CN108897009B - 一种boc导航信号接收机及其码跟踪方法 - Google Patents

一种boc导航信号接收机及其码跟踪方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种BOC导航信号接收机及其码跟踪方法，包括：根据BOC信号调制阶数分析BOC信号与PRN的互相关函数，并将互相关函数分解为N个子互相关函数；通过分析子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；将两路本地辅助码与BOC信号相关后构建重构相关函数；将超前辅助码和滞后辅助码分别与BOC信号相关后再经过积分清除器，结合积分清除器的结果与重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据鉴相公式得到的输出结果，使得本地码的延时与接收BOC信号间的码相位差无限接近于零，从而完成各调制阶数的BOC信号的无模糊度跟踪。

Description

一种BOC导航信号接收机及其码跟踪方法
技术领域
本发明属于卫星导航接收机技术领域，具体涉及一种BOC导航信号接收机及其码跟踪方法。
背景技术
随着各大全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)系统的快速发展，可利用的无线电通信频带资源变得更加稀缺，如何将有限的通信频带发挥最大利用率是卫星导航技术的关键。为了保证各大GNSS系统能够在不同频带有序发展并协调工作，二进制偏置载波调制(BOC，Binary Offset Carrier)的频谱分裂特性成为将其作为导航卫星信号的契机。此外，因为BOC相对传统二进制相移键控(BPSK，Binary Phase ShiftKeying)调制改善了跟踪精度和提供更好的多径阻力和窄带干扰，各类BOC调制成为了现代GNSS系统的重要组成体制，并成为GNSS系统发展的主要候选体制。
尽管如此，由于BOC的自相关函数存在多个峰值，导致接收机对其的基带信号处理中存在严重的模糊度问题，这可能导致不容忽视的定位偏差。若采用传统的DLL(DelayLock Loop)对BOC进行鉴相，可能会误锁到其它侧峰位置。随着BOC调制阶数的增加，鉴相曲线的错误过零点就会越多，误锁的概率就会更大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种BOC导航信号接收机及其码跟踪方法，能够完成各调制阶数的BOC信号的无模糊度跟踪。
第一方面，本发明提供节一种BOC导航信号接收机的码跟踪方法，所述方法包括：
根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数；
通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；
将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数；
将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；
通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零。
第二方面，本发明提供了一种BOC导航信号接收机的码跟踪装置，所述装置包括：
分解单元，用于根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数；
产生单元，用于通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；
构建单元，用于将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数；
获取单元，用于将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；
控制单元，用于通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零。
第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的BOC导航信号接收机的码跟踪方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种BOC导航信号接收机，包括：
一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的BOC导航信号接收机的码跟踪方法的步骤。
在本发明中，根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数；通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数；将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零，从而完成各调制阶数的BOC信号的无模糊度跟踪。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的BOC导航信号接收机的码跟踪方法的流程图。
