CN106291606B - 一种抗多径高精度码环鉴相方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗多径高精度码环鉴相方法，构造移位寄存器，通过移位寄存器产生四种不同相对延时的本地码，利用窄相关技术计算同向分量和正交分量的积分累加值，采用非相干超前减滞后幅值法、前后斜率法分别计算码相位偏差，并根据相位偏差大小在两种鉴相方法之间进行切换。这种鉴相方法具有抗多路径效应、鉴相结果精度高的优点，可以计算出更精确的相位偏差，使本地码更精准地与接收到的码对齐，从而提高码环的跟踪精度和接收机的定位性能。

Description

一种抗多径高精度码环鉴相方法
技术领域
本发明涉及一种抗多径高精度码环鉴相方法，属于卫星导航接收机技术领域。
背景技术
码跟踪环路是卫星导航接收机中重要组成部分，它的主要功能是保持本地复制的伪码(C/A)与接收到的伪码之间的相位一致，从而得到对接收信号的码相位及其伪距测量值，提供给接收机完成定位测速功能。因此码环的鉴相精度对伪距测量精度起着重要作用，从而最终影响接收机定位测速精度。在实际应用中，由于信号多路径效应，会给码相位的测量带来误差，影响接收机的定位性能，所以需要一种抗多路径、提高码环跟踪精度的鉴相方法。
目前码跟踪环路普遍采用的抗多径效应的鉴相方法主要有单一的前后斜率法和多径估计延迟锁定环(MEDLL)，其中单一的前后斜率法在抗多径效应的同时还会带来自相关函数曲线发生畸变，降低跟踪精度的问题；而MEDLL是一种软硬件相结合的多路径信号参数估计法，算法实现相当复杂，且需要额外的相关器和其它硬件资源，硬件资源占用量大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种抗多径、高精度码环鉴相方法，具有抗多路径效应、鉴相结果精度高的优点，可以计算出更精确的相位偏差，使本地码更精准地与接收到的码对齐，从而提高码环的跟踪精度和接收机的定位性能。
本发明技术解决方案：构造移位寄存器，通过移位寄存器产生四种不同相对延时的本地码，利用窄相关技术分别计算这四种不同相对延时码的同向分量和正交分量的积分累加值，对四组同向分量和正交分量的积分累加值分别进行非相干积分累加，得到四组不同相对延时码的非相干积分累加值(即能量幅值累加值)，采用非相干超前减滞后幅值法计算得到码相位偏差D1(ε)，采用前后斜率法计算得到码相位偏差D2(ε)，并根据相位偏差值，运用码环鉴相切换判决方法，在非相干超前减滞后幅值法与前后斜率法之间进行切换，切换结果作为码环鉴相输出值。。这种鉴相方法可以计算出更精确的相位偏差，使本地码更精准地与接收到的码对齐，从而提高码环的跟踪精度和接收机的定位性能。
所述通过移位寄存器产生四种不同相对延时的本地码的过程为：设P为即时本地码，则E1为超前即时码d个码片的超前本地码，E2为超前即时码2d个码片的超超前本地码，L1为滞后即时码d个码片的滞后本地码，L2为滞后即时码2d个码片的滞滞后本地码。
所述其中非相干积分累加使用近似方法来代替平方与开根号运算，即近似表示为：
其中，I、Q分别代表同向分量、正交分量的积分累加值。
使用上述方法计算出四组不同相对延时码的非相干积分累加值，其中超前能量幅值累加值记为SumRE1，滞后能量幅值累加值记为SumRL1，超超前能量幅值累加值记为SumRE2，滞滞后能量幅值累加值记为SumRL2。
所述采用非相干超前减滞后幅值法计算码相位偏差的过程为：使用非相干超前减滞后幅值法计算鉴相误差，并对鉴相结果进行归一化处理，得其中SumRE1为超前能量幅值累加值，SumRL1为滞后能量幅值累加值，SumRE2为超超前能量幅值累加值，SumRL2为滞滞后能量幅值累加值。
所述前后斜率法计算码相位偏差过程为：对前后斜率法的鉴相结果进行归一化和限幅处理，即归一化处理后得到D2(ε)为：
限幅处理方法为：
其中SumRE1为超前能量幅值累加值，SumRL1为滞后能量幅值累加值，SumRE2为超超前能量幅值累加值，SumRL2为滞滞后能量幅值累加值。
所述码环鉴相切换判决方法的特征在于：当鉴相值D1(ε)值在前后斜率法牵引范围内，且鉴相值D2(ε)在前后斜率法牵引范围内未发生畸变，鉴相器将切换成D2(ε)，否则使用D1(ε)，其中，前后斜率法牵引范围为0.1码片，即|D1(ε)|<0.1；鉴相值D2(ε)在前后斜率法牵引范围内未发生畸变的判断方法为：D1(ε)与D2(ε)符号是否相同，相同则未发生畸变，否则发生畸变。
所述码片数d为小数，取值为(0,0.5]。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用码环鉴相器切换机制，兼顾了非相干超前减滞后幅值法的输入-输出线性度高的优点，和前后斜率法抑制多路径效应的优点，提高了码环鉴相精度和抗多路径效应的能力。
