CN109581436A - 相邻频点导航信号联合接收机和接收方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种相邻频点导航信号联合接收机和接收方法。相邻频点导航信号联合接收方法包括：接收位于相邻频点的第一导航信号和第二导航信号，其中，根据所述第一导航信号和所述第二导航信号构建一个虚拟联合导航信号，计算所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计，虚拟副载波频率估计以及码频率估计。根据本申请的相邻频点导航信号联合接收机和接收方法，相对于两个信号的独立处理能够减小热噪声误差、获得带宽增益和能量增益、明显提高测距精度。

Description

相邻频点导航信号联合接收机和接收方法

技术领域

本申请涉及卫星导航领域，具体涉及相邻频点导航信号联合接收机和接收方法。

背景技术

以GPS、BDS、Galileo和Glonass为代表的全球卫星导航系统(GNSS)是目前唯一一种可以基于统一时空框架在全球范围大空间尺度下为各类用户提供全天候、全天时PNT服务的导航定位技术，已经成为全球性的关键信息基础设施，在军民用领域获得了广泛的应用。目前，上述四大GNSS系统均已开启了各自现代化建设和升级的进程，通过在同一频带内和不同频带上播发多个新体制导航信号向用户提供更高性能的、差别化的导航服务。

通常，同一个导航系统可以在同一频带内播发多个导航信号。这些导航信号的中心频点可能是相同的，譬如GPS L1C/A和L1C等信号。中心频点也可能是不同的，譬如B1I和B1C、L2C和L5等信号，其中心频点是相邻的。如何联合处理这种同频带内的多个信号，获得最大的性能增益，是卫星导航信号处理技术研究的一个重要方向。

两个信号联合接收处理已有诸多成功应用，已有的方法大致可以分三类。第一类联合处理是基于跟踪环路，通过时延或者多普勒频率等参数实现强信号对弱信号的辅助。譬如GPS接收机利用L1和L2P(Y)实现半无码跟踪，L1和L2上都调制有W码和P码，且两者有固定的时间关系。利用Z跟踪在L1上去除P码得到W码信息，从而消除L2上的W码，实现对L2P(Y)的半无码跟踪。

第二类是基于码环、载波环鉴相器的联合处理，例如GPS L5信号的数据和导频支路可以通过相干或非相干的方式联合处理，以提高跟踪精度和稳定性。

第三类是基于自相关函数的联合，譬如GPS接收机基于准相干合并、利用L1C/A消除L1C跟踪模糊度。GPS L1C/A和L1C信号在同一频点上，其中L1C信号采用有分裂谱的BOC调制，其相关峰存在一个主峰和两个边峰，容易将主峰误判。可以采用准相干技术，将L1C/A和L1C信号相干积分值加权相加，消除分裂谱边峰，实现无模糊捕获。综上，上述三种联合处理方式，都可以利用两个信号的能量增益，实现跟踪性能地提升。

但是考虑到相邻频点导航信号，上述方法并没有充分挖掘信号潜能，也没有充分利用分离频谱的特点，从而无法在信号层面上进一步提升测距性能。

发明内容

本申请的目的是提供一种相邻频点导航信号联合接收机和接收方法，相对于两个信号的独立处理，能够减小热噪声误差、获得带宽增益和能量增益、明显提高测距精度。

根据本申请的一个方面，公开了一种相邻频点导航信号联合接收方法，包括：接收位于相邻频点的第一导航信号和第二导航信号，其中，根据第一导航信号和所述第二导航信号构建一个虚拟联合导航信号，计算虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

根据本申请的另一个方面，公开了一种相邻频点导航信号联合接收机，接收位于相邻频点的第一导航信号和第二导航信号，其中，该接收机根据第一导航信号和第二导航信号构建一个虚拟联合导航信号，计算虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

