纯BOC(1,1)信号，以降低接收机的设计复杂度。W+(t)的基本波形由4个宽度均为Δ1的基本矩形波组成，其幅度分别为1、1、1、-1，第一个基本矩形波和第二个基本矩形波之间存在一个幅度为0的区域，该区域宽度为Δ2，如附图2所示，Δ1和Δ2的宽度均可调节。X+(t)和W+(t)分别与zi(t)和zq(t)相关、累加，得到
Figure SMS_1
其计算公式为：
Figure SMS_2
Figure SMS_3
Figure SMS_4
Figure SMS_5
其中T为积分累加时间(下同)，ε为时延(下同)；
根据伪码鉴相器输出的伪码相位信息，在接收机本地生成导频通道的复制信号X-(t)和参考波形信号W-(t)。本地复制信号采用纯BOC(1,1)信号。W-(t)的基本波形与W+(t)相同。X-(t)和W-(t)分别与zi(t)和zq(t)相关、累加，得到
Figure SMS_6
Figure SMS_7
其计算公式为：
Figure SMS_8
Figure SMS_9
Figure SMS_10
Figure SMS_11
S3：根据步骤S2中得到的
Figure SMS_12
通过以下公式得到伪码鉴相函数，计算公式为：
Figure SMS_13
S4：循环进行步骤S2至S3，实现CBOC信号伪码的跟踪过程。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述导频通道和数据通道的本地复制信号由本地码生成模块根据伪码相位信息生成。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述导频通道和数据通道的本地参考波形信号由本地码生成模块根据伪码相位信息生成。参考波形信号的基本波形由4个宽度均为Δ1的基本矩形波组成，其幅度分别为1、1、1、-1，第一个基本矩形波和第二个基本矩形波之间存在一个幅度为0的区域，该区域宽度为Δ2，如附图2所示，Δ1和Δ2的宽度均可调节。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，T的典型取值为1ms，可根据实际需求进行调节。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明通过改变导频数据通道联合抗多径技术中的参考波形信号，可构造出无误锁点的伪码鉴相函数，从而不需要峰跳技术来辅助去除跟踪模糊。本发明能够有效抑制中远距离延迟的多径信号，抗多径性能优于传统的窄相关技术，与使用W2波形时的性能相当。
附图说明
图1是本发明方法的原理框图。接收到的伽利略系统E1频点信号与本地载波NCO模块生成的同相和正交载波信号相乘，得到剥离载波后的基带信号，基带信号分别与本地数据分量码生成器和导频分量码生成器产生的数据通道和导频通道的本地复制信号和本地参考波形信号相关、积分、累加，得到的结果送至伪码鉴相器和载波相位鉴别器。伪码鉴相器和载波相位鉴别器根据输入的累加结果计算伪码相位和载波相位。本地载波NCO模块根据载波相位生成新的载波信号，用于载波剥离。本地数据分量码生成器和导频分量码生成器根据伪码相位信息生成新的数据通道和导频通道的本地复制信号和本地参考波形信号。
图2是本地参考波形信号基本参考波形g(t)的图形。g(t)由4个宽度为Δ1的基本矩形波组成，其幅度分别为1、1、1、-1，第一个基本矩形波和第二个基本矩形波之间存在一个幅度为0的区域，该区域宽度为Δ2。
图3是根据一段扩频码生成的参考波形示意图。基本参考波形均在码片边缘处产生，其符号与其右侧部分所在码片的符号一致。
图4是本发明得到的伪码鉴别函数图形。前端等效滤波器为带宽为20.46MHz，Δ1宽度为1/12个码片宽度，Δ2宽度为1/4个码片宽度。
图5是本发明采用W2波形的导频数据通道联合抗多径技术以及窄相关技术得到的多径误差包络对比图。前端等效滤波器为带宽为20.46MHz的理想滤波器，多径信号只有一路，其幅度为直达信号的一半。Δ1宽度为1/24个码片宽度，Δ2宽度为1/6个码片宽度，W2技术的参考波形宽度为1/6个码片宽度，窄相关技术的早-迟间隔采用1/12个码片宽度。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，但不构成对本发明的限制。
如图1至图5所示，本实施例的应用于CBOC信号的无模糊抗多径接收方法，包括以下步骤：
步骤S1：将接收到的伽利略系统E1频点信号经载波剥离并分路，分别得到两路正交的基带信号zi(t)和zq(t)；
步骤S2：根据伪码鉴相器输出的伪码相位信息，在接收机本地生成数据通道的复制信号X+(t)和参考波形信号W+(t)。本地复制信号采用纯BOC(1,1)信号。W+(t)的基本波形由4个宽度均为Δ1的基本矩形波组成，其幅度分别为1、1、1、-1，第一个基本矩形波和第二个基本矩形波之间存在一个幅度为0的区域，该区域宽度为Δ2。X+(t)和W+(t)分别与zi(t)和zq(t)相关、累加，得到
