CN106526630B - 半周模糊度消除方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种半周模糊度消除方法和装置。所述半周模糊度消除方法包括提取接收到的导航信号中的上边带载波相位观测量和下边带载波相位观测量，计算所述导航信号的副载波相位观测量；以及根据副载波与伪随机码之间的同步关系解算副载波相位观测量的半周模糊度，并根据解算结果消除所述半周模糊度。通过根据本申请的半周模糊度消除方法和装置，能够确定并消除本地解调的导航信号中的半周模糊度。

Description

半周模糊度消除方法和装置
技术领域
本申请涉及卫星导航技术领域，具体地，涉及导航信号中的半周模糊度消除方法和装置。
背景技术
在卫星导航技术领域，尤其是高精度实时载波差分定位中，载波相位观测量是一个重要的信息。图1显示了传统BPSK调制导航信号的载波相位观测量。载波相位观测量包括整数周和小数周。由于接收机在初次稳定跟踪到卫星信号时，无法获得卫星至接收机天线之间的准确整周数，因此接收机在跟踪阶段存在整周模糊度。此外，由于载波上调制的导航电文信息会使载波相位发生反转，在跟踪过程中不能直接判断载波相位是否存在半周的偏移，因此本地恢复的导航信号中存在半周模糊度。整周模糊度可以在随后的定位阶段解决，而半周模糊度需要在跟踪阶段处理。
在传统的BPSK信号调制过程中，能够根据导航电文中固定的帧头信息确定半周模糊度，从而将该半周模糊度补偿到载波相位观测量中。
随着技术的发展，新一代导航信号开始采用性能更优的宽带二进制偏移载波(BOC)调制技术。这种调制信号通过在传统BPSK信号的基础上引入副载波实现频谱分裂。目前，出现了新型的BOC导航信号的接收机设计，其中采用双BPSK跟踪模型，将BOC信号视为两个相干的BPSK信号的组合，通过上下边带相干组合，实现跟踪和定位。但是，在双边带组合跟踪过程中，由于单边带载波相位观测量中存在整周模糊度，因此在计算副载波相位或者载波相位时，将引入半周模糊度。传统的半周模糊度解决方法不能够解决这种双边带导航信号中的半周模糊度问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种半周模糊度消除方法和装置，能够确定并消除本地解调的双边带导航信号中的半周模糊度。
根据本申请的一个方面，公开了一种半周模糊度消除方法，包括：提取接收到的导航信号中的上边带载波相位观测量和下边带载波相位观测量，计算所述导航信号的副载波相位观测量；以及根据副载波与伪随机码之间的同步关系解算副载波相位观测量的半周模糊度，并根据解算结果消除所述半周模糊度。
根据本申请的另一个方面，公开了一种半周模糊度消除装置，包括：计算模块，提取接收到的导航信号中的上边带载波相位观测量和下边带载波相位观测量，计算所述导航信号的副载波相位观测量；以及消除模块，根据副载波与伪随机码之间的同步关系解算副载波相位观测量的半周模糊度，并根据解算结果消除所述半周模糊度。
附图说明
图1示出了传统BPSK调制导航信号的载波相位观测量的示意图。
图2示出了带有根据本申请的一种实施方式的半周模糊度消除装置的导航信号接收机的跟踪单元。
图3示出了根据本申请的一种实施方式的采用BOC(1,1)调制方式下的导航信号的副载波与伪随机码之间的同步关系的示意图。
图4示出了根据本申请的一种实施方式的采用AltBOC(15,10)调制方式下的导航信号的副载波与伪随机码之间的同步关系的示意图。
图5示出了根据本申请的一种实施方式的半周模糊度消除装置的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本申请公开的一种半周模糊度消除方法和装置进行详细说明。为简明起见，本申请各实施例的说明中，相同或类似的装置使用了相同或相似的附图标记。
图2示出了带有根据本申请的一种实施方式的半周模糊度消除装置的导航信号接收机的跟踪单元。跟踪单元包括半周模糊度消除装置100，上边带处理器200和下边带处理器300。上边带处理器200和下边带处理器300实现双BPSK跟踪模型，将BOC信号视为两个相干的BPSK信号的组合，通过上下边带相干组合，实现跟踪和定位。
根据本申请的一种实施方式，半周模糊度消除装置100可以从上下边带处理器200、300中提取上边带载波相位观测量与下边带载波相位观测量，解算出副载波相位，并根据副载波与伪随机码之间的同步关系解算副载波相位观测量的半周模糊度，并根据解算结果消除所述半周模糊度。
导航信号调制过程中，副载波与伪随机码之间存在严格的同步关系。如果当前解调信号中的副载波与伪随机码之间的同步关系符合调制中副载波与伪随机码之间的严格同步关系，则接收机可以确定副载波相位观测量不存在半周模糊度；反之，如果当前解调信号中的副载波与伪随机码之间的同步关系与应有的同步关系之间存在反转，则存在半周模糊度，接收机将对副载波相位观测量进行半周模糊度补偿。
导航信号调制过程中副载波与伪随机码之间的严格的同步关系与采用的副载波调制方式(BOC调制方式)相关。不同的BOC调制方式，副载波与伪随机码之间的同步关系不同。例如，副载波与伪随机码之间的这种不同的同步关系受到副载波速率与伪随机码速率之间的比值影响。
图3显示了采用BOC(1,1)调制方式下的副载波与伪随机码之间的同步关系。虚线框显示了在该观测时刻副载波相位与伪随机码相位之间的同步关系。此外，可以看出，对于各个码片周期，副载波与伪随机码之间的同步关系不变。