附图说明

图1示出了根据本申请一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收方法的原理示意图。

图2示出了根据本申请的一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收机的示意图。

图3示出了根据本申请的另一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收机的示意图。

图4以相邻频点B1I信号和B1C信号为例，示出了根据本申请的一种实施方式所构建的虚拟联合信号的频谱示意图。

图5示出了根据本申请的另一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收机的示意图。

图6示出了根据本申请的另一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收机的联合处理器的示意图。

图7示出了独立处理B1I信号、独立处理B1C信号和根据本申请的实施方式的相邻频点导航信号联合接收方法进行联合处理的码热噪声对比图。

图8示出了独立处理B1I信号、独立处理B1C信号和和根据本申请的实施方式的相邻频点导航信号联合接收方法进行联合处理的载波热噪声对比图。

图9示出了根据本申请的实施方式的相邻频点导航信号联合接收方法进行联合处理的码和副载波热噪声对比图。

具体实施方式

下面参照附图对本申请公开的相邻频点导航信号联合接收机和接收方法进行详细说明。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1示出了根据本申请一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收方法的原理示意图。如图所示，根据本申请的实施方式的相邻频点导航信号联合接收方法，接收位于相邻频点的第一导航信号S1和第二导航信号S2，其中，根据所述第一导航信号和所述第二导航信号构建一个虚拟联合导航信号S3，计算所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计S4。

位于相邻频点的两个导航信号通常在卫星发射端基于同一参考时钟生成，并经过几乎相同路径传输到接收机，其信号传播延迟和多普勒频率具有强相关性，它们的相位关系也是固定的。两个信号的接收信号可以表示如下式：

式中τ表示信号传播延迟；n(t)表示热噪声；f₁、f₂、θ₁、θ₂、A₁、A₂、D₁、D₂分别表示第一导航信号和第二导航信号的频率、载波初始相位、幅度、和电文/子码(即，电文或者子码)；s₁(t-τ)和s₂(t-τ)分别表示第一导航信号和第二导航信号的基带信号，该基带信号包括伪码，当基带信号采用BOC类调制方式时还可以包括副载波等。

根据本申请，可以将相邻频点的两个信号统一起来，构建一个虚拟联合信号(Virtual Signal)。

参考双边带BOC信号的结构，将虚拟联合信号进一步表示为：

构建的虚拟联合信号，可以看作是由虚拟载波、虚拟副载波和两个伪随机码组成的信号。其中，虚拟联合信号的虚拟载波频率为f_c＝(f₁+f₂)/2，虚拟副载波频率为f_s＝(f₂-f₁)/2，虚拟载波初始相位为θ_c＝(θ₁+θ₂)/2，虚拟副载波初始相位为θ_s＝(θ₂-θ₁)/2。

因为两个信号是基于同一星上时钟，经过几乎相同路径传播到达接收机的，所述第一导航信号和第二导航信号的码相位是相同的。通过构建虚拟联合信号，可以计算虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

这样，就可以根据获得的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计计算虚拟副载波相位估计和码相位估计。根据虚拟副载波相位估计与码相位估计，利用无模糊组合等方式，可以获得导航信号的高精度延迟估计，相比于各导航信号独立接收处理时的码相位估计，能够获得惊人的测距精度增益，从而实现定位精度的极大提升。

由于第一导航信号和第二导航信号的功率、伪随机码、调制方式可能完全不同，因此根据本申请的一种实施方式对构建的虚拟联合信号进行基带波形剥离、电文(或者子码)剥离和功率补偿后进行联合处理。根据本申请的一种实施方式，对第一导航信号和第二导航信号进行基带波形剥离获得第一导航信号相关值和第二导航信号相关值，对第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合处理，得到虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

图2示出了根据本申请的一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收机的示意图。如图所示，相邻频点导航信号联合接收机10包括第一导航信号相关处理器100、第二导航信号相关处理器200、和联合处理器300。

第一导航信号相关处理器100本地复现第一导航信号并将复现的第一导航信号与接收信号进行相关处理，进行第一导航信号基带波形剥离并获得第一导航信号相关值。

第二导航信号相关处理器200本地复现第二导航信号并将复现的第二导航信号与接收信号进行相关处理，进行第二导航信号基带波形剥离并获得第二导航信号相关值。

联合处理器300对所获得的第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合鉴相滤波，获得虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计，返回第一导航信号相关处理器和第二导航信号相关处理器；以及第一导航信号相关处理器和第二导航信号相关处理器分别根据返回的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计本地复现第一导航信号和第二导航信号。

