CN105717520A - 一种gps l2c导频信号接收装置及方法 - Google Patents

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朱增贤
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Abstract

本发明公开了一种GPS L2C导频信号接收装置及方法，只捕获GPS L1CA信号，然后利用L1CA信号的捕获结果直接引导L2C信号进入跟踪，省掉了L2C信号的捕获，从而降低了捕获模块的实现复杂度。在L2C的跟踪阶段，只跟踪导频通道，去掉电文处理环节，从而在保证接收机正常工作的前提下大幅降低实现复杂度。

Description

一种GPS L2C导频信号接收装置及方法
技术领域
本发明涉及卫星导航双频接收机，特别是一种GPSL2C导频信号接收装置及方法。
背景技术
目前，在卫星导航双频接收机中，普遍需要接收GPS的L1CA和L2C两个信号。L2C信号包含导频和数据两个通道，导频和数据通道采用逐码片时分复用的方式调制在L2C信号上，数据通道的码周期为20毫秒，导频通道的码周期为1.5秒。导航电文全部调制在数据通道中，导频通道中无导航电文。
目前双频接收机采用的是直接捕获L2C信号，然后同时跟踪导频通道和数据通道的方法。这种方法需要同时生成两种不同周期结构的伪码，并且根据信号时间进行复杂的逐码片切换控制，还需要进行L2C的捕获以及电文解调，大幅提高了接收机的实现复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种GPSL2C导频信号接收装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种GPSL2C导频信号接收装置，包括：
天线：用于接收空间辐射的卫星信号；
L1CA射频通道：用于将L1CA信号从射频变换到中频；
L2C射频通道：用于将L2C信号从射频变换到中频；
L1CA捕获模块：用于对L1CA信号进行捕获，得到多普勒和伪码相位；
跟踪模块：用于对L1CA捕获模块捕获的L1CA信号进行跟踪、位同步、帧同步以及电文译码；对L2C信号进行导频通道跟踪，输出L1CA信号的伪距、导航电文以及L2C信号伪距；
定位解算模块：用于利用跟踪模块输出的L1CA信号的伪距、导航电文以及L2C信号伪距进行双频定位解算，得到接收机位置。
本发明还提供了一种GPSL2C导频信号接收方法，包括以下步骤：
1)通过射频通道分别将L1CA和L2C的射频信号下变频到中频信号；
2)对L1CA中频信号进行捕获，得到L1CA中频信号的码相位和多普勒；
3)对L1CA中频信号进行位同步和帧同步，找到L1CA信号的帧头位置；
4)L2C中频信号的本地伪码，其中L2C信号数据通道的本地伪码全部置0，L2C信号导频通道的本地伪码不变；等待L2C中频信号启动跟踪；
5)在L1CA中频信号帧头到来时刻，启动L2C中频信号的跟踪，此时L2C码相位固定为0，L2C中频信号的多普勒采用L1CA中频信号捕获的多普勒；跟踪成功后直接输出L2C信号伪距；
6)对L1CA中频信号进行电文译码，输出L1CA伪距和导航电文。
L2C信号本地伪码生成过程为：交替产生数据通道伪码CM和导频通道伪码CL，将数据通道伪码CM置0，保留导频通道伪码CL，即得到L2C信号本地伪码。
所述L2C本地伪码有3个不同的电平，当电平为00时，表示数据通道伪码CM；电平为10时，表示导频通道伪码0；电平为11时，表示导频通道伪码1。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明提供了一种不需要捕获，直接跟踪L2C导频通道的接收装置和方法，只捕获GPSL1CA信号，然后利用L1CA信号的捕获结果直接引导L2C信号进入跟踪，省掉了L2C信号的捕获，从而降低了捕获模块的实现复杂度。在L2C的跟踪阶段，只跟踪导频通道，去掉电文处理环节，从而在保证接收机正常工作的前提下大幅降低实现复杂度。
附图说明
图1为本发明一实施例装置结构框图；
图2为本发明方法原理图；
图3为本发明本地伪码生成原理图。
具体实施方式
本发明的装置结构如图1所示：整个装置包括天线、L1CA射频通道、L2C射频通道、L1CA捕获模块、跟踪模块以及定位解算模块。天线与L1CA射频通道以及L2C射频通道连接，L1CA射频通道与L1CA捕获模块连接，L1CA捕获模块以及L2C射频通道与跟踪模块连接，跟踪模块与定位解算模块连接。
本发明装置的工作原理如图2所示：天线接收的信号同时送给L1CA和L2C射频通道。L1CA射频通道将L1CA射频信号下变频为L1CA中频信号，L2C射频通道将L2C射频信号下变频为L2C中频信号。在L1CA捕获模块中，对L1CA信号进行捕获，得到L1CA的多普勒和伪码相位。在跟踪模块中，对L1CA信号进行跟踪、位同步、帧同步以及电文译码，输出L1CA伪距以及导航电文。根据捕获得到的L1CA多普勒，并且在L1CA数据帧头到来时刻启动引导L2C信号进行导频通道跟踪，直接输出L2C信号的伪距，由于L2C信号没有调制导航电文，因此不需要对L2C信号进行位同步、帧同步以及电文译码操作。定位解算模块利用跟踪模块输出的L1CA伪距、L2C伪距以及L1CA导航电文进行双频定位解算。
各模块的功能为：
天线：接收空间辐射的卫星信号；
L1CA射频通道：将L1CA信号从射频变换到中频；
L2C射频通道：将L2C信号从射频变换到中频；
L1CA捕获模块：对L1CA信号进行捕获，得到多普勒和伪码相位；
跟踪模块：对L1CA信号进行跟踪、位同步、帧同步以及电文译码；对L2C信号进行导频通道跟踪。输出L1CA信号的伪距、导航电文以及L2C信号伪距；
定位解算模块：利用跟踪模块输出的L1CA信号的伪距、导航电文以及L2C信号伪距进行双频定位解算，得到接收机位置。
本发明L2C导频信号的接收方法的实施步骤为：
步骤1：通过射频通道分别将L1CA和L2C的射频信号下变频到中频信号；
步骤2：利用捕获模块对L1CA信号进行捕获，得到L1CA的码相位和多普勒；
步骤3：对L1CA信号进行位同步和帧同步，找到L1CA信号数据帧头位置；
步骤4：生成L2C信号的本地伪码，等待L2C信号启动跟踪；
步骤5：在L1CA信号帧头到来时刻，启动L2C信号的跟踪，此时L2C码相位固定为0，L2C的多普勒利用L1CA信号捕获的多普勒；
步骤6：对L1CA信号进行电文译码，输出L1CA伪距和导航电文；
步骤7：输出L2C伪距。
本发明提出的L2C导频信号接收方法的原理为：
1、L2C引导启动时刻的选择：
L2C伪码周期为1.5秒，其周期起始时间与L1CA信号电文的帧头对齐，因此可以在L1CA信号帧头到来时刻直接启动L2C信号的跟踪。此时L2C伪码相位为0，多普勒可直接利用L1CA信号捕获得到的多普勒。
2、L2C信号本地伪码的生成：
L2C信号伪码是导频和数据通道伪码逐码片时分复用得到的，因此为了只跟踪导频通道，需要在产生本地伪码时将数据通道的伪码置零，导频通道的伪码保持不变。本地伪码生成原理如图3所示。其中，CM表示数据通道伪码，CL表示导频通道伪码，信号伪码是CM和CL交替产生的，如图3第一个波形所示。本发明中的本地伪码需要将CM置0，只保留CL，于是得到图3第三个波形所示的伪码结构。可见，L2C本地伪码有3个不同的电平，需要2个比特来表示。当电平为00时，表示数据通道伪码CM；电平为10时，表示原导频通道的伪码0；电平为11时，表示原导频通道的伪码1。经过上述处理的L2C伪码与接收信号进行相关累加运算即可消除数据通道，只保留导频通道。由于L1CA信号已经包含了GPS卫星的导航电文，此电文与L2C信号上的导航电文内容是完全一致的，定位解算模块可利用L1CA的导航电文进行双频定位解算。因此只跟踪L2C的导频通道，不进行电文处理不影响接收机的正常工作。
本发明在保证接收机正常工作的条件下，省掉了L2C信号的捕获、电文处理以及导频和数据通道逐码片切换的复杂控制逻辑，大幅降低了接收机的实现复杂度。