图2是本发明实施例二提供的BOC导航信号接收机的码跟踪装置的功能模块框图。
图3是本发明实施例四提供的BOC导航信号接收机的具体结构框图。
图4是本发明实施例五提供的BOC(10,5)的各子互相关函数。
图5是本发明实施例五提供的BOC(10,5)的各子PRN码。
图6是本发明实施例五提供的几种方法对BOC(10,5)的跟踪性能对比图。
图7是本发明实施例五提供的BOC导航信号接收机的改进码跟踪环路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
请参阅图1，本发明实施例一提供的BOC导航信号接收机的码跟踪方法包括以下步骤：需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的BOC导航信号接收机的码跟踪方法并不以图1所示的流程顺序为限。
S101、根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数。
BOC是在Galileo系统设计过程中提出的一种新的载波调制方式。它的基本原理是在原有的BPSK调制基础上，再增加一个二进制副载波。这种调制方式的最大特点是，其功率谱的主瓣分裂成对称的两部分，而且根据选择的参数不同，两个分裂主瓣的距离也可以变化。一般常用的表示方式为BOC(m,n)的形式，其中m表示的是副载波频率，n表示的是扩频码速率，具体数值分别是1.023MHz的m倍和n倍。BOC导航接收机在基带处理部分首先通过捕获粗略得到导航信号的频率与码相位，然后进入精确跟踪环节。跟踪环路分为载波环与码环，分别为完成对信号频率与码延迟的锁定。
具体的，以BOC信号为BOC(kn,n)，BOC信号的调制阶数为N＝2k为例，所述BOC信号与PRN的互相关函数为：
Figure BDA0001690345490000051
其中，所述BOC信号为BOC(kn,n)，所述N为所述BOC信号的调制阶数，所述N＝2k，所述tri表示一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数，所述Tsc为子载波子码码宽；
本地产生扩频码，利用时分部件将PRN根据BOC调制阶数N分为N段子扩频码，用于产生子互相函数，并且N个子互相关函数之和即为互相关函数，经过归纳总结得到子互相关函数通用表达式为：
Figure BDA0001690345490000052
其中，所述N为所述BOC信号的调制阶数，所述N＝2k，所述tri表示一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数，所述Tsc为子载波子码码宽。
假设BOC(kn,n)与PRN序列的互相关特性理想，相干积分时间为Tcoh，BOC码与PRN码的互相关函数Rb/p(τ)可表示为：
Figure BDA0001690345490000053
式中，
Figure BDA0001690345490000054
则Rb/pj(τ)，即BOC信号与PRN的子互相关函数，可进一步表示为：
Figure BDA0001690345490000055
其中，所述N为BOC调制阶数，所述tri表示一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数，所述Tsc为子载波子码码宽，所述Tcoh为所述sBOC(t)与所述sc,j(t)互相关的相干积分时间，所述Rb/pj表示第j个子互相关函数，所述sBOC(t)为BOC码，所述sc,j(t)表示第j个子PRN码，即将每个PRN的码片分为N段，只保留第j段PRN码片值，其他置0。
S102、通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码。
Rb/pj(τ)可定义为BOC码与第j个子PRN码的互相关函数。将sc,j(t)定义为第j个子PRN码，即将每个PRN的码片分为N段，只保留第j段PRN码片值，其他置0。第j个子互相关函数Rb/pj(τ)对应的本地码即第j个子PRN码sc,j(t)。根据重构子互相关函数原理只需生成第1子PRN码与第N子PRN码作为接收机的本地辅助码。其中，将第1个子PRN码作为一路本地辅助码ref1，记为SPRN1，将第N个子PRN码作为另一路本地辅助码ref2，记为SPRNN。
再通过延时器分别将两路本地辅助码经过超前和滞后移位d/2个码相位产生相应的超前辅助码和滞后辅助码。
S103、将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数。