根据一种实施方式，第一导航信号相关值包括第一导航信号I支路对准相关值和超前滞后相关值、以及第一导航信号Q支路对准相关值和超前滞后相关值；第二导航信号相关值包括第二导航信号I支路对准相关值和超前滞后相关值、以及第二导航信号Q支路对准相关值和超前滞后相关值。

如图3所示，根据本申请的一种实施方式，接收机可以进一步包括模式配置单元400。模式配置单元400可以确定联合处理器300的工作模式，指示联合处理器300工作于联合处理模式或者独立处理模式。根据本申请的实施方式的模式配置单元400可以设置在联合处理器300内，也可以设置在联合处理器300外。

模式配置单元400可以根据当前导航信号的跟踪状态确定联合处理器300的工作模式。例如，在初始状态估计误差通常比较大，此时可以先将联合处理器300配置为独立处理模式，随后待独立处理模式进入稳定状态时，再将联合处理器300切换至联合处理模式下。如果在联合估计模式下，因受到窄带干扰而无法跟踪时，那么模式选择单元可以指示联合处理器300切换至独立处理模式下，直到干扰信号消失后再切换回来。通过根据本申请的实施方式的接收机框架，保证了接收机可以在不增加硬件开销的情况下平稳地切换模式，以获得测距性能和抗干扰能力的平衡和折中。

当模式配置单元400指示联合处理器300工作于联合处理模式时，联合处理器300根据第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行联合处理，获得虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。这样，可以获得虚拟副载波相位估计和码相位估计，从而进一步获得更精确的跟踪。

当模式配置单元400指示联合处理器300工作于独立处理模式下时，联合处理器300根据第一导航信号相关值获得第一导航信号的载波频率估计和码频率估计；并根据第二导航信号相关值获得第二导航信号的载波频率估计和码频率估计。这样，可以获得第一导航信号的码相位估计，用以对第一导航信号进行跟踪；可以获得第二导航信号的码相位估计，用以对第二导航信号进行跟踪。

下面，以北斗全球系统中B1频带上播发的位于相邻频点的B1I信号和B1C信号为例，说明根据本申请的相邻频点导航信号接收机和接收方法的具体实施方式。可以理解，根据本申请的相邻频点导航信号接收机和接收方法，不仅可以用于B1I和B1C信号，也可以用于任何位于同一频带相邻频点的两个导航信号，例如GPS系统L2C和L5信号、Galileo系统中的E5和E6-BC信号。

在未来的北斗全球系统中，B1频带将播发两个信号，即，B1I信号和B1C信号。从应用角度看，B1I信号和B1C信号独立设计，B1I为北斗老用户保留，而新的B1C信号通过与GPSL1C和Galileo E1OS信号兼容互操作，以提供更好的测距和定位性能。

B1I信号和B1C信号分离在两个不同但相邻的频点上。其中B1I信号工作频点1561.098MHz，采用BPSK(2)调制方式，周期为1ms。新增加的B1C信号，采用QMBOC(6,1,4/33)调制，由导航数据流和扩频码经过副载波调制获得，工作频点1575.42MHz，周期为10ms。下表中是B1I和B1C信号参数。

B1I/B1C信号参数

虽然B1I和B1C信号位于同一频带的相邻频点，但是由于这两个信号不是联合设计出来的，因此其调制方式、码速率、功率等都不同，传统的联合处理方法不能直接应用。

根据本申请的实施方式，根据第一导航信号B1I和第二导航信号B1C，构建的虚拟联合信号表示为：

由于第一导航信号B1I的中心频率f₁为1561.098MHz，第二导航信号B1C的中心频率f₂为1575.42MHz，故虚拟联合信号的载波频率f_c为1568.259MHz，副载波频率f_s为7.161MHz。

图4示出了根据B1I信号和B1C信号所构建的虚拟联合信号的频谱示意图。可以看出，由于第一导航信号和第二导航信号完全不同，故虚拟联合信号的频谱呈现非对称性。根据本申请的实施方式，将B1I和B1C两个信号构建为一个虚拟联合信号，能够构建虚拟副载波，获得虚拟副载波相位估计，通过虚拟副载波相位估计辅助码相位估计，可以实现对虚拟联合信号的跟踪，从而能够充分利用B1I和B1C频带分离频谱的特点，以利用更大的Gabor带宽和频带内更多的能量，相对于两个信号的独立跟踪可以减小热噪声误差、提高测距精度、获得带宽增益。