图4显示了采用AltBOC(15,10)调制方式下的副载波与伪随机码之间的同步关系。可以看出，在相邻的码片周期，副载波与伪随机码之间的同步关系发生180度反转。例如，左虚线框所显示的观测时刻的副载波相位与伪随机码相位之间的同步关系，相比右虚线框所显示的观测时刻(相邻码片)的副载波相位与伪随机码相位之间的同步关系，发生了180度相位反转。因此，在将当前解调信号中的副载波与伪随机码之间的同步关系与应有的严格同步关系进行比较时，需要考虑与当前观测伪随机码所处码片相对应的严格同步关系。
下面以由AltBOC调制方式生成的伽利略系统E5信号为例，说明根据本申请的一种实施方式的半周模糊度消除方法和装置。
其中，伽利略系统E5导航信号的基带表达式如下所示，
其中eE5a-I(t)为下边带调制有二次码和电文的数据支路伪随机码,eE5a-Q(t)为下边带调制有二次码的导频支路伪随机码,eE5b-I(t)为上边带调制有二次码和电文数据支路伪随机码,eE5b-Q(t)为上边带调制有二次码的导频支路伪随机码，和是交调项，scE5-S(t)和scE5-P(t)分别为伪随机码和交调项副载波。
根据现有的宽带二进制偏移调制信号跟踪模型，例如DBT接收方法，本地解调的导航信号可表示为：
其中τ表示接收信号的传播延迟，伪随机码速率为fc＝10.23MHz，副载波速率为fs＝15.345MHz，θ＝θ0-2πfcτ表示接收信号的载波相位，表示接收信号的副载波相位，ca(t-τ)表示上边带导频支路伪随机码eE5b-Q(t-τ)，cb(t-τ)表示下边带导频支路伪随机码eE5a-Q(t-τ)。
这里，上边带载波相位观测量Φa(t)和下边带载波相位观测量Φb(t)可以表示为：
根据本申请的一种实施方式，参考图5，半周模糊度消除装置100包括计算模块110和消除模块120。
计算模块110计算副载波相位计算模块110还可以计算载波相位Φθ。副载波相位和载波相位可以根据提取的上边带载波相位观测量Φa(t)和下边带载波相位观测量Φb(t)获得：
消除模块120根据副载波与伪随机码之间的同步关系解算副载波相位观测量的半周模糊度，并根据解算结果消除所述半周模糊度。
根据一种实施方式，参考图5，消除模块120可以进一步包括确定模块121和补偿模块122。
确定模块121根据导航信号调制过程中副载波与伪随机码之间的严格同步关系，确定解调信号中的副载波与伪随机码之间的同步关系是否符合该严格同步关系。如果符合该严格同步关系，则副载波相位观测量不存在半周模糊度；反之，则存在半周模糊度。
副载波与伪随机码之间的同步关系受到BOC调制方式的影响。如果副载波速率与伪随机码速率之间的比值不是整数倍关系，则导航信号调制过程中副载波与伪随机码之间将存在两种或者两种以上的严格同步关系。例如，再次参考图3，可以看出，AltBOC调制方式下的副载波与伪随机码之间的同步关系，在相邻的码片周期之间存在180度反转的情况，因此在检测当前解调信号中的副载波与伪随机码之间的同步关系是否存在反转时，需要考虑当前观测(抽样)时刻处于哪一种同步关系中，以避免半周模糊度的错误判断。
在本实施例中，确定模块121可以进一步设置同步关系调整量。同步关系调整量反映导航信号调制过程中副载波与伪随机码之间的严格同步关系自身的变化量。对于码片的第一同步关系，将调整量设置为“0”；对于相邻码片的第二同步关系，将调整量设置为“0.5”。确定模块121可以根据观测时刻伪随机码的码片计数值确定当前解调信号中的副载波与伪随机码应当处于第一同步关系还是第二同步关系，从而根据相应的同步关系调整量调整半周模糊度。
例如，对于Galileo E5信号所采用的AltBOC调制，半周模糊度补偿值R计算方式可以表示为：
其中，TH为调整量，反映 了当前检测时刻副载波与伪随机码之间的同步关系。
其中，k为伪随机码的码片计数值，伪随机码码片计数范围0～10229，副载波频率fs＝15.345MHz，伪随机码频率fcode＝10.23MHz，为伪随机码相位小于1码片部分相位，abs代表求取绝对值，Frac代表求取小数部分。其中，伪随机码的码片计数值k和伪随机码相位小于1码片部分相位可以从接收机中直接提取。
补偿模块122根据确定装置120所确定的半周模糊度结果，对副载波相位观测量进行补偿。
根据本申请的半周模糊度消除模块，能够根据副载波与伪随机码之间的同步关系，确定副载波相位的半周模糊度，并根据判断结果消除所述半周模糊度。此外，由于副载波相位和载波相位存在如下关系：
载波相位观测量具有和副载波观测量一致的半周模糊度。因此，当确定副载波相位存在半周模糊度并进行补偿时，可以同时确定并补偿载波相位中存在的半周模糊度，从而同时实现载波相位中半周模糊度的消除。
表1和表2分别示出了未采用和采用了根据本申请的半周模糊度消除方法和装置的实验结果。实验过程中，将接收机12个通道设置为跟踪同一颗卫星模式。表1所显示的通道1和通道5(灰色阴影突示出)中存在半周模糊度问题。通过表2与表1对比可以发现，采用根据本申请的半周模糊度消除方法和装置能够有效解决副载波和载波相位观测量半周模糊度问题，提取完整有效的副载波和载波相位观测量。
表1：未采用半周模糊度消除方法和装置
通道 卫星数 载波相位(周) 副载波相位(周)
1 12 235342413.844 3030159.320
