CN109298435B - 卫星反射信号的跟踪方法、装置及接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星反射信号的跟踪方法、装置及接收机，该方法包括：接收机接收预定卫星发射的直射信号和反射信号；接收机根据直射信号和反射信号确定反馈量；接收机根据反馈量、直射信号、反射信号以及本地信号，生成跟踪误差矢量调节矩阵；接收机根据跟踪误差矢量调节矩阵，调整本地信号。本发明根据接收到的直射信号和反射信号，确定反馈量，将接收到的所有卫星直射信号和反射信号作为一个矢量，并根据反馈量生成跟踪误差矢量调节矩阵，增强反射信号的功率，达到更好的跟踪效果，解决了现有技术在接收微弱反射信号时的跟踪效果差，经常由于信号强度低而出现无法进行反射信号的跟踪的问题。

Description

卫星反射信号的跟踪方法、装置及接收机
技术领域
本发明涉及及卫星导航领域，特别是涉及一种卫星反射信号的跟踪方法、装置及接收机。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)已基本取代了地基无线电导航、传统大地测量和天文测量导航定位技术，并推动了大地测量与导航定位领域的全新发展。卫星信号分为直射信号和反射信号(GNSS-R，Global NavigationSatellite System--reflectometry)，通过接收机接收反射信号，可作为反演海洋、地表、植被等物理参数的遥感手段，或进行目标的探测。
接收机是安装在飞机、航天器上的用于接收卫星信号的设备，接收机上安装了两个天线，分别为右旋圆极化(RHCP，Right-Hand Circular Polarization)天线和左旋圆极化(LHCP，Left-Hand Circular Polarization)天线，其中，RHCP天线用于接收直射信号，LHCP天线用于接收反射信号，且RHCP天线与LHCP天线为背向安装。
但目前对于微弱反射信号的接收技术还不是很成熟，现有的基带处理方式如图1所示，接收到的每个卫星的信号都由单独的信号通道进行闭合跟踪，随后进行统一的导航计算，且导航计算与跟踪过程之间没有信息的交互过程，导致接收机在接收微弱反射信号时的跟踪效果差，经常由于信号强度低而出现无法进行反射信号的跟踪的问题。
发明内容
本发明提供一种卫星反射信号的跟踪方法、装置及接收机，用以解决现有技术在接收微弱反射信号时的跟踪效果差，经常由于信号强度低而出现无法进行反射信号的跟踪的问题。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种卫星反射信号的跟踪方法，包括：接收机接收预定卫星发射的直射信号和反射信号；所述接收机根据所述直射信号和所述反射信号确定反馈量；所述接收机根据所述反馈量、所述直射信号、所述反射信号以及本地信号，生成跟踪误差矢量调节矩阵；所述接收机根据所述跟踪误差矢量调节矩阵，调整所述本地信号。
进一步，所述反馈量至少包括：所述预定卫星的位置信息、所述接收机的状态信息、所述直射信号和所述反射信号之间的对应关系。
进一步，所述接收机的状态信息为：所述接收机的位置信息、运行速度以及时钟信息。
进一步，根据所述跟踪误差矢量调节矩阵，调整所述本地信号，包括：根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地伪码相位和速率误差，调整所述本地信号中本地伪码的相位和码速率；根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地载波频率和相位误差，调整所述本地信号中本地载波的相位和频率。
进一步，根据所述跟踪误差矢量调节矩阵，调整所述本地信号之后，还包括：根据修正后的本地信号生成新的跟踪误差矢量调节矩阵。
另一方面，本发明还提供一种卫星反射信号的跟踪装置，包括：接收模块，用于接收预定卫星发射的直射信号和反射信号；反馈模块，用于根据所述直射信号和所述反射信号确定反馈量；矩阵生成模块，用于根据所述反馈量、所述直射信号、所述反射信号以及本地信号，生成跟踪误差矢量调节矩阵；调节模块，用于根据所述跟踪误差矢量调节矩阵，调整所述本地信号。
进一步，所述反馈量至少包括：所述预定卫星的位置信息、所述接收机的状态信息、所述直射信号和所述反射信号之间的对应关系。
进一步，所述接收机的状态信息为：所述接收机的位置信息、运行速度以及时钟信息。