图5示出了根据本申请的一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收机的示意图。图6示出了根据本申请的另一种实施方式的相邻频点导航信号联合接收机的示意图。其中，相邻频点导航信号仍以B1I和B1C信号为例。

第一导航信号相关处理器可以包括第一参考载波发生器110、第一参考码发生器120、以及第一相关装置130。

第一导航信号B1I采用了BPSK调制方式，这里的第一导航信号相关处理器可以采用BPSK类相关器架构，即产生I支路对准相关值和一组超前滞后相关值、以及Q支路对准相关值和一组超前滞后相关值。

第一参考载波发生器110根据联合处理器300的反馈，本地复现第一导航信号参考载波信号。例如，第一参考载波发生器110将联合处理器300反馈的虚拟副载波频率估计和虚拟载波频率估计进行组合，得到第一信号频率估计以驱动第一参考载波发生器的载波数控振荡器(载波NCO)，生成I支路和Q支路的本地参考载波信号。

第一参考码发生器，根据联合处理器300的反馈，本地复现第一导航信号参考码信号。例如，第一参考码信号发生器120通过联合处理器300反馈的伪码频率估计驱动第一参考码信号发生器的伪码数控振荡器(码NCO)，生成第一导航信号超前、对准和滞后参考码信号。

第一相关装置，将本地复现的第一导航信号(包括第一导航信号参考载波信号和第一导航信号参考码信号)与所接收的导航信号进行相关，生成I支路对准相关值IP₁和一组超前滞后相关值IE₁、IL₁，以及Q支路对准相关值QP₁和一组超前滞后相关值QE₁、QL₁。

其中A₁表示第一导航信号幅度，D₁表示第一导航信号电文比特，R₁表示第一导航信号伪码自相关函数，Δτ表示码相位估计误差，Δθ_s表示虚拟副载波相位估计误差，Δθ_c表示载波相位估计误差，d₁表示第一导航信号超前与滞后相关器间隔，T表示积分时间。参数α是为了简化上述表达式而引入的，α＝π(Δf_c-Δf_s)T，其中Δf_s表示虚拟副载波频率估计误差，Δf_c表示虚拟载波频率估计误差。

第二导航信号相关处理器200包括第二参考载波发生器210、第二参考码发生器220、以及第二相关装置230。

第二导航信号B1C采用了BOC类调制方式，包含副载波，这里的第二导航信号相关处理器可以采用BOC类相关器架构，即产生I支路对准相关值和两组I支路超前滞后相关值(甚超前、超前、滞后、甚滞后相关值)，以及Q支路对准相关值和两组Q支路超前滞后相关值。

第二参考载波发生器210，根据联合处理器300的反馈，本地复现第二导航信号参考载波信号。例如，第二参考载波发生器221将将联合处理器300反馈的虚拟副载波频率估计和虚拟载波频率估计进行组合，得到第二信号频率估计以驱动第二参考载波发生器的载波数控振荡器NCO，生成I支路和Q支路的参考载波信号。

第二参考码发生器220，根据联合处理器300的反馈，本地复现第二导航信号参考码信号。例如，第二参考码发生器220通过联合处理器300反馈的伪码频率估计驱动伪码数控振荡器(码NCO)，生成第二导航信号甚超前、超前、对准、滞后和甚滞后参考码信号。

第二相关装置223，将本地复现的第二导航信号(包括第二导航信号参考载波信号和第二导航信号参考码信号)与所接收的导航信号进行相关，生成I支路对准相关值IP₂和I支路甚超前、超前、对准、滞后、甚滞后相关值IVE₂、IE₂、IL₂、IVL₂以及Q支路对准相关值QP₂和Q支路甚超前、超前、对准、滞后、甚滞后相关值QVE₂、QE₂、QL₂、QVL₂。

