CN110673173B - 一种高灵敏度导航接收机tow解析方法 - Google Patents

一种高灵敏度导航接收机tow解析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高灵敏度导航接收机TOW解析方法，该方法利用导航电文TOW的特点，对多个连续子帧TOW相应位置的比特交错累加，提高了每个比特的信噪比，降低了解调误码率，可应用于高灵敏度导航接收机TOW解调。该方法的应用，解决了低信噪比环境下，导航信号解调误码率过高导致TOW无法正常解调的问题。方法简单易实现，具有良好的嵌入型，只需要在传统的导航接收机帧同步后加上该累加模块即可实现低信噪比下TOW的可靠解调。

Description

一种高灵敏度导航接收机TOW解析方法
技术领域
本发明涉及导航接收机技术领域，特别涉及一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法。
背景技术
相对于低轨卫星，中高轨卫星主要使用导航卫星旁瓣信号或者来自地球另一面的泄露信号，因此，接收信号功率非常弱，星载导航接收机接收到的信噪比低至0dB(对应导航信号的载噪比为17dBHz)以下。导航接收机信号处理过程中，需要正确解调周内时(TOW)才能进行时间同步，对于地面或低轨卫星导航接收机，接收信噪比较高，可直接进行周内时TOW解调，但在低信噪比下，直接解调周内时TOW的误码率较高，难以用于时间同步。因此，需要采取其他手段降低周内时TOW的解调误码率。
对现有技术进行分析，查阅了万方数据库、国防科技信息资源服务系统，国家科技图书文献中心等相关系统，在目前所能查到的相关文献资料中，关于高灵敏度导航接收机，研究较多的是捕获和跟踪的性能，而且多数偏重于理论仿真，而对于低信噪比下周内时TOW的解调方法，未有详细的介绍，比如：《GNSS for LEO,GEO,HEO and beyond.InProceedings of the Advances in the Astronautical Sciences》(作者：Braasch等)；《Feasibility study of GNSS as navigation system to reach the Moon》(作者：Vincenzo Capuano等)；《Standalone GPS L1 C/A Receiver for Lunar Missions》(作者：Vincenzo Capuano等)；《Design of a very high sensitivity acquisition system fora space GNSS receiver》(作者：L.Musumeci等)；《Kalman filter-based architecturefor robust and high-sensitivity tracking in GNSS receivers》(作者：Peral-Rosado等)。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，该方法通过利用导航信号周内时TOW的自身特点，将周内时TOW划分成高比特和低比特两部分，找出低比特部分全零的位置作为计算周内时TOW值的参考点，降低了实现的复杂性；采用比特交错累加的方法，提高了周内时TOW的解调信噪比，降低了周内时TOW的错误概率。
本发明的上述目的通过以下方案实现：一种高灵敏度导航接收机TOW解析方法，包括如下步骤：
1)将周内时TOW分成高比特部分和低比特部分，设周内时TOW低比特部分为b(N-1)至b0，周内时TOW的高比特部分为bN至b16，其中，b0为最低位，bN为最高位；
2)存储K+1帧数据，记为Fk，k＝0,1,2，......，K；从第F0帧开始，寻找周内时TOW的低比特部分全‘0’的位置，该位置对应的帧数据帧序号记为L；
3)对周内时TOW高比特部分进行解调；
4)根据低比特部分和高比特部分的解调结果计算当前周内时TOW2。
所述步骤2)的具体过程为：
21)令第k帧的第n个比特表示为bkn，搜索第0比特第1个值为0的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_b0，若sum_b0小于0，则k＝0为b0第一个值为0的位置，否则，k＝1为b0第一个值为0的位置，将bit0第一个值为0的位置帧序号记为k0；
22)搜索第1比特第1个0的位置，以k0为起始点，计算得到第1bit第1个‘0’的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_b1：若sum_b1小于0，则k0为b1第一个值为0的位置，否则，k0+2为第一个值为0的位置，将b1第一个值为0的位置帧序号记为k1；
23)搜索第2比特第1个值为0的位置，以k1为起始点，第2bit第1个‘0’的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_b2；若sum_b2小于0，则k1为b2第一个值为0的位置，否则，k1+4为第一个值为0的位置，将b2第一个值为0的位置帧序号记为k2；
24)按照上述方法，搜索第3，4，……，N-1比特第1个值为‘0’的位置，第n比特第1个‘0’的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_bn；搜索出低比特部分b0到b(N-1)值全0的位置，该位置对应的帧数据帧序号记为L。
所述步骤21)中，搜索第0比特第1个值为0的位置，并进行叠加操作时，当k为偶数时取正，k为奇数时取负，结果记为：
sum_b0＝b00-b10+b20-b30+b40-b50+......。
所述