进一步，所述调节模块，具体用于：根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地伪码相位和速率误差，调整所述本地信号中本地伪码的相位和码速率；根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地载波频率和相位误差，调整所述本地信号中本地载波的相位和频率。
另一方面，本发明还提供接收机，包括：上述的卫星反射信号的跟踪装置。
本发明根据接收到的直射信号和反射信号，确定反馈量，将接收到的所有卫星直射信号和反射信号作为一个矢量，并根据反馈量生成跟踪误差矢量调节矩阵，增强反射信号的功率，达到更好的跟踪效果，解决了现有技术在接收微弱反射信号时的跟踪效果差，经常由于信号强度低而出现无法进行反射信号的跟踪的问题。
附图说明
图1是本发明现有技术中的基带处理示意图；
图2是本发明第一实施例中卫星反射信号的跟踪方法流程图；
图3是本发明第二实施例中卫星反射信号的跟踪装置的结构示意图；
图4是本发明第三实施例中接收机基带处理示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术在接收微弱反射信号时的跟踪效果差，经常由于信号强度低而出现无法进行反射信号的跟踪的问题，本发明提供了一种卫星反射信号的跟踪方法、装置及接收机，以下结合附图以及实施例，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，并不限定本发明。
本发明的第一实施例提供了一种卫星反射信号的跟踪方法，其流程图如图1所示，具体包括步骤S201至S204：
S201，接收机接收预定卫星发射的直射信号和反射信号；
S202，接收机根据直射信号和反射信号确定反馈量；
S203，接收机根据反馈量、直射信号、反射信号以及本地信号，生成跟踪误差矢量调节矩阵；
S204，接收机根据跟踪误差矢量调节矩阵，调整本地信号。
接收预定卫星的直射信号和反射信号时，由于该直射信号和反射信号属于同一颗卫星，接收二者的接收机相同，产生的多普勒效应也相近，接收信号的RHCP天线与LHCP天线背向安装，因此，直射信号与反射信号之间存在内在的对应关系，二者携带的预定卫星的位置信息相同。将预定卫星的位置信息、直射信号和反射信号之间的对应关系结合，并结合接收机在接收预定卫星发射的直射信号和反射信号时，接收机自身的状态信息，确定反馈量。应当了解的是，接收机自身的状态信息包括：接收机的位置信息(Position)、运行速度(Velolity)以及时钟信息(Time)，即PVT信息，上述状态信息均为接收机在接收到预定卫星的直射信号和反射信号时的状态信息。由于接收机在工作时，可以同时接收多颗卫星发射的信号，因此，预定卫星也可以为多个。
在进行反射信号跟踪时，接收机会预先生成一个本地信号，并在接收反射信号的过程中，不断对该本地信号进行调节，起到跟踪反射信号的作用。在本实施例中，对本地信号进行调节前，将所有直射信号与反射信号的载波和伪码的跟踪状态作为矢量，综合利用所有信号与本地信号的误差，结合反馈量，生成跟踪误差矢量调节矩阵，该矩阵输出的信息为本地伪码相位、速率误差以及本地载波频率和相位误差。在对本地信号进行调节时，根据跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地伪码相位和速率误差，调整本地信号中本地伪码的相位和码速率，根据跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地载波频率和相位误差，调整本地信号中本地载波的相位和频率，使本地信号的载波频率和相位、伪码的相位和码速率均与接收到的反射信号相同，即完成了对反射信号的追踪过程。对于接收机接收到的同一颗卫星发射的直射信号和反射信号来说，由于二者之间存在对应关系，在跟踪过程中通过直射信号加强了反射信号的功率，达到了更好的跟踪效果。进一步地，接收机接收多颗卫星发射的信号时，由于接收机的PVT信息被各颗卫星共享，各个卫星也会将自身的位置信息发送到接收机，使得接收机接收到的各个卫星信号具有潜在的相关性，在进行跟踪的过程中，使多个卫星的反射信号相叠加，提高了反射信号的信噪比和灵敏度，进一步地实现了更好的跟踪效果。