其中A₂表示第二导航信号幅度，D₂表示第二导航信号子码比特，R₂表示第二导航信号伪码自相关函数，Δτ表示码相位估计误差，Δθ_s表示虚拟副载波相位估计误差，Δθ_c表示虚拟载波相位估计误差，d₂表示第二导航信号超前与滞后相关器间隔，T表示积分时间。β是为了简化上述表达式而引入的，β＝π(Δf_c+Δf_s)T，其中Δf_s表示虚拟副载波频率估计误差，Δf_c表示虚拟载波频率估计误差。

第一导航信号相关处理器100和第二导航信号相关处理器200分别将第一导航信号相关值和第二导航信号的相关值送入联合处理单元300。联合处理单元300负责联合鉴相和滤波，滤波后的输出的频率估计用于分别修正两个信号的码NCO和载波NCO，以产生本地复现参考信号。

由于第一导航信号和第二导航信号具有非对称性，因此需要对第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿。以第一导航信号和第二导航信号对准支路的相关值IP₁、QP₁、IP₂、QP₂为例，可以看出，功率补偿需要考虑第一导航信号相关值和第二导航信号相关值幅度A₁和A₂不同，两者自相关函数值R₁(Δτ)和R₂(Δτ)不同，两者参数α和参数β不同。

假设稳定跟踪状态下，码环处于锁定状态，即Δτ≈0，那么R₁(Δτ)≈1、R₂(Δτ)≈1，且此时α≈0、β≈0，那么sinc(α)≈1、sinc(β)≈1。此时，两者对准支路自相关函数值R₁(Δτ)和R₂(Δτ)不同，两者参数α和参数β不同所带来的影响可以忽略，因此，功率补偿仅需要考虑两者幅度A₁和A₂不同的因素。

根据一种实施方式，可以采用第一导航信号和第二导航信号的标称幅度比A₁/A₂作为功率补偿中的调整系数γ。例如，对于B1I和B1C信号，两个导航信号的标称幅度比可以通过调整系数γ调整第一导航信号相关值，实现第一导航信号相关值和第二导航信号相关值之间的功率补偿。可选地，由于两个导航信号噪声环境相似，还可以通过两个导航信号各自实测的实时载噪比作为第一导航信号相关值和第二导航信号相关值幅度比A₁/A₂，实现功率补偿。

由于导航信号中一般调制有电文或者子码，那么其相应的导航信号相关值也会受到调制电文(或者子码)的影响而发生翻转，因此在联合鉴相前需要进行电文(或者子码)剥离，以消除其带来的翻转影响。在本实施方式中，第一导航信号B1I中仅存在数据通道，其中调制有导航电文，因此需要进行电文剥离。当信噪比较高的情况下，可以直接基于B1I通道的数据解调获得电文比特估计实现电文剥离。可选地，可以通过外部辅助系统提供的电文比特信息实现电文剥离。第二导航信号B1C中存在导频通道，其中调制有子码通常子码是已知的，可以直接剥离。

例如，经过功率补偿和电文/子码剥离后的第一导航信号对准相关值和第二导航信号对准相关值可以分别表示为：

联合处理器可以对经过功率补偿和电文/子码剥离后的第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行鉴相滤波，获得所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

根据一种实施方式联合处理器300包括所述联合处理器包括联合计算单元310、鉴相器320和滤波器330。鉴相器320可以包括载波鉴相器、副载波鉴相器、以及码鉴相器。滤波器可以包括载波滤波器、副载波滤波器、以及码滤波器。

联合计算单元310对第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离，并对经过功率补偿和电文/子码剥离后的第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行组合，获得虚拟载波和虚拟副载波解耦后的联合相关值如下：

通过计算联合相关值，可以实现虚拟载波和虚拟副载波之间的解耦，这样，可以通过鉴相器320(例如载波鉴相器和副载波鉴相器)，进行虚拟载波鉴相和虚拟副载波鉴相。例如，可以采用纯PLL四象限正弦鉴相器进行虚拟载波鉴相和虚拟副载波鉴相。

