CN106772470B - 卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法、装置，只捕获一颗卫星的某一频点信号，然后利用该频点信号的捕获结果直接引导该卫星的其他频点信号进入跟踪，省掉了其他频点信号的捕获。计算一颗卫星不同频点的时延差，将单频点的码相位进行一定的数据运算操作，从而准确地估计出同一颗卫星上其他频点引导跟踪的初始码相位状态。本发明将单频点的码相位进行一定的数据运算操作，准确估计出同一颗卫星上其他频点的初始引导码相位状态，大幅地提高了多频点并行快速引导跟踪装置的信号的跟踪锁定概率。

Description

卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法、装置

技术领域

本发明涉及多频高精度卫星导航接收机，特别是一种卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法、装置。

背景技术

目前，卫星导航多频接收机普遍对同一颗卫星的多个频点信号单独进行捕获、跟踪以及电文译码。由于捕获模块是串行工作的，同一颗卫星的多个频点信号需要轮流占用捕获模块进行信号捕获，导致处理时间较长，且捕获模块需要兼容多个频点，实现复杂度较高。针对并行快速多频接收机，存在一种快速引导跟踪装置，通过捕获一颗卫星上的某一个频点，对该卫星其他频点的信号进行引导跟踪，其中，其他未直捕频点用于引导跟踪的初始码相位等于已捕获频点的初始码相位。然而，由于同一颗卫星不同频点的电离层时延，传输时延，射频通道时延，电路域处理时延不同，导致同一颗卫星不同频点的伪码无法严格同步，会导致此快速引导跟踪装置失效。

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，提供一种卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法、装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法，包括以下步骤：

1)通过射频通道分别将不同频点的射频信号下变频到中频信号，卫星上的A频点和B频点的中频信号接收通道同步打开，同步接收数据；

2)对A频点信号进行捕获，得到A频点的码相位和多普勒；

3)生成A频点和B频点信号的本地伪码，等待A频点和B频点信号启动跟踪；

4)在A频点信号被捕获成功后，将B频点信号的多普勒利用A频点信号的多普勒，B频点信号的初始码相位为A频点信号的初始码相位，设为INT；

5)对A频点和B频点信号的初始码相位进行时延估计，获得码相位偏移数CURR；

6)在不同时间，不同环境下多次搜索不同的卫星，重复步骤3)～步骤5)，获得大量的CURR值，统计P％概率下的CURR值所在的区间，设为[CURR_E，CURR_L]，若CURR_L-CURR_E≤4，则设置B频点与A频点的时延差为CURR_E+1，将CURR_E+1的时延差写入B频点引导跟踪模块进行时延校正，即在每次A频点信号捕获成功后，设置B频点信号的初始码相位为INI+CURR_E+1；否则，判定B频点与A频点没有固定的时延差，无法使用A频点捕获结果引导B频点的方式进行快速引导跟踪；

7)在初始化和定期检测过程中执行一次步骤1)～步骤6)，执行完成之后不再重复执行，直到下一次定期检测过程。

步骤5)中，时延估计的具体实现过程包括：

1)设置B频点最大偏移码片数2*N和最小搜索间距M，总的搜索次数设置为2*N/M，其中N/M为整数；

2)设当前搜索次数为K，设置B频点信号当前搜索状态下的码相位为偏移INT+(1-2*(K％2))*(K/2)*M个码片，其中％表示求余运算；

3)同步启动A频点和B频点信号的跟踪，若A频点和B频点均跟踪锁定上，则入步骤4)；否则，搜索次数K的值加1，判断若搜索次数≤2*N/M，重新执行步骤2)，若搜索次数>2*N/M，认为当前最大码片偏移数下无法利用A频点捕获结果引导B频点信号跟踪，返回步骤1)，重新搜索A频点其他卫星直到所有卫星搜索完成；

