CN110208832A - 一种多路复用导航信号伪码提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多路复用导航信号伪码提取方法。该方法利用现有导航接收机实现复用信号各分量伪码实时提取。基于导航接收机技术的多路复用导航信号伪码提取方法首先采用接收机实现已知民码信号载波同步和伪码同步，然后利用多路复用信号I/Q正交性和频谱分离特性实现导航信号伪码提取。该方法与基于BPSK、QPSK、BPSK‑LIKE等解调方法相比能够避免接收机失锁对伪码提取的影响，具有巨大的优势和可行性。另外由于不需要另外设计信号同步电路，能够大大节省开发时间。

Description

一种多路复用导航信号伪码提取方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，特别是卫星导航信号质量监测分析技术领域，尤其涉及一种导航信号伪码提取方法。
背景技术
现代化导航信号几乎全部采用多路复用技术体制，国内外针对GNSS信号质量评估问题的研究主要集中于二进制相移键控BPSK调制及简单的二进制偏移载波BOC调制，并未考虑时、频、调制域等无法正交分离的复用调制，也未从接收角度考虑信号质量评估首先面临的分离问题。研究新型多路复用GNSS信号的最佳分离和质量评估方法，定量分析可以反映单路基带信号畸变情况的时域、频域、调制域特征，不仅可有效量化GNSS信息传播中的误差，而且对提升各型GNSS终端的时空信息服务质量都具有重要意义。
多路复用导航信号伪码提取技术是现代化多路复用GNSS信号监测与分析的基础，国内目前对高信噪比导航信号的伪码提取主要采用BPSK、QPSK、BPSK-LIKE等解调方法实现，该方法跟踪环容易失锁，在信噪比较低时容易失锁，从而导致解码错误。另外，开发BPSK、QPSK、BPSK-LIKE接收机也需耗费大量时间和精力。
本发明提出了一种多路复用导航信号伪码提取方法，该方法利用现有导航接收机实现复用信号各分量伪码实时提取，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种多路复用导航信号伪码提取方法，避免传统接收机失锁对伪码提取的影响。
本发明采用的技术方案为：
一种多路复用导航信号伪码提取方法，该方法首先采用接收机实现已知民码信号载波同步和伪码同步，然后利用多路复用信号I/Q正交性和频谱分离特性实现导航信号伪码提取，具体包括以下步骤：
(101)采用接收机将多路复用导航信号中的已知民码信号进行载波同步和伪码同步，分离出I路基带导航信号和Q路基带导航信号，并分别写入到各自通道的FIFO中；
(102)根据多路复用导航信号各分量的频谱分布特性分别对I路基带导航信号和Q路基带导航信号进行滤波，得到各分量的基带导航信号；
(103)如果待解码的基带导航信号是BOC信号，则执行步骤(104)；否则对待解码的基带导航信号进行抽样率变换，执行步骤(105)；
(104)根据BOC信号特性将BOC信号的副载波消除，恢复成BPSK信号，然后进行抽样率变换；
(105)根据待解码的基带导航信号的伪码速率对单位码片时间内抽样率变换后的信号分别进行累加，累加后的信号取符号位即为提取的信号分量伪码。
其中，步骤(1)具体为：
已知民码信号通过跟踪环路后分为同相和正交两路信号，同相和正交两路信号分别与载波环产生的本地载波混频相乘，将两路混频结果分别与码环产生的超前、即时和滞后三路本地伪码做相关运算，相关运算的结果经积分清除器后得到六路相干积分值IE、IP、IL、QE、QP和QL，将IP和QP作为载波环鉴别器的输入，其他项作为码环鉴别器的输入，得到两个鉴别器的结果，并对两个鉴别器的结果进行滤波，用滤波后的结果作为载波环和码环的输入来调节本地载波和伪码的相位和频率，分离出I路基带导航信号和Q路基带导航信号，并分别写入到各自通道的FIFO中。
本发明与背景相比的优点为：
1.本发明利用已有卫星导航接收机捕获和跟踪电路，利用多路复用信号的I/Q分离和频谱分离特性实现多路复用导航信号各信号分量的分离，不需要另外设计信号同步电路，能够大大节省开发时间。
2.本发明使用卫星导航接收机捕获和跟踪电路实现信号载波同步和码同步，同步精度高，抗干扰能力强，能够避免传统接收机失锁对伪码提取的影响，在信噪比较低时效果明显。
附图说明
图1是本发明多路复用导航信号伪码提取示意图。
图2是本发明信号同步完成后I支路和Q支路信号频谱分布图。
图3是本发明信号滤波后各信号分量频谱示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明做进一步描述。