可以通过滤波器，例如载波滤波器和副载波滤波器，对虚拟载波鉴相和虚拟副载波鉴相结果进行滤波，以获得虚拟载波频率估计和虚拟副载波频率估计。

如前所述，获得的相关值包括第一导航信号和第二导航信号的对准相关值和超前滞后相关值，因此，可以通过鉴相器(例如码鉴相器)，获得码相位误差Δτ，从而滤波后得到码频率估计。

根据本申请的一种实施方式，鉴相器320可以根据第一导航信号相关值进行第一码鉴相，根据第二导航信号相关值进行第二码鉴相，并对第一码鉴相结果和第二码鉴相结果进行联合，滤波器330对所述联合后的码鉴相结果进行滤波，获得虚拟联合导航信号的码频率估计。

此外，由于第一导航信号和第二导航信号具有非对称性，第一导航信号相关值和第二导航信号相关值的自相关函数R₁和R₂主峰斜率k₁和k₂可能不同，超前与滞后相关器的间隔d₁和d₂也可能不同，因此，联合前，根据第一导航信号和第二导航信号的码自相关函数主峰斜率和超前滞后相关间隔计算第一码自相关比例系数和第二码自相关比例系数，并根据所述第一码自相关比例系数和第二码自相关比例系数对第一码鉴相结果和第二码鉴相结果进行调整。

根据一种实施方式，码鉴相器可以采用相干鉴相器，例如，相干点积鉴相器。相干鉴相结果可以表示如下：

其中d₁代表第一导航信号超前与滞后相关间隔,k₁代表第二导航信号自相关函数主峰斜率，其中d₂代表第二导航信号超前与滞后相关间隔,k₂代表第二导航信号自相关函数主峰斜率。

可以理解，由于根据本实施方式的码鉴相器中分子分母均包含相关值，分子与分母中相关值的功率补偿和电文/子码剥离可以抵消，因此码鉴相器中既可以采用经过功率补偿和电文/子码剥离后的相关值，也可以直接采用第一导航信号相关值和第二导航信号相关值。

可选地，码鉴相器也可以采用非相干鉴相器，例如，早迟功率差非相干鉴相器。非相干鉴相结果可以表示如下：

由于鉴相器320的输出是高噪声的，因此可以通过滤波器330滤波，获得虚拟载波频率估计虚拟副载波频率估计伪码频率估计

上述估计结果可以返回第一导航信号相关处理器和第二导航信号相关处理器，用以本地复现第一导航信号和第二导航信号。

此外，根据虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计、伪码频率估计，还可以获得副载波相位估计和码相位估计，利用无模糊组合等方式通过副载波相位估计辅助码相位估计，能够获得更精确的导航信号延迟估计。

如图6所示，根据本实施方式的接收机还可以进一步包括模式配置单元400，其用以确定联合处理器300的工作模式，指示联合处理器300工作于联合处理模式或者独立处理模式。

当模式配置单元400指示联合处理器300工作于联合处理模式时，联合处理器300根据第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行联合处理，获得虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计，虚拟副载波频率估计以及码频率估计。这样，可以获得虚拟副载波相位估计和码相位估计，从而进一步获得更精确的跟踪。

当模式配置单元400指示联合处理器300工作于独立处理模式下时，联合处理器300根据第一导航信号相关值获得第一导航信号的载波频率估计和码频率估计；并根据第二导航信号相关值获得第二导航信号的载波频率估计和码频率估计。这样，可以获得第一导航信号的码相位估计，用以对第一导航信号进行跟踪；可以获得第二导航信号的码相位估计，用以对第二导航信号进行跟踪。此外，由于第二导航信号B1C采用BOC类调制，第二导航相关处理器可以输入十路相关值，包括I支路甚超前、超前、对准、滞后、甚滞后相关值和Q支路甚超前、超前、对准、滞后、甚滞后相关值，这样在独立处理模式下，可以采用Bump-jump方法实现对第二导航信号的码环路假锁的检测和修正。

下面结合一个具体应用场景来对根据本申请的接收机和接收方法进行热噪声性能分析。在该应用场景中，通过信号模拟源设置两组同一位置的卫星，每一个卫星均播发B1I和B1C信号；软件接收机通过两个通道分别跟踪两颗卫星信号，输出观测量用于下一步性能评估分析。其中，设定积分时间T为10ms，其中B1I信号超前滞后相关间隔d₁取1码片，B1C的超前滞后相关间隔d₂取1/2码片。