通过分析各调制阶数BOC(kn,n)的各项子互相关函数，发现这N个子互相关函数中，若将子互相关函数的序号分为奇数类与偶数类，则同类序号的对应的函数呈左右平移关系，奇偶类之间则是平移翻转关系，并且第j子互相关与第N-j+1子互相关是关于(0,0)点旋转180度的关系。值得注意的是，第1与第N子互相关函数取值同时不为零的横坐标交集为[-Tsc,+Tsc]。因此利用Rb/p1(τ)与Rb/pN(τ)的乘积取反可得到具有一个较窄宽度的正主峰和两个负侧峰的相关函数RM，表示为：
RM＝-Rb/p1*Rb/pN
其中，Rb/p1为第1子互相关函数，Rb/pN为第N子互相关函数，考虑到跟踪环路输出的检测量一般为|·|或者|·|2形式，为进一步去副峰并提高主峰峰值，将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数RRSC，其表达式为：
RRSC＝|RM+|RM||＝||Rb/p1*Rb/pN|-Rb/p1*Rb/pN|。
S104、将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式。
当载波跟踪环已经完成对BOC信号的准确跟踪，将超前辅助码和滞后辅助码分别与BOC信号相关后再经过积分清除器，可得到积分清除器的结果如下：
Figure BDA0001690345490000071
Figure BDA0001690345490000072
Figure BDA0001690345490000073
Figure BDA0001690345490000074
其中，所述I和所述Q为所述BOC信号经过剥离载波后得到的两路信号，下标1对应所述SPRN1，下标N对应所述SPRNN，下标E对应所述超前辅助码，下标L对应所述滞后辅助码，所述Δτ表示码相位的估计误差，所述Δθ表示载波初始相位的估计误差，所述d为超前于滞后相关器的延时间隔，所述nIE1、nQE1、nIEN、nQEN、nIL1、nQL1、nILN、nQLN均为服从高斯分布的噪声项；
结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式如下：
Figure BDA0001690345490000075
其中，所述P为接收的BOC信号功率，所述d为超前与滞后相关器的延时间隔，所述Δτ表示码相位的估计误差，所述I和所述Q为所述BOC信号经过剥离载波后得到的同相与正交两路信号，下标1对应所述SPRN1，下标N对应所述SPRNN，下标E对应所述超前辅助码，下标L对应所述滞后辅助码，所述RRSC为将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建的重构相关函数。
S105、通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零。
还需要说明的是，多径是定位误差的重要来源，实际接收的BOC信号伴随着多条多径信号，为了提高定位精度，本实施例在接收原始BOC信号后混频得到伴随着多径的中频信号，将所述中频信号通过最大似然估计模块恢复出直达信号，将所述直达信号作为所述BOC信号执行各项操作。为了简化分析，又不失一般性，假设接收信号由一路直达信号和一路多径信号组成，不考虑导航电文，剥离载波后，接收信号可写成如下形式：
Figure BDA0001690345490000081
其中，α0、α1分别为直达信号与多径的信号幅度，δ0、δ1则是与本地载波的相位差，n(t)是服从N(0,σ2)分布的白高斯噪声，对接收信号的最大似然估计即为使下式最小。
Figure BDA0001690345490000082
接收信号可以用矢量形式如下表示：
S＝B·A+N
其中，B＝[BOC(τ0),BOC(τ1)]，
Figure BDA0001690345490000083
N为噪声矢量。因为N为高斯白噪声，若事先给定τ0、τ1，则C变为常量，对A的最大似然估计可以转换为最小二乘估计，得：
Figure BDA0001690345490000084
于是通过网格搜索τ0、τ1，给定τ0、τ1的初值，τ0、τ1的取值范围在正负一个码片之间。由τ0、τ1生成矢量B，再得到(BHB)-1，估计出
Figure BDA0001690345490000085
于是可以求得此时J(τ0,τ1,α0,α1,δ0,δ1)，记作J(0)，然后以此更新τ0、τ1，求出J(τ0,τ1,α0,α1,δ0,δ1)，记作J(n)。对比每次更新得到的J(n)，取出最小值下对应的τ0、τ1、α0、α1、δ0、δ1即为我们所需的最大似然估计值。最大似然估计模块通过最大似然估计得到τ0、α0的估计值，便可恢复出接近真实值的估计直达信号r(t)。
可见，本实施例根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数；通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数；将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零，从而完成各调制阶数的BOC信号的无模糊度跟踪。
实施例二：
请参阅图2，本发明实施例二提供的BOC导航信号接收机的码跟踪装置包括：