(2)本发明对非相干积分累加采用近似方法来代替平方与开根号运算，保证精度的同时降低了环路运算量。
(3)本发明码环鉴相切换判决方法增加了鉴相结果限幅调节和畸变判断，提高了鉴相方法的可靠性和码环的鉴相精度。
附图说明
图1为本发明的抗多径高精度码环鉴相方法的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明实现的抗多径高精度码环鉴相方法的原理框图。数字中频1分别与COS复现载波2、SIN复现载波3经混频4产生I和Q采样信号。移位寄存器5通过码产生器8获取本地码后，产生四种不同时延的本地码：超超前(E2)，超前(E1)，滞后(L1)，滞滞后(L2)，相关器间距d为小数，通常取值于(0,0.5]，本实施案例中d取值产生的四种本地码分别与I和Q采样信号混频，经积分与清零15计算四种本地码的同向分量和正交分量的积分累加值，四组本地码的同向分量和正交分量的积分累加值分别经非相干积分累加14产生超前能量幅值累加值SumRE1，滞后能量幅值累加值SumRL1，超超前能量幅值累加值SumRE2，滞滞后能量幅值累加值SumRL2。码环鉴相器12对输入的SumRE1和SumRL1采用超前减滞后幅值法并对鉴相结果进行归一化处理计算码相位偏差D1(ε)，码环鉴相器13对输入的SumRE1、SumRL1、SumRE2和SumRE2采用前后斜率法并对鉴相结果归一化和限幅处理计算码相位偏差D2(ε)。码环鉴相器切换判决11在预设的切换机制下选择D1(ε)或D2(ε)作为码环鉴相输出值。码环鉴相输出值经码环滤波器10滤波后与载波辅助9相耦合，在时钟6的驱动下调节码NCO 7的输出，为码产生器8提供精确输入。
总之，本发明可以计算出更精确的相位偏差，使本地码更精准地与接收到的码对齐，从而提高码环的跟踪精度和接收机的定位性能。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种抗多径高精度码环鉴相方法，其特征在于：构造移位寄存器，通过移位寄存器产生四种不同相对延时的本地码，利用窄相关技术分别计算这四种不同相对延时码的同向分量和正交分量的积分累加值，对四组同向分量和正交分量的积分累加值分别进行非相干积分累加，得到四组不同相对延时码的非相干积分累加值，即能量幅值累加值，采用非相干超前减滞后幅值法计算得到码相位偏差D1(ε)，采用前后斜率法计算得到码相位偏差D2(ε)，并根据相位偏差值，运用码环鉴相切换判决方法，在非相干超前减滞后幅值法与前后斜率法之间进行切换，切换结果作为码环鉴相输出值，ε为偏差；
其中，所述采用非相干超前减滞后幅值法计算码相位偏差的过程为：使用非相干超前减滞后幅值法计算鉴相误差，并对鉴相结果进行归一化处理，得其中SumRE1为超前能量幅值累加值，SumRL1为滞后能量幅值累加值；
所述前后斜率法计算码相位偏差过程为：对前后斜率法的鉴相结果进行归一化和限幅处理，即归一化处理后得到D2(ε)为：
限幅处理方法为：
其中SumRE1为超前能量幅值累加值，SumRL1为滞后能量幅值累加值，SumRE2为超超前能量幅值累加值，SumRL2为滞滞后能量幅值累加值。
2.根据权利要求1所述的一种抗多径高精度码环鉴相方法，其特征在于：所述通过移位寄存器产生四种不同相对延时的本地码的过程为：设P为即时本地码，则E1为超前即时码d个码片的超前本地码，E2为超前即时码2d个码片的超超前本地码，L1为滞后即时码d个码片的滞后本地码，L2为滞后即时码2d个码片的滞滞后本地码。
3.根据权利要求1所述的一种抗多径高精度码环鉴相方法，其特征在于：其中所述非相干积分累加使用近似方法来代替平方与开根号运算，即近似表示为：
其中，I、Q分别代表同向分量、正交分量的积分累加值；
使用上述方法计算出四组不同相对延时码的非相干积分累加值，其中超前能量幅值累加值记为SumRE1，滞后能量幅值累加值记为SumRL1，超超前能量幅值累加值记为SumRE2，滞滞后能量幅值累加值记为SumRL2。
4.根据权利要求1所述的一种抗多径高精度码环鉴相方法，其特征在于：所述码环鉴相切换判决方法的特征在于：当鉴相值D1(ε)值在前后斜率法牵引范围内，且鉴相值D2(ε)在前后斜率法牵引范围内未发生畸变，鉴相器将切换成D2(ε)，否则使用D1(ε)，其中，前后斜率法牵引范围为0.1码片，即|D1(ε)|<0.1；鉴相值D2(ε)在前后斜率法牵引范围内未发生畸变的判断方法为：D1(ε)与D2(ε)符号是否相同，相同则未发生畸变，否则发生畸变。
5.根据权利要求2所述的一种抗多径高精度码环鉴相方法，其特征在于：所述码片数d为小数，取值为(0,0.5]。
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