图7示出了独立处理B1I信号、独立处理B1C信号和联合处理的码热噪声对比图。其中联合处理的码热噪声性能优于两信号分别独立处理的。这表明联合处理方法可以同时获得两个信号的能量增益。

图8示出了独立处理B1I信号、独立处理B1C信号和联合处理两者的载波热噪声对比图。其中联合处理的载波热噪声性能优于两信号分别独立处理的。这同样表明联合处理方法可以同时获得两个信号的能量增益。

图9示出了通过本申请的联合处理方法的码和副载波热噪声对比图。其中伪码测距精度为分米级，而副载波测距精度达到厘米级。这表明，通过构建虚拟联合导航信号，能够构建虚拟副载波，通过虚拟副载波估计辅助码估计，可以获得惊人的Gabor带宽增益，测距精度可以从分米级提升至厘米级。

理论分析表明，将原本独立频点的两个信号，构建为一个虚拟联合信号处理，可以充分利用两个信号的所有能量，更重要的是可以利用Gabor带宽，从而提高测距精度，减小热噪声误差。值得注意的是，Gabor增益远比能量增益要大，可以大幅减小热噪声误差，测距精度可以获得极大提升。

根据本申请的实施方式可以硬件、软件或其组合的形式来实现。此外，本申请的一个方面提供了包括用于实现根据本申请的实施方式的相邻频点导航信号联合接收方法的可执行指令的计算机程序。此类计算机程序可使用例如光学或磁性可读介质、芯片、ROM、PROM或其它易失性或非易失性设备的任何形式的存储器来存储。根据本申请的一种实施例，提供了存储此类计算机程序的机器可读存储器。

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 (19)

1.一种相邻频点导航信号联合接收方法，包括：接收位于相邻频点的第一导航信号和第二导航信号，其中，根据所述第一导航信号和所述第二导航信号构建一个虚拟联合导航信号，计算所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

2.如权利要求1所述的接收方法，其中，对所述第一导航信号和所述第二导航信号进行基带波形剥离获得第一导航信号相关值和第二导航信号相关值，对所述第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合处理，得到所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

3.如权利要求2所述的接收方法，还包括：

本地复现第一导航信号并将复现的第一导航信号与接收信号进行相关处理，进行第一导航信号基带波形剥离并获得第一导航信号相关值；

本地复现第二导航信号并将复现的第二导航信号与接收信号进行相关处理，进行第二导航信号基带波形剥离并获得第二导航信号相关值；以及

对所获得的第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合鉴相滤波，获得所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计，并返回所获得的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计用以本地复现第一导航信号和第二导航信号。

4.如权利要求3所述的接收方法，所述第一导航信号相关值包括第一导航信号I支路对准相关值和超前滞后相关值、以及第一导航信号Q支路对准相关值和超前滞后相关值；所述第二导航信号相关值包括第二导航信号I支路对准相关值和超前滞后相关值、以及第二导航信号Q支路对准相关值和超前滞后相关值。

5.如权利要求4所述的接收方法，其中，对第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离，并对经过功率补偿和电文/子码剥离后的第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行组合，获得虚拟载波和虚拟副载波解耦后的联合相关值，对所述联合相关值进行虚拟载波和虚拟副载波鉴相并滤波，以获得虚拟载波频率估计和虚拟副载波频率估计。

6.如权利要求5所述的接收方法，其中，根据第一导航信号相关值进行第一码鉴相，根据第二导航信号相关值进行第二码鉴相，并对第一码鉴相结果和第二码鉴相结果进行联合并滤波，获得虚拟联合导航信号的码频率估计。

7.如权利要求6所述的接收方法，其中，根据第一导航信号和第二导航信号的码自相关函数主峰斜率和超前滞后相关间隔计算第一码自相关比例系数和第二码自相关比例系数，并根据所述第一码自相关比例系数和第二码自相关比例系数对第一码鉴相结果和第二码鉴相结果进行调整后联合。