分解单元201，用于根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数；
产生单元202，用于通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；
构建单元203，用于将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数；
获取单元204，用于将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；
控制单元205，用于通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零。
本发明实施例二提供的BOC导航信号接收机的码跟踪装置及本发明实施例一提供的BOC导航信号接收机的码跟踪方法属于同一构思，其具体实现过程详见说明书全文，此处不再赘述。
实施例三：
本发明实施例三提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例一提供的BOC导航信号接收机的码跟踪方法的步骤。
实施例四：
图3示出了本发明实施例四提供的BOC导航信号接收机的具体结构框图，一种BOC导航信号接收机100包括：一个或多个处理器101、存储器102、以及一个或多个计算机程序，其中所述处理器101和所述存储器102通过总线连接，所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器102中，并且被配置成由所述一个或多个处理器101执行，所述处理器101执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一提供的BOC导航信号接收机的码跟踪方法的步骤。
实施例五
为了便于理解，本实施例以GPS L2M采用的BOC(10,5)为例，对BOC(2n,n)的互相关函数进行详细说明。
对于BOC(kn,n)，其调制阶数N＝2kn/n＝2k，其信号时域的表达式为：
sBOC(kn,n)(t)＝A*d(t)*c(t)*sc(t)
其中，A为信号幅度，d(t)为导航数据，c(t)为扩频PRN(Pseudo Random Noise)码伪随机噪声码，sc(t)＝sign(sin(2πfsct))表示方波子载波，以f0＝1.023MHz为基准频率，BOC(kn,n)表示c(t)的频率fc＝nf0，伪码周期Tc＝1/fc为，子载波频率fsc＝knf0，子载波码周期为Tsc＝1/fsc，定义PRN与子载波的乘积为BOC码，用sBOC(t)表示为：
sBOC(t)＝c(t)*sc(t)
以GPS L2M采用的BOC(10,5)为例分析BOC(2n,n)的互相关函数，引入一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数tri，PRN码与BOC(10,5)的BOC码的互相关函数可以表示为：
Figure BDA0001690345490000111
将Rb(10,5)/p分为4个子互相关函数Rb(10,5)/p1、Rb(10,5)/p2、Rb(10,5)/p3与Rb(10,5)/p4，分别用单位三角函数tri表示为：
Figure BDA0001690345490000112
Figure BDA0001690345490000113
Figure BDA0001690345490000114
Figure BDA0001690345490000115
显然，Rb(10,5)/p1、Rb(10,5)/p2、Rb(10,5)/p3与Rb(10,5)/p4之和即为Rb(10,5)/p(τ)，图4为BOC(10,5)的互相关函数与各子互相关函数。分析各子互相关函数，发现Rb(10,5)/p1与Rb(10,5)/p2、Rb(10,5)/p3与Rb(10,5)/p4是平移关系，并且Rb(10,5)/p1与Rb(10,5)/p4、Rb(10,5)/p2与Rb(10,5)/p3是关于(0,0)点旋转180度的关系。值得注意的是，这Rb(10,5)/p1与Rb(10,5)/p4两个子互相关函数取值同时不为零的横坐标交集为[-Tsc,+Tsc]。于是因此利用Rb(10,5)/p1与Rb(10,5)/p4的乘积取反可得到具有一个较窄宽度的正主峰和两个负侧峰的相关函数RM，表示为：
RM＝-Rb(10,5)/p1*Rb(10,5)/p4
考虑到跟踪环路输出的检测量一般为|·|或者|·|2形式，为进一步去副峰并提高主峰峰值，重构相关函数得到RRSC，其表达式：
RRSC＝|RM+|RM||＝||Rb(10,5)/p1*Rb(10,5)/p4|-Rb(10,5)/p1*Rb(10,5)/p4|
将BOC(10,5)的BOC码用矩形脉冲形式表示：
Figure BDA0001690345490000121
其中pj(t)表示脉冲信号，其表达式为：
Figure BDA0001690345490000122
同样的，利用矩形脉冲可以将PRN码表示为：
Figure BDA0001690345490000123