通常情况下，导航接收机跟踪环路如图1所示。输入中频信号进入跟踪环路后分为同相(I支路)和正交(Q支路)两路信号，两路信号分别与载波环产生的本地载波混频相乘，随后将两路混频结果分别与码环产生的超前(E)、即时(P)、滞后(L)三路本地伪码做相关运算。相关运算的结果经积分清除器后得到六路相干积分值IE、IP、IL、QE、QP和QL，将IP和QP作为载波环鉴别器的输入，其他项作为码环鉴别器的输入，从而得到两个鉴别器的结果，并对两者进行滤波，用滤波后的结果作为载波环和码环的输入来调节本地载波和伪码的相位和频率，从而使本地载波、伪码分别和接收载波、伪码的相位和频率保持一致，以确保下一时刻接收卫星信号中的载波和伪码仍被剥离。在环路运行时，载波环和码环分别依据所产生本地载波和伪码的状态输出各种测量值。同时，在实现稳定跟踪的基础上，载波环鉴别器还可以解调出卫星的导航电文。载波环和码环组成了接收机的跟踪环路，载波环实现信号的解调，而码环实现信号的解扩，二者精确配合组成完整的卫星信号跟踪环路。
在接收机完成上述跟踪后，即时I支路即为跟踪的民码信号支路，即时Q支路即为与I支路正交的支路，因此，接收机完成跟踪也即实现I/Q路信号的同步和I/Q分离，如图2所示。将分离后的I支路信号和Q支路信号，送往FIFO进行保存，当FIFO保存超过1ms数据后根据信号频谱分布对这段数据进行滤波，得到每个信号分量的信号，如图3的①②③④所示。如果解码对象是BOC信号，则需要将根据BOC信号特性将BOC信号与对应副载波消除，然后BOC信号就可以恢复成对应的BPSK信号，如图3的⑤⑥所示。
由于接收机的数字化处理一般采用非等量抽样方式，即数字化处理的抽样率与码速率不是整数倍关系，因此需要对分离后的基带导航信号的抽样率进行变换，将采样率变换为码速率的整数倍。
最后，根据伪码信号的伪码速率对单位码片时间内的信号进行分别累加，累加后的信号取符号位即为提取的目标信号分量伪码。
具体实现步骤如下：
(101)采用接收机将多路复用导航信号中的已知民码信号进行载波同步和伪码同步，分离出I路基带导航信号和Q路基带导航信号，并分别写入到各自通道的FIFO中；
(102)根据多路复用导航信号各分量的频谱分布特性分别对I路基带导航信号和Q路基带导航信号进行滤波，得到各分量的基带导航信号；
(103)如果待解码的基带导航信号是BOC信号，则执行步骤(104)；否则对待解码的基带导航信号进行抽样率变换，执行步骤(105)；
(104)根据BOC信号特性将BOC信号的副载波消除，恢复成BPSK信号，然后进行抽样率变换；
(105)根据待解码的基带导航信号的伪码速率对单位码片时间内抽样率变换后的信号分别进行累加，累加后的信号取符号位即为提取的目标信号分量伪码。
完成多路复用导航信号伪码提取。
综上所述，基于导航接收机技术的多路复用导航信号伪码提取方法利用已有接收机技术和多路复用信号的I/Q分离和频谱分离特性，实现导航信号伪码提取，与基于BPSK、QPSK、BPSK-LIKE等解调方法相比能够避免接收机失锁对伪码提取的影响，具有巨大的优势和可行性。
本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种多路复用导航信号伪码提取方法，该方法首先采用接收机实现已知民码信号载波同步和伪码同步，然后利用多路复用信号I/Q正交性和频谱分离特性实现导航信号伪码提取，其特征在于包括以下步骤：
(101)采用接收机将多路复用导航信号中的已知民码信号进行载波同步和伪码同步，分离出I路基带导航信号和Q路基带导航信号，并分别写入到各自通道的FIFO中；
(102)根据多路复用导航信号各分量的频谱分布特性分别对I路基带导航信号和Q路基带导航信号进行滤波，得到各分量的基带导航信号；
(103)如果待解码的基带导航信号是BOC信号，则执行步骤(104)；否则对待解码的基带导航信号进行抽样率变换，执行步骤(105)；
(104)根据BOC信号特性将BOC信号的副载波消除，恢复成BPSK信号，然后进行抽样率变换；
(105)根据待解码的基带导航信号的伪码速率对单位码片时间内抽样率变换后的信号分别进行累加，累加后的信号取符号位即为提取的信号分量伪码。
2.根据权利要求1所述的一种多路复用导航信号伪码提取方法，其特征在于，步骤(1)具体为：
已知民码信号通过跟踪环路后分为同相和正交两路信号，同相和正交两路信号分别与载波环产生的本地载波混频相乘，将两路混频结果分别与码环产生的超前、即时和滞后三路本地伪码做相关运算，相关运算的结果经积分清除器后得到六路相干积分值IE、IP、IL、QE、QP和QL，将IP和QP作为载波环鉴别器的输入，其他项作为码环鉴别器的输入，得到两个鉴别器的结果，并对两个鉴别器的结果进行滤波，用滤波后的结果作为载波环和码环的输入来调节本地载波和伪码的相位和频率，分离出I路基带导航信号和Q路基带导航信号，并分别写入到各自通道的FIFO中。
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