Claims (4)

1.一种GPSL2C导频信号接收装置，其特征在于，包括：
天线：用于接收空间辐射的卫星信号；
L1CA射频通道：用于将L1CA信号从射频变换到中频；
L2C射频通道：用于将L2C信号从射频变换到中频；
L1CA捕获模块：用于对L1CA信号进行捕获，得到多普勒和伪码相位；
跟踪模块：用于对L1CA捕获模块捕获的L1CA信号进行跟踪、位同步、帧同步以及电文译码；对L2C信号进行导频通道跟踪，输出L1CA信号的伪距、导航电文以及L2C信号伪距；
定位解算模块：用于利用跟踪模块输出的L1CA信号的伪距、导航电文以及L2C信号伪距进行双频定位解算，得到接收机位置。
2.一种GPSL2C导频信号接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过射频通道分别将L1CA和L2C的射频信号下变频到中频信号；
2)对L1CA中频信号进行捕获，得到L1CA中频信号的码相位和多普勒；
3)对L1CA中频信号进行位同步和帧同步，找到L1CA信号的帧头位置；
4)L2C中频信号的本地伪码，其中L2C信号数据通道的本地伪码全部置0，L2C信号导频通道的本地伪码不变；等待L2C中频信号启动跟踪；
5)在L1CA中频信号帧头到来时刻，启动L2C中频信号的跟踪，此时L2C码相位固定为0，L2C中频信号的多普勒采用L1CA中频信号捕获的多普勒；跟踪成功后直接输出L2C信号伪距；
6)对L1CA中频信号进行电文译码，输出L1CA伪距和导航电文。
3.根据权利要求2所述的GPSL2C导频信号接收方法，其特征在于，L2C信号本地伪码生成过程为：交替产生L2C信号数据通道伪码CM和L2C信号导频通道伪码CL，将L2C信号数据通道伪码CM置0，保留L2C信号导频通道伪码CL，即得到L2C信号本地伪码。
4.根据权利要求3所述的GPSL2C导频信号接收方法，其特征在于，所述L2C信号本地伪码有3个不同的电平，当电平为00时，表示L2C信号数据通道伪码CM；电平为10时，表示L2C信号导频通道伪码0；电平为11时，表示导频通道伪码1。
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