假设BOC(10,5)与PRN序列的互相关特性理想，相干积分时间为Tcoh，则BOC码与PRN码的互相关函数Rb(10,5)/p(τ)可表示为：
Figure BDA0001690345490000124
式中，
Figure BDA0001690345490000125
上式中Rb(10,5)/pj即为子互相关函数，j＝1，2，3，4。因此BOC(10,5)的各个子互相关函数可进一步表示为：
Figure BDA0001690345490000126
Figure BDA0001690345490000127
Figure BDA0001690345490000128
Figure BDA0001690345490000131
因此Rb(10,5)/pj可定义为BOC(10,5)的BOC码与第j个子PRN码的互相关函数。图5为BOC(10,5)的各个子PRN码。根据重构原理，需用到要Rb(10,5)/p1与Rb(10,5)/p4，于是本地需要产生sc,1(t)与sc,4(t)。sc,1(t)表示将PRN按码片分为4段，保留第1段PRN码片值，其它置0，sc,4(t)则是保留第4段PRN码片值，其它置0。在不考虑多径和干扰的情况下，GNSS接收机从某一卫星接收到的BOC(10,5)中频信号可以表示为：
Figure BDA0001690345490000132
其中，P为接收信号总功率，d为导航电文信息，fIF为接收机下变频后的频率，θ0是载波初始相位，τ为传播引起的码相位延迟。n(t)是带限白噪声。
假设载波跟踪环已经完成对信号准确跟踪，剥离载波后的I、Q两路信号与超前滞后本地辅助码相关，再经过积分清除后可得：
Figure BDA0001690345490000133
Figure BDA0001690345490000134
Figure BDA0001690345490000135
Figure BDA0001690345490000136
其中，IE1与IL4中，用下标1、4分别信号是与本地sc,1(t)和sc,4(t)相关，下标E、L分别表示超前和延迟支路，其他支路也类似表示。Δτ和Δθ分别表示码相位和载波初始相位的估计误差，d为超前于滞后相关器的延时间隔，所有噪声项均为服从高斯分布的噪声项。
根据重构原理得到本文提出的非相干鉴相函数表示为：
Figure BDA0001690345490000141
利用上述的重构和鉴相方法可以完成对BOC(10,5)的无模糊度跟踪，图6为传统EMLP码环、比传统EMLP跟踪环路、BPSK-like与ASPeCT方法对BOC(10,5)进行跟踪得到的跟踪性能对比图。从去模糊度有效性，鉴相曲线，抗多径性能以及抗噪声性四个方面分析。对于去模糊度有效性，ASPeCT已经不能有效进行无模糊度跟踪，在弱信号条件下极容易误锁和失锁，BPSK-like虽能去模糊度，但牺牲了原BOC信号的窄相关峰特性使得主峰较宽，本实施例能够完全消除副峰并增强窄相关峰性能。对于鉴相曲线，传统DLL的鉴相曲线有6个误锁点。这几种方法的稳定区域均为[-d/2,+d/2]，但ASPeCT方法有4个误锁点，已经不能去除跟踪模糊度。本实施例完全消除误锁点的同时，相对BPSK-like的斜率增益为7.2dB。因此本实施例不但能去除鉴相曲线所有误锁点，并能保持BOC(kn,n)在传统DLL得到的较大斜率。对于多径包络，本实施例得到的包络极值(MEE的最大绝对值)、包络区间长度(MEE以取到非零误差时横坐标区间之和)以及包络面积(MEE所包围的面积)这三项抗多径性能评估指标均在上述几种方法中取值最优，具有良好的抗多径性能。
进一步的，在信号进入跟踪环路前利用最大似然模块过滤多径影响，再通过重构自子互相关函数达到消除BOC的跟踪模糊度，如图7，为本实施例的一种BOC导航信号接收机的改进码跟踪环路。主要包括最大似然估计模块，混频器，多个延时器、相关器和积分清除器，鉴相器，环路滤波器、伪码NCO，伪码发生器和时分器组成。
可见，本实施例利用最大似然估计模块和重构子互相关函数对BOC导航信号接收机中的码跟踪环路进行改进与优化。通过最大似然估计对包含多径的导航信号进行处理，估计出多径信号的码相位延迟、多径幅值与载波相位差等信号特征从而恢复出直达信号，并用于后续的跟踪环路。然后根据BOC信号的调制阶数采取响应的本地辅助码，通过重构子互相关鉴相后可以完全消除BOC信号在传统跟踪环路存在的误锁点，并且能够保持BOC的窄相关峰特性，具有良好的抗多径性能与抗噪声性能。相比现有的其他跟踪方法，本实施例的通用性强，适用于所有BOC(kn,n)信号，因为现代GNSS系统多使用偶数阶调制，因此本实施例满足各大卫星导航系统的BOC调制信号。同时本实施例由于对多径信号进行剥离，后续的环路也保持了良好的跟踪性能，因此能在更低载噪比情况下正确跟踪弱BOC导航信号，同时具有更高的码跟踪精度。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种BOC导航信号接收机的码跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：