sum_b1＝b(k0)1+b(k0+1)1-b(k0+2)1-b(k0+3)1+b(k0+4)1+b(k0+5)1+......。
所述
sum_b2＝b(k1)2+b(k1+1)2+b(k1+2)2+b(k1+3)2-b(k1+4)2-b(k1+5)2-b(k1+6)2-b(k1+7)2+b(k1+8)1......。
所述
sum_bn＝b(k1)n+b(k1+1)n+……+b(k1+2^n-1)n-b(k1+2^n)n-……，n＝3,4，……，N-1。
所述步骤3)的具体过程为：
31)从高比特部分的最低位bN开始，从位置L开始累积，2^N<K-L<2^(N+1)，累积长度选为2^N,累积值记为S0,位置0开始到位置L-1之间的数据累积值记为S1，2^N+1到K的累积值记为S2，则累加和sum(N)＝S0-S1-S2.若sum(N)>0,则sum(N)＝1；否则，sum(N)＝0；
32)解调出第N比特后，从第N+1比特开始继续解调，解调bn(n＝N+1,N+2,......,16)中的某一位时，将该位之前已经解调出的值进行‘或’操作，即sum_or＝sum(N)or sum(N+1)or......；若sum_or为0，当前比特位解调时，位置0开始到位置L-1之间的累积结果需要取反；否则，位置0开始到位置L-1之间的累积结果不需要取反。
所述步骤4)的过程为：
41)低比特部分为全零的位置周内时TOW1值：
42)根据TOW1计算得到当前周内时TOW2＝TOW1-L。
所述TOW1＝sum(N)*2^N+sum(N+1)*2^(N+1)+......+sum(16)*2^(16)。
步骤31)中的N的选择范围为1至16的整数。
本发明与现有技术相比带来的有益效果为：
(1)性能优越：利用导航信号周内时TOW的自身特点，将周内时TOW划分成高比特和低比特两部分，找出低比特部分全零的位置作为计算周内时TOW值的参考点，降低了实现的复杂性；采用比特交错累加的方法，提高了周内时TOW的解调信噪比，降低了周内时TOW的错误概率；
(2)适应性好：该方法适用于目前已知的所有导航星座的周内时TOW解调，以及与当前导航信号周内时TOW特点相同的新的导航星座；
(3)实现简单：本专利提出的方法简单易实现，具有良好的嵌入型，只需要在传统的导航接收机帧同步后加上该累加模块即可实现地信噪比下周内时TOW的可靠解调。
附图说明
图1a为周内时TOW高低比特部分划分示意图；
图1b为比特交错累加过程示意图；
图2为本发明的高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图2所示的方法流程图，本发明的基于频谱检测的扩频接收机多址干扰抑制方法，具体实现步骤如下：
1)将周内时TOW分成高比特部分和低比特部分，各部分的长度与总累积长度有关，假定低比特部分为b(N-1)至b0，高比特部分为bN至b16，其中，b0为最低位，bN为最高位，如图1a所示；
2)存储K+1帧数据，记为Fk，k＝0,1,2，......，K，从第F0帧开始，找低比特部分全‘0’位置，为了方便描述，第k帧的第n个比特可表示为bkn：
(21)搜索第0比特第1个值为0的位置,当k为偶数时取正，k为奇数时取负，进行叠加操作，结果记为：sum_b0＝b00-b10+b20-b30+b40-b50+......,若sum_b0小于0，则k＝0为b0第一个值为0的位置，否则，k＝1为b0第一个值为0的位置，将bit0第一个值为0的位置帧序号记为k0，k0为0或1；
(22)、搜索第1比特第1个0的位置，以k0为起始点，与第0比特不同，第1比特每连续两帧改变一下符号，因此，在累加的时候，相同符号直接累加，不同符号取反后累加，结果记为：
sum_b1＝b(k0)1+b(k0+1)1-b(k0+2)1-b(k0+3)1+b(k0+4)1+b(k0+5)1+......,若sum_b1小于0，则k0为b1第一个值为0的位置，否则，k0+2为第一个值为0的位置，将b1第一个值为0的位置帧序号记为k1，k1为k0或k0+2；
(23)搜索第2比特第1个值为0的位置，以k1为起始点，第2比特每连续4帧改变一次符号，累加方式与b1相似，相同符号直接累加，不同符号取反后累加，如图1b所示，结果记为：
sum_b2＝b(k1)2+b(k1+1)2+b(k1+2)2+b(k1+3)2-b(k1+4)2-b(k1+5)2-b(k1+6)2-b(k1+7)2+b(k1+8)1......，若sum_b2小于0，则k1为b2第一个值为0的位置，否则，k1+4为第一个值为0的位置，将b2第一个值为0的位置帧序号记为k2，k2为k1或k1+4；
(24)以此类推，可以搜索出低比特部分b0到b(N-1)值全0的位置，记为L；
(25)以上过程中，从b1开始，累加的起始位置有可能不是存储的第0帧，那么从第0帧开始到起始位置之前的数据就没有被利用，为了提高存储数据的利用效率，减小信噪比损失，可将该部分数据累加起来，该部分数据取反后累加至总的累加和。
3)周内时TOW高比特部分解调步骤：
(31)从高比特部分的最低位bN开始，从位置L开始累积，2^N<K-L<2^(N+1)，累积长度可选为2^N,累积值记为S0,位置0开始到位置L-1之间的数据累积值记为S1，2^N+1到K的的累积值记为S2，则sum(N)＝S0-S1-S2.若sum(N)>0,则sum(N)＝1；否则，sum(N)＝0。
(32)解调bn，(n＝N+1,N+2,......,16)中的某一位时，将该位之前已经解调出的值进行‘或’操作：记为sum_or＝sum(N)or sum(N+1)or......。若sum_or为0，当前比特位解调时，位置0开始到位置L-1之间的累积结果需要取反；否则，位置0开始到位置L-1之间的累积结果不需要取反。