2 12 235342413.344 3030159.820
3 12 235342413.344 3030159.820
4 12 235342413.344 3030159.820
5 12 235342413.844 3030160.320
6 12 235342413.344 3030159.820
7 12 235342413.344 3030159.820
8 12 235342413.344 3030159.820
9 12 235342413.344 3030159.820
10 12 235342413.344 3030159.820
11 12 235342413.344 3030159.820
12 12 235342413.344 3030159.820
表2：采用了半周模糊度消除方法和装置
通道 卫星数 载波相位(周) 副载波相位(周)
1 19 236276766.034 3042190.123
2 19 236276766.034 3042190.122
3 19 236276766.034 3042190.123
4 19 236276765.034 3042190.122
5 19 236276765.034 3042190.123
6 19 236276766.034 3042190.122
7 19 236276766.034 3042191.123
8 19 236276765.034 3042190.123
9 19 236276766.033 3042190.122
10 19 236276765.034 3042190.123
11 19 236276765.034 3042190.123
12 19 236276765.034 3042190.123
以上参考附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种半周模糊度消除方法，包括：
提取接收到的导航信号中的上边带载波相位观测量和下边带载波相位观测量，计算所述导航信号的副载波相位观测量；以及
根据副载波与伪随机码之间的同步关系解算副载波相位观测量的半周模糊度，并根据解算结果消除所述半周模糊度，
其中，如果副载波与伪随机码之间的同步关系符合调制中副载波与伪随机码之间的严格同步关系，则副载波相位观测量不存在半周模糊度；反之，如果副载波与伪随机码之间的同步关系与应有的严格同步关系之间存在反转，则存在半周模糊度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
根据解调信号中的副载波与伪随机码之间的同步关系是否符合所述严格同步关系，确定副载波相位观测量的半周模糊度；以及
根据所确定的半周模糊度，对副载波相位观测量进行补偿。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述方法进一步包括：根据所确定的半周模糊度，对载波相位观测量进行补偿。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述方法进一步包括：设置同步关系调整量，所述同步关系调整量反映导航信号调制过程中副载波与伪随机码之间的严格同步关系的变化量。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在确定副载波相位观测量的半周模糊度时，基于观测时刻伪随机码的码片计数值，确定当前解调信号中的副载波与伪随机码所处的同步关系所对应的同步关系调整量，并根据该同步关系调整量调整所述半周模糊度。
6.一种半周模糊度消除装置，包括：
计算模块，提取接收到的导航信号中的上边带载波相位观测量和下边带载波相位观测量，计算所述导航信号的副载波相位观测量；以及
消除模块，根据副载波与伪随机码之间的同步关系解算副载波相位观测量的半周模糊度，并根据解算结果消除所述半周模糊度，其中，如果副载波与伪随机码之间的同步关系符合调制中副载波与伪随机码之间的严格同步关系，则副载波相位观测量不存在半周模糊度；反之，如果副载波与伪随机码之间的同步关系与应有的严格同步关系之间存在反转，则存在半周模糊度。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述消除模块进一步包括：
确定模块，根据解调信号中的副载波与伪随机码之间的同步关系是否符合所述严格同步关系，确定副载波相位观测量的半周模糊度；以及
补偿模块，根据所述确定装置所确定的半周模糊度，对副载波相位观测量进行补偿。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述补偿模块根据所述确定装置所确定的半周模糊度，对载波相位观测量进行补偿。
9.如权利要求7或8所述的装置，其中，所述确定模块设置同步关系调整量，所述同步关系调整量反映导航信号调制过程中副载波与伪随机码之间的严格同步关系的变化量。
10.如权利要求9所述的装置，其中，在确定副载波相位观测量的半周模糊度时，所述确定模块基于观测时刻伪随机码的码片计数值，确定当前解调信号中的副载波与伪随机码所处的同步关系所对应的同步关系调整量，并根据该同步关系调整量调整所述半周模糊度。
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