8.如权利要求1所述的接收方法，其中，所述第一导航信号和第二导航信号分别是北斗全球系统中B1频带上播发的位于相邻频点的B1I信号和B1C信号。

9.如前述权利要求中任一项所述的接收方法，其中，所述接收方法包括：确定工作模式，

当确定工作于联合处理模式时，将所述第一导航信号相关值与第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合处理，获得虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计；

当确定工作于独立处理模式时，根据所述第一导航信号相关值获得第一导航信号载波频率估计和码频率估计，根据所述第二导航信号相关值获得第二导航信号载波频率估计和码频率估计。

10.一种相邻频点导航信号联合接收机，接收位于相邻频点的第一导航信号和第二导航信号，其中，所述接收机根据所述第一导航信号和所述第二导航信号构建一个虚拟联合导航信号，计算所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

11.如权利要求10所述的接收机，其中，所述接收机对所述第一导航信号和所述第二导航信号进行基带波形剥离获得第一导航信号相关值和第二导航信号相关值，对所述第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合处理，得到所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计。

12.如权利要求11所述的接收机，包括：

第一导航信号相关处理器，本地复现第一导航信号并将复现的第一导航信号与接收信号进行相关处理，进行第一导航信号基带波形剥离并获得第一导航信号相关值；

第二导航信号相关处理器，本地复现第二导航信号并将复现的第二导航信号与接收信号进行相关处理，进行第二导航信号基带波形剥离并获得第二导航信号相关值；以及

联合处理器，对所获得的第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合鉴相滤波，获得所述虚拟联合导航信号的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计，返回所述第一导航信号相关处理器和第二导航信号相关处理器；以及

所述第一导航信号相关处理器和第二导航信号相关处理器分别根据返回的虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计本地复现第一导航信号和第二导航信号。

13.如权利要求12所述的接收机，所述第一导航信号相关值包括第一导航信号I支路对准相关值和超前滞后相关值、以及第一导航信号Q支路对准相关值和超前滞后相关值；所述第二导航信号相关值包括第二导航信号I支路对准相关值和超前滞后相关值、以及第二导航信号Q支路对准相关值和超前滞后相关值。

14.如权利要求13所述的接收机，所述联合处理器包括联合计算单元、鉴相器和滤波器。

15.如权利要求14所述的接收机，其中，所述联合计算单元对第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离，并对经过功率补偿和电文/子码剥离后的第一导航信号相关值和第二导航信号相关值进行组合，获得虚拟载波和虚拟副载波解耦后的联合相关值，所述鉴相器对所述联合相关值进行虚拟载波和虚拟副载波鉴相，所述滤波器对所述鉴相结果进行滤波，以获得虚拟载波频率估计和虚拟副载波频率估计。

16.如权利要求15所述的接收机，其中，所述鉴相器根据第一导航信号相关值进行第一码鉴相，根据第二导航信号相关值进行第二码鉴相，并对第一码鉴相结果和第二码鉴相结果进行联合，所述滤波器对联合后的码鉴相结果进行滤波，以获得虚拟联合导航信号的码频率估计。

17.如权利要求16所述的接收机，其中，所述联合计算单元根据第一导航信号和第二导航信号的码自相关函数主峰斜率和超前滞后相关间隔计算第一码自相关比例系数和第二码自相关比例系数，并根据所述第一码自相关比例系数和第二码自相关比例系数对第一码鉴相结果和第二码鉴相结果进行调整后联合。

18.如权利要求10所述的接收机，其中，所述第一导航信号和第二导航信号分别是北斗全球系统中B1频带上播发的位于相邻频点的B1I信号和B1C信号。

19.如前述权利要求10-18中任一项所述的接收机，其中，所述联合处理器进一步包括：模式配置单元，确定联合处理器的工作模式，

当模式配置单元确定联合处理器工作于联合处理模式时，所述联合处理器将所述第一导航信号相关值与第二导航信号相关值进行功率补偿和电文/子码剥离后联合处理，获得虚拟载波频率估计、虚拟副载波频率估计以及码频率估计；

当模式配置单元确定联合处理器工作于独立处理模式时，所述联合处理器根据所述第一导航信号相关值获得第一导航信号载波频率估计和码频率估计，根据所述第二导航信号相关值获得第二导航信号载波频率估计和码频率估计。