Figure SMS_14
Figure SMS_15
其计算公式为：
Figure SMS_16
Figure SMS_17
Figure SMS_18
Figure SMS_19
根据伪码鉴相器输出的伪码相位信息，在接收机本地生成导频通道的复制信号X-(t)和参考波形信号W-(t)。本地复制信号采用纯BOC(1,1)信号，以降低接收机的设计复杂度。W-(t)的基本波形与W+(t)相同。X-(t)和W-(t)分别与zi(t)和zq(t)相关、累加，得到
Figure SMS_20
其计算公式为：
Figure SMS_21
Figure SMS_22
Figure SMS_23
Figure SMS_24
步骤S3：根据步骤S2中得到的
Figure SMS_25
通过以下公式得到伪码鉴相函数，计算公式为：
Figure SMS_26
循环进行步骤S2和步骤S3，实现CBOC信号伪码的跟踪过程。
尽管上面是对本发明具体实施方案的完整描述，但是可以采取各种修改、变体和替换方案。这些等同方案和替换方案被包括在本发明的范围内。因此，本发明的范围不应该被限于所描述的实施方案，而是应该由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种伽利略卫星导航系统E1频点信号无模糊抗多径方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将接收到的伽利略系统E1频点卫星导航信号经相位旋转并分路，分别得到两路正交的信号Zi(t)和Zq(t)；
S2：根据伪码鉴相器输出的伪码相位信息，在接收机本地生成数据通道的复制信号X+(t)和参考波形信号W+(t)，本地复制信号采用纯BOC(1,1)信号；W+(t)的基本波形由4个宽度均为Δ1的基本矩形波组成，其幅度分别为1、1、1、-1，第一个基本矩形波和第二个基本矩形波之间存在一个幅度为0的区域，该区域宽度为Δ2，Δ1和Δ2的宽度均可调节，X+(t)和W+(t)分别与Zi(t)和Zq(t)相关、累加，得到
Figure FDA00042588854600000111
其计算公式为：
Figure FDA0004258885460000011
Figure FDA0004258885460000012
Figure FDA0004258885460000013
Figure FDA0004258885460000014
其中T为积分累加时间，ε为时延；根据伪码鉴相器输出的伪码相位信息，在接收机本地生成导频通道的复制信号X-(t)和参考波形信号W-(t)，本地复制信号采用纯BOC(1,1)信号，W-(t)的基本波形与W+(t)相同，X-(t)和W-(t)分别与Zi(t)和Zq(t)相关、累加，得到
Figure FDA0004258885460000015
其计算公式为：
Figure FDA0004258885460000016
Figure FDA0004258885460000017
Figure FDA0004258885460000018
Figure FDA0004258885460000019
S3：根据步骤S2中得到的
Figure FDA00042588854600000110
通过以下公式得到伪码鉴相函数，计算公式为：
Figure FDA0004258885460000021
S4：循环进行步骤S2至S3，实现伽利略系统E1频点信号伪码的跟踪过程。
2.根据权利要求1所述的伽利略卫星导航系统E1频点信号无模糊抗多径方法，其特征在于，在步骤S2中，所述伪码相位信息由伪码鉴相器得到。
3.根据权利要求1或2所述的伽利略卫星导航系统E1频点信号无模糊抗多径方法，其特征在于，步骤S2中，所述本地复制信号由本地伪码生成模块根据伪码相位信息生成，本地复制信号是纯BOC(1,1)信号。
4.根据权利要求1或2所述的伽利略卫星导航系统E1频点信号无模糊抗多径方法，其特征在于，步骤S2中，所述的参考波形信号由本地参考波形生成模块根据伪码相位信息生成，参考波形的基本波形由4个宽度均为Δ1的基本矩形波组成，其幅度分别为1、1、1、-1，第一个基本矩形波和第二个基本矩形波之间存在一个幅度为0的区域，该区域宽度为Δ2，Δ1和Δ2的宽度均可调节。
5.根据权利要求1或2所述的伽利略卫星导航系统E1频点信号无模糊抗多径方法，其特征在于，步骤S2中，T的典型取值为1ms，可根据实际需求调整该数值。
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