(33)根据周内时TOW高比特部分的解调结果为H。
4)根据低比特部分和高比特部分的解调结果进行当前周内时TOW2的计算：
低比特部分为全零的位置周内时TOW1值为：
TOW1＝sum(N)*2^N+sum(N+1)*2^(N+1)+......+sum(16)*2^(16)
当前周内时TOW2的值为：
TOW2＝TOW1-L。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将周内时TOW分成高比特部分和低比特部分，设周内时TOW低比特部分为b(N-1)至b0，周内时TOW的高比特部分为bN至b16，其中，b0为周内时TOW低比特部分的最低位，bN为周内时TOW的高比特部分的最低位；
2)存储K+1帧数据，记为Fk，k＝0,1,2，......，K；从第F0帧开始，寻找周内时TOW的低比特部分全‘0’的位置，该位置对应的帧数据帧序号记为L；
3)对周内时TOW高比特部分进行解调；
所述步骤3)的具体过程为：
31)从高比特部分的最低位bN开始，从位置L开始累积，2^N<K-L<2^(N+1)，累积长度选为2^N,累积值记为S0,位置0开始到位置L-1之间的数据累积值记为S1，2^N+1到K的累积值记为S2，则累加和sum(N)＝S0-S1-S2, 若sum(N)>0,则sum(N)＝1；否则，sum(N)＝0；
32)解调出第N比特后，从第N+1比特开始继续解调，解调bn(n＝N+1,N+2,......,16)中的某一位时，将该位之前已经解调出的值进行‘或’操作，即sum_or＝sum(N)or sum(N+1)or......；若sum_or为0，当前比特位解调时，位置0开始到位置L-1之间的累积结果需要取反；否则，位置0开始到位置L-1之间的累积结果不需要取反；
4)根据低比特部分和高比特部分的解调结果计算当前周内时TOW2。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：所述步骤2)的具体过程为：
21)令第k帧的第n个比特表示为bkn，搜索第0比特第1个值为0的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_b0，若sum_b0小于0，则k＝0为b0第一个值为0的位置，否则，k＝1为b0第一个值为0的位置，将bit0第一个值为0的位置帧序号记为k0；
22)搜索第1比特第1个0的位置，以k0为起始点，计算得到第1bit第1个‘0’的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_b1：若sum_b1小于0，则k0为b1第一个值为0的位置，否则，k0+2为第一个值为0的位置，将b1第一个值为0的位置帧序号记为k1；
23)搜索第2比特第1个值为0的位置，以k1为起始点，第2bit第1个‘0’的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_b2；若sum_b2小于0，则k1为b2第一个值为0的位置，否则，k1+4为第一个值为0的位置，将b2第一个值为0的位置帧序号记为k2；
24)按照上述方法，搜索第3，4，……，N-1比特第1个值为‘0’的位置，第n比特第1个‘0’的位置，并进行叠加操作，得到叠加后的结果记为sum_bn；搜索出低比特部分b0到b(N-1)值全0的位置，该位置对应的帧数据帧序号记为L。
3.根据权利要求2所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：所述步骤21)中，搜索第0比特第1个值为0的位置，并进行叠加操作时，当k为偶数时取正，k为奇数时取负，结果记为：sum_b0＝b00-b10+b20-b30+b40-b50+......。
4.根据权利要求2所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：所述
sum_b1＝b(k0)1+b(k0+1)1-b(k0+2)1-b(k0+3)1+b(k0+4)1+b(k0+5)1+......。
5.根据权利要求2所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：所述
sum_b2＝b(k1)2+b(k1+1)2+b(k1+2)2+b(k1+3)2-b(k1+4)2-b(k1+5)2-b(k1+6)2-b(k1+7)2+b(k1+8)1......。
6.根据权利要求2所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：所述
sum_bn＝b(k1)n+b(k1+1)n+……+b(k1+2^n-1)n-b(k1+2^n)n-……，n＝3,4，……，N-1。
7.根据权利要求2所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：所述步骤4)的过程为：
41)低比特部分为全零的位置周内时TOW1值：
42)根据TOW1计算得到当前周内时TOW2＝TOW1-L。
8.根据权利要求7所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：所述TOW1＝sum(N)*2^N+sum(N+1)*2^(N+1)+......+sum(16)*2^(16)。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种高灵敏度导航接收机周内时TOW解析方法，其特征在于：步骤31)中的N的选择范围为1至16的整数。
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