4)计算B频点伪距与A频点伪距差，计算该伪距差换算成B频点的码相位偏移数，设为CURR。

相应的，本发明还提供了一种卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正装置，包括：

A频点射频通道：用于将A频点的射频信号下变频到中频信号；

B频点射频通道：用于将B频点的射频信号下变频到中频信号；

A频点捕获模块：用于对A频点信号进行捕获，得到A频点的码相位和多普勒，生成A频点和B频点信号的本地伪码，等待A频点和B频点信号启动跟踪；

跟踪模块：用于在A频点信号被捕获成功后，将B频点信号的多普勒利用A频点信号的多普勒，B频点信号的初始码相位为A频点信号的初始码相位，设为INT；

时延检测及校正模块：用于对A频点和B频点信号的初始码相位进行时延估计，通过一维搜索的方式，从A频点信号初始码相位开始，前后偏移相同的码相位，不断搜索使得B频点跟踪锁定，并通过A频点和B频点的伪距差计算得到一个样本中B频点的初始码相位值，通过获得统计数据样本，利用置信度区间的方式，得到最终的B频点的码相位偏移数。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明将单频点的码相位进行一定的数据运算操作，准确估计出同一颗卫星上其他频点的初始引导码相位状态，大幅地提高了多频点并行快速引导跟踪装置的信号的跟踪锁定概率。

附图说明

图1为本发明实施例卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正装置。

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、各个频点射频通道(以一颗卫星上有A-B两个频点为例，但是本发明的方法可拓展到N个频点接收机，其中N>1)、A频点捕获模块、A和B频点跟踪模块以及定位解算模块。天线与所有射频通道连接，A频点射频通道与A频点捕获模块连接，A频点捕获模块以及B频点射频通道与跟踪模块连接，跟踪模块与时延检测及校正模块连接。

本发明装置的工作原理为：

步骤1：通过射频通道分别将不同频点的射频信号下变频到中频信号，A和B频点的中频信号接收通道同步打开，进行严格地同步数据接收；

步骤2：利用捕获模块对A频点信号进行捕获，得到A频点的码相位和多普勒；

步骤3：对A频点信号进行捕获；

步骤4：生成A和B频点信号的本地伪码，等待A和B频点信号启动跟踪；

步骤5：在A频点信号被捕获成功后，将B频点信号的多普勒利用A频点信号的多普勒，B频点信号的初始码相位为A频点信号的初始码相位，设为INT；

步骤6：对B和C频点信号的初始码相位进行时延估计，其估计算法如下

(1)设置B频点最大偏移码片数2*N和最小搜索间距M，总的搜索次数设置为2*N/M，其中N/M为整数；

(2)假设当前搜索次数为K，设置B频点信号当前搜索状态下的码相位为偏移INT+(1-2*(K％2))*(K/2)*M个码片，其中％表示求余运算。

(3)同步启动A和B频点信号的跟踪，若A和B频点均跟踪锁定上，进入(4)；否则，K＝K+1，判断若K≤2*N/M，重新执行(2)，若K>2*N/M，认为当前最大码片偏移数下无法利用A频点捕获结果引导B频点信号跟踪，重新进入步骤1，重新搜索A频点其他卫星直到所有卫星搜索完成；

(4)计算B频点伪距与A频点伪距差，计算该伪距差换算成B频点的码相位偏移数，设为CURR；

步骤7：在不同时间，不同环境下多次搜索不同的卫星，大规模多次重复步骤4到步骤6，获得大量的CURR值，统计P％概率下的CURR值所在的区间，设为[CURR_E，CURR_L](例如，正例：假设获得了10000个CURR的值，统计99％的概率下CURR值所在的区间。计算得到其所在的区间为[13,16]，由于CURR_L–CURR_E<4，则设置A和B频点时延差为CURR_E+1。反例：假设获得了10000个CURR的值，统计99％的概率下CURR值所在的区间。计算得到其所在的区间为[13,19]，由于CURR_L–CURR_E>4，判断B频点与A频点没有固定时延差，因此无法通过A频点捕获结果引导B频点)。若CURR_L-CURR_E≤4，则设置B频点与A频点的时延差为CURR_E+1，将CURR_E+1的时延差写入B频点引导跟踪模块进行时延校正，即在每次A频点信号捕获成功后，设置B频点信号的初始码相位为INI+CURR_E+1；否则，判定B频点与A频点没有固定的时延差，无法使用A频点捕获结果引导B频点的方式进行快速引导跟踪。