由于接收机接收信号的过程是连续的，对反射信号进行跟踪的过程也是不断进行的，因此，在对本地信号进行调节修正后，将修正后的本地信号再次与新接收到的直射信和反射信号进行对比、并结合由新接收到的直射信和反射信号确定的新的反馈量，生成新的跟踪误差矢量调节矩阵，最后根据新的跟踪误差矢量调节矩阵的输出结果继续调整之前修正过的本地信号，保证对反射信号的跟踪过程持续进行。
应当了解的是，接收到直射信号和反射信号之后，还包括对信号进行滤波、降噪、解码等处理，在本实施例中不进行详细赘述。
本实施例根据接收到的直射信号和反射信号，确定反馈量，将接收到的所有卫星直射信号和反射信号作为一个矢量，并根据反馈量生成跟踪误差矢量调节矩阵，增强反射信号的功率，达到更好的跟踪效果，解决了现有技术在接收微弱反射信号时的跟踪效果差，经常由于信号强度低而出现无法进行反射信号的跟踪的问题。
本发明的第二实施例提供了一种卫星反射信号的跟踪装置，其结构示意图如图3所示，具体包括：接收模块301、反馈模块302、矩阵生成模块303以及调节模块304。其中，接收模块301用于接收预定卫星发射的直射信号和反射信号；反馈模块302用于根据直射信号和反射信号确定反馈量；矩阵生成模块303用于根据反馈量、直射信号、反射信号以及本地信号，生成跟踪误差矢量调节矩阵；调节模块304用于根据跟踪误差矢量调节矩阵，调整本地信号。
接收预定卫星的直射信号和反射信号时，由于该直射信号和反射信号属于同一颗卫星，接收二者的接收模块相同，产生的多普勒效应也相近，接收信号的RHCP天线与LHCP天线背向安装，因此，直射信号与反射信号之间存在内在的对应关系，二者携带的预定卫星的位置信息相同。反馈模块302将预定卫星的位置信息、直射信号和反射信号之间的对应关系结合，并结合接收机在接收预定卫星发射的直射信号和反射信号时，接收机自身的状态信息，确定反馈量。应当了解的是，接收机自身的状态信息包括：接收机的位置信息、运行速度以及时钟信息，即PVT信息，上述状态信息均为接收模块301在接收到预定卫星的直射信号和反射信号时的状态信息。由于跟踪装置在工作时，可以同时接收多颗卫星发射的信号，因此，预定卫星也可以为多个。
在进行反射信号跟踪时，跟踪装置会预先生成一个本地信号，并在接收反射信号的过程中，通过调节模块304不断对该本地信号进行调节，起到跟踪反射信号的作用。在本实施例中，对本地信号进行调节前，矩阵生成模块303将所有直射信号与反射信号的载波和伪码的跟踪状态作为矢量，综合利用所有信号与本地信号的误差，结合反馈量，生成跟踪误差矢量调节矩阵，该矩阵输出的信息为本地伪码相位、速率误差以及本地载波频率和相位误差。在对本地信号进行调节时，调节模块304根据跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地伪码相位和速率误差，调整本地信号中本地伪码的相位和码速率，根据跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地载波频率和相位误差，调整本地信号中本地载波的相位和频率，使本地信号的载波频率和相位、伪码的相位和码速率均与接收到的反射信号相同，即完成了对反射信号的追踪过程。对于跟踪装置接收到的同一颗卫星发射的直射信号和反射信号来说，由于二者之间存在对应关系，在跟踪过程中通过直射信号加强了反射信号的功率，达到了更好的跟踪效果。进一步地，跟踪装置接收多颗卫星发射的信号时，由于接收机的PVT信息被各颗卫星共享，各个卫星也会将自身的位置信息发送到接收机，使得接收机接收到的各个卫星信号具有潜在的相关性，在进行跟踪的过程中，使多个卫星的反射信号相叠加，提高了反射信号的信噪比和灵敏度，进一步地实现了更好的跟踪效果。
由于跟踪装置接收信号的过程是连续的，对反射信号进行跟踪的过程也是不断进行的，因此，在对本地信号进行调节修正后，将修正后的本地信号再次与新接收到的直射信和反射信号进行对比、并结合反馈模块302由新接收到的直射信和反射信号确定的新的反馈量，由矩阵生成模块303生成新的跟踪误差矢量调节矩阵，最后根据新的跟踪误差矢量调节矩阵的输出结果通过调节模块304继续调整之前修正过的本地信号，保证对反射信号的跟踪过程持续进行。
应当了解的是，接收到直射信号和反射信号之后，还包括对信号进行滤波、降噪、解码等处理，在本实施例中不进行详细赘述。
本实施例根据接收到的直射信号和反射信号，确定反馈量，将接收到的所有卫星直射信号和反射信号作为一个矢量，并根据反馈量生成跟踪误差矢量调节矩阵，增强反射信号的功率，达到更好的跟踪效果，解决了现有技术在接收微弱反射信号时的跟踪效果差，经常由于信号强度低而出现无法进行反射信号的跟踪的问题。