根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数；
通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；
将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数；
将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；
通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据BOC信号调制阶数分析BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数，包括：
所述BOC信号与PRN的互相关函数为：
Figure FDA0003638585760000011
其中，所述BOC信号为BOC(kn,n)，所述N为所述BOC信号的调制阶数，所述N＝2k，所述tri表示一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数，所述Tsc为子载波子码码宽，所述τ为传播引起的码相位延迟；
根据以下公式将所述互相关函数分解为N个子互相关函数：
Figure FDA0003638585760000012
或，
Figure FDA0003638585760000013
其中，所述N为BOC调制阶数，所述tri表示一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数，所述Tsc为子载波子码码宽，所述Tcoh为所述sBOC(t)与所述sc,j(t)互相关的相干积分时间，所述Rb/pj表示第j个子互相关函数，所述sBOC(t)为BOC码，所述sc,j(t)表示第j个子PRN码，即将每个PRN的码片分为N段，只保留第j段PRN码片值，其他置0；
所述通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，包括：
根据所述子互相关函数，将第1个子PRN码作为一路本地辅助码ref1，记为SPRN1，将第N个子PRN码作为另一路本地辅助码ref2，记为SPRNN。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式，包括：
根据以下公式将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，得到所述积分清除器的结果：
Figure FDA0003638585760000021
Figure FDA0003638585760000022
Figure FDA0003638585760000023
Figure FDA0003638585760000024
其中，所述P为接收BOC信号功率，所述Rb/p1为第1子互相关函数，所述Rb/pN为第N子互相关函数，所述I和所述Q为所述BOC信号经过剥离载波后得到的同相与正交两路信号，下标1对应所述SPRN1，下标N对应所述SPRNN，下标E对应所述超前辅助码，下标L对应所述滞后辅助码，所述△τ表示码相位的估计误差，所述△θ表示载波初始相位的估计误差，所述d为超前与滞后相关器的延时间隔，所述nIE1、nQE1、nIEN、nQEN、nIL1、nQL1、nILN、nQLN均为服从高斯分布的噪声项；
结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式如下：
Figure FDA0003638585760000031
其中，所述P为接收的BOC信号功率，所述d为超前与滞后相关器的延时间隔，所述△τ表示码相位的估计误差，所述I和所述Q为所述BOC信号经过剥离载波后得到的同相与正交两路信号，下标1对应所述SPRN1，下标N对应所述SPRNN，下标E对应所述超前辅助码，下标L对应所述滞后辅助码，所述RRSC为将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建的重构相关函数：
RRSC＝|RM+|RM||＝||Rb/p1*Rb/pN|-Rb/p1*Rb/pN|；
其中，所述Rb/p1为第1子互相关函数，所述Rb/pN为第N子互相关函数，所述RM为利用Rb/p1(τ)与Rb/pN(τ)的乘积取反可得到具有一个较窄宽度的正主峰和两个负侧峰的相关函数。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在所述根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数之前，所述方法还包括：
接收原始BOC信号后混频得到伴随着多径的中频信号，将所述中频信号通过最大似然估计模块恢复出直达信号，将所述直达信号作为所述BOC信号执行各项操作。
5.一种BOC导航信号接收机的码跟踪装置，其特征在于，所述装置包括：