步骤8：该时延差检测和校正方法只在该装置初始化和定期检测过程中执行一次步骤1到步骤7，执行完成之后不再重复执行，直到下一次定期检测过程。

本发明提出的多频点信号时延检测和校正方法的原理为：

1、A和B频点信号接收和跟踪通道开启的严格同步；

通过利用FPGA中的TIC信号发生模块，使得A和B频点的中频信号接收通道同步打开，进行严格地同步数据接收；并且同步启动A和B频点信号的跟踪。

2、生成A和B频点信号的本地伪码，等待A和B频点信号启动跟踪；

3、A和B频点信号时延差检测和校正：

由于同一颗卫星不同频点的电离层时延，传输时延，射频通道时延，电路域处理时延不同，设备老化等导致同一颗卫星不同频点的伪码无法严格同步，会导致A频点捕获结果中的A频点信号的初始码相位和B频点信号的初始码相位并不是严格对齐的。因此，需要在设备初始化和定时检测过程中，进行时延检测和校正。此时延差检测方法是通过一维搜索的方式，从A频点信号初始码相位开始，前后偏移相同的码相位，不断搜索使得B频点跟踪锁定，并通过A频点和B频点的伪距差计算得到一个样本中B频点的引导跟踪模块的初始码相位值。通过获得大量统计数据样本，利用置信度区间的方式，得到最终的B频点的引导跟踪模块的初始码相位偏移量。

Claims (3)

1.一种卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过射频通道分别将不同频点的射频信号下变频到中频信号，卫星上的A频点和B频点的中频信号接收通道同步打开，同步接收数据；

2)对A频点信号进行捕获，得到A频点的码相位和多普勒；

3)生成A频点和B频点信号的本地伪码，等待A频点和B频点信号启动跟踪；

4)在A频点信号被捕获成功后，将B频点信号的多普勒利用A频点信号的多普勒，B频点信号的初始码相位为A频点信号的初始码相位，设为INT；

5)对A频点和B频点信号的初始码相位进行时延估计，获得码相位偏移数CURR；

6)在不同时间，不同环境下多次搜索不同的卫星，重复步骤3)～步骤5)，获得大量的CURR值，统计P％概率下的CURR值所在的区间，设为[CURR_E，CURR_L]，若CURR_L-CURR_E≤4，则设置B频点与A频点的时延差为CURR_E+1，将CURR_E+1的时延差写入B频点引导跟踪模块进行时延校正，即在每次A频点信号捕获成功后，设置B频点信号的初始码相位为INI+CURR_E+1；否则，判定B频点与A频点没有固定的时延差，无法使用A频点捕获结果引导B频点的方式进行快速引导跟踪；

7)在初始化和定期检测过程中执行一次步骤1)～步骤6)，执行完成之后不再重复执行，直到下一次定期检测过程。

2.根据权利要求1所述的卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正方法，其特征在于，步骤5)中，时延估计的具体实现过程包括：

(1)设置B频点最大偏移码片数2*N和最小搜索间距M，总的搜索次数设置为2*N/M，其中N/M为整数；

(2)设当前搜索次数为K，设置B频点信号当前搜索状态下的码相位为偏移INT+(1-2*(K％2))*(K/2)*M个码片，其中％表示求余运算；

(3)同步启动A频点和B频点信号的跟踪，若A频点和B频点均跟踪锁定上，则入步骤(4)；否则，搜索次数K的值加1，判断若搜索次数≤2*N/M，重新执行步骤(2)，若搜索次数>2*N/M，认为当前最大码片偏移数下无法利用A频点捕获结果引导B频点信号跟踪，返回步骤(1)，重新搜索A频点其他卫星直到所有卫星搜索完成；

(4)计算B频点伪距与A频点伪距差，计算该伪距差换算成B频点的码相位偏移数，设为CURR。

3.一种卫星导航多频接收机多频点时延检测和校正装置，其特征在于，包括：

A频点射频通道：用于将A频点的射频信号下变频到中频信号；

B频点射频通道：用于将B频点的射频信号下变频到中频信号；

A频点捕获模块：用于对A频点信号进行捕获，得到A频点的码相位和多普勒，生成A频点和B频点信号的本地伪码，等待A频点和B频点信号启动跟踪；

跟踪模块：用于在A频点信号被捕获成功后，将B频点信号的多普勒利用A频点信号的多普勒，B频点信号的初始码相位为A频点信号的初始码相位，设为INT；

时延检测及校正模块：用于对A频点和B频点信号的初始码相位进行时延估计，通过一维搜索的方式，从A频点信号初始码相位开始，前后偏移相同的码相位，不断搜索使得B频点跟踪锁定，并通过A频点和B频点的伪距差计算得到一个样本中B频点的初始码相位值，通过获得统计数据样本，利用置信度区间的方式，得到最终的B频点的码相位偏移数。