本发明的第三实施例提供了一种接收机，该接收机使用如本发明第二实施例提供的卫星反射信号的跟踪装置，其基带处理示意图如图4所示。接收机在同时接收到多颗卫星的信号后，经过统一的信号通道进行矢量处理，输出所有卫星信号(包括直射信号和反射信号)的码偏移和载波偏移，结合本地信号以及卫星位置、接收机的状态信息等反馈量，输出跟踪误差矢量调节矩阵，并根据跟踪误差矢量调节矩阵的输出信息，调节本地信号的伪码和载波，达到跟踪反射信号的目的。应当了解的是，接收到直射信号和反射信号之后，还包括对信号进行滤波、降噪、解码等处理，在本实施例中不进行详细赘述。
由于接收机接收信号的过程是连续的，对反射信号进行跟踪的过程也是不断进行的，因此，在对本地信号进行调节修正后，将修正后的本地信号再次与新接收到的直射信和反射信号进行对比、并结合由新接收到的直射信和反射信号确定的新的反馈量，生成新的跟踪误差矢量调节矩阵，最后根据新的跟踪误差矢量调节矩阵的输出结果继续调整之前修正过的本地信号，保证对反射信号的跟踪过程持续进行。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种卫星反射信号的跟踪方法，其特征在于，包括：
接收机接收预定卫星发射的直射信号和反射信号；
所述接收机根据所述直射信号和所述反射信号确定反馈量；所述反馈量至少包括：所述预定卫星的位置信息、所述接收机的状态信息、所述直射信号和所述反射信号之间的对应关系；
所述接收机根据所述反馈量、所述直射信号、所述反射信号以及本地信号，生成跟踪误差矢量调节矩阵，包括：将所述直射信号与所述反射信号的载波和伪码的跟踪状态作为矢量，综合利用所述直射信号和所述反射信号、与所述本地信号的误差，结合所述反馈量，生成所述跟踪误差矢量调节矩阵，所述跟踪误差矢量调节矩阵包括本地伪码相位、速率误差、本地载波频率和相位误差；
所述接收机根据所述跟踪误差矢量调节矩阵，调整所述本地信号，包括：根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地伪码相位和速率误差，调整所述本地信号中本地伪码的相位和码速率；
根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地载波频率和相位误差，调整所述本地信号中本地载波的相位和频率。
2.如权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，所述接收机的状态信息为：所述接收机的位置信息、运行速度以及时钟信息。
3.如权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，根据所述跟踪误差矢量调节矩阵，调整所述本地信号之后，还包括：
根据修正后的本地信号生成新的跟踪误差矢量调节矩阵。
4.一种卫星反射信号的跟踪装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收预定卫星发射的直射信号和反射信号；
反馈模块，用于根据所述直射信号和所述反射信号确定反馈量；所述反馈量至少包括：所述预定卫星的位置信息、接收机的状态信息、所述直射信号和所述反射信号之间的对应关系；
矩阵生成模块，用于根据所述反馈量、所述直射信号、所述反射信号以及本地信号，生成跟踪误差矢量调节矩阵；
所述矩阵生成模块，具体用于：将所述直射信号与所述反射信号的载波和伪码的跟踪状态作为矢量，综合利用所述直射信号和所述反射信号、与所述本地信号的误差，结合所述反馈量，生成所述跟踪误差矢量调节矩阵，所述跟踪误差矢量调节矩阵包括本地伪码相位、速率误差、本地载波频率和相位误差；
调节模块，用于根据所述跟踪误差矢量调节矩阵，调整所述本地信号；
所述调节模块，具体用于：
根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地伪码相位和速率误差，调整所述本地信号中本地伪码的相位和码速率；
根据所述跟踪误差矢量调节矩阵输出的本地载波频率和相位误差，调整所述本地信号中本地载波的相位和频率。
5.如权利要求4所述的跟踪装置，其特征在于，所述接收机的状态信息为：所述接收机的位置信息、运行速度以及时钟信息。
6.一种接收机，其特征在于，包括：如权利要求4至5中任一项所述的卫星反射信号的跟踪装置。
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