分解单元，用于根据BOC信号调制阶数分析所述BOC信号与PRN的互相关函数，并将所述互相关函数分解为N个子互相关函数；
产生单元，用于通过分析所述子互相关函数产生两路本地辅助码，并根据所述两路本地辅助码产生超前辅助码和滞后辅助码；
构建单元，用于将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建重构相关函数；
获取单元，用于将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式；
控制单元，用于通过鉴相输出和码NCO控制本地码的相位，所述鉴相输出为根据所述鉴相公式得到的输出结果，使得所述本地码的延时与接收所述BOC信号间的码相位差无限接近于零。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分解单元具体用于：
所述BOC信号与PRN的互相关函数为：
Figure FDA0003638585760000041
其中，所述BOC信号为BOC(kn,n)，所述N为所述BOC信号的调制阶数，所述N＝2k，所述tri表示一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数，所述Tsc为子载波子码码宽，所述τ为传播引起的码相位延迟；
根据以下公式将所述互相关函数分解为N个子互相关函数：
Figure FDA0003638585760000042
或，
Figure FDA0003638585760000043
其中，所述N为BOC调制阶数，所述tri表示一个宽度为2Tsc，幅值为1的单位三角函数，所述Tsc为子载波子码码宽，所述Tcoh为所述sBOC(t)与所述sc,j(t)互相关的相干积分时间，所述Rb/pj表示第j个子互相关函数，所述sBOC(t)为BOC码，所述sc,j(t)表示第j个子PRN码，即将每个PRN的码片分为N段，只保留第j段PRN码片值，其他置0；
所述产生单元具体用于：
根据所述子互相关函数，将第1个子PRN码作为一路本地辅助码ref1，记为SPRN1，将第N个子PRN码作为另一路本地辅助码ref2，记为SPRNN。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元具体用于：
根据以下公式将所述超前辅助码和所述滞后辅助码分别与所述BOC信号相关后再经过积分清除器，得到所述积分清除器的结果：
Figure FDA0003638585760000051
Figure FDA0003638585760000052
Figure FDA0003638585760000053
Figure FDA0003638585760000054
其中，所述P为接收BOC信号功率，所述Rb/p1为第1子互相关函数，所述Rb/pN为第N子互相关函数，所述I和所述Q为所述BOC信号经过剥离载波后得到的同相与正交两路信号，下标1对应所述SPRN1，下标N对应所述SPRNN，下标E对应所述超前辅助码，下标L对应所述滞后辅助码，所述△τ表示码相位的估计误差，所述△θ表示载波初始相位的估计误差，所述d为超前与滞后相关器的延时间隔，所述nIE1、nQE1、nIEN、nQEN、nIL1、nQL1、nILN、nQLN均为服从高斯分布的噪声项；
结合所述积分清除器的结果与所述重构相关函数，得到无误锁点的鉴相公式如下：
Figure FDA0003638585760000055
其中，所述P为接收的BOC信号功率，所述d为超前与滞后相关器的延时间隔，所述△τ表示码相位的估计误差，所述I和所述Q为所述BOC信号经过剥离载波后得到的同相与正交两路信号，下标1对应所述SPRN1，下标N对应所述SPRNN，下标E对应所述超前辅助码，下标L对应所述滞后辅助码，所述RRSC为将所述两路本地辅助码与所述BOC信号相关后构建的重构相关函数：
RRSC＝|RM+|RM||＝||Rb,p1*Rb/pN|-Rb/p1*Rb/pN|；
其中，所述Rb/p1为第1子互相关函数，所述Rb/pN为第N子互相关函数，所述RM为利用Rb/p1(τ)与Rb/pN(τ)的乘积取反可得到具有一个较窄宽度的正主峰和两个负侧峰的相关函数。
8.根据权利要求5至7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
恢复单元，用于接收原始BOC信号后混频得到伴随着多径的中频信号，将所述中频信号通过最大似然估计模块恢复出直达信号，将所述直达信号作为所述BOC信号执行各项操作。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的BOC导航信号接收机的码跟踪方法的步骤。
10.一种BOC导航信号接收机，包括：
一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的BOC导航信号接收机的码跟踪方法的步骤。
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