CN111190198B - Gbas测试设备的卫星接收机及其伪距生成方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种GBAS测试设备的卫星接收机及其伪距生成方法与系统，该方法包括根据当前载波参数估计值,对卫星空间信号提取载波上的传输信号，得到解调的卫星数字信号；根据卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理；根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点；根据所述相关数据点更新载波参数估计值，以及更新本地测距码的延迟估计值,以根据更新的本地测距码的延迟估计值生成卫星的伪距观测量。本发明能提高GBAS测试设备的卫星接收机进行伪距测量的精度。

Description

GBAS测试设备的卫星接收机及其伪距生成方法与系统

技术领域

本发明涉及民航空管领域，尤其涉及一种GBAS测试设备的卫星接收机及其伪距生成方法与系统。

背景技术

空中交通管理系统从现有陆基导航系统向星基导航系统过渡已成为未来发展的趋势。卫星导航系统可以提供全球、全天候、连续实时的导航，具备成为支撑民用航空主用导航系统的能力。国际民航组织提出了地基增强系统(Ground Based AugmentationSystem，GBAS)的概念。GBAS是一种正在发展的卫星导航着陆系统，其在通过差分定位提高卫星导航精度的基础上，增加了一系列完好性监测算法，提高系统完好性、可用性和连续性指标，使机场覆盖空域范围内配备相应机载设备的航空器获得精密进近、着陆引导服务。为保证飞行安全，民用航空对精密进近和着陆在精度、完好性、连续性等方面对卫星导航系统提出了更高要求。为此，需要使用GBAS测试设备对GBAS系统性能进行测试。

GBAS测试设备由卫星接收机、甚高频数据广播接收机和数据处理子系统组成。卫星接收机接收可见范围内各颗导航卫星信号，生成对应的伪距测量；甚高频数据广播接收机接收GBAS地面站广播的各颗卫星伪距差分修正值、卫星导航系统和地面站自身的完好性信息、最后进近路径数据信息；数据处理子系统处理每颗可见卫星的伪距，并提取每颗可见卫星的修正值、完好性信息和地面站相关数据，输出经过校正的进近路径和完好性告警信息，评估GBAS系统的性能。

GBAS系统中，卫星根据星载时钟发出特定结构的测距码，GBAS测试设备的卫星接收机根据本地时钟产生本地测距码副本，并对两组测距码进行相关处理，复制码与测距码之间的延迟即为卫星信号从卫星传播到地面卫星接收机所用的时间，从而实现对可见卫星的伪距测量。伪距测量误差中与卫星接收机有关的误差，如天线相位中心位置误差、卫星接收机晶振漂移引起的误差等。前者可以通过现场校准消除；后者会引起延长搜索时间，导致中心频率两边有用信号成分滤除，造成基带码跟踪环路失锁，无法正常跟踪伪码信号。对测距码跟踪来说，采样时钟抖动引入的频偏占主要部分。

由于测距码频偏远小于载波频偏，所以大部分的捕获方法均忽略了其影响。但是，当卫星接收机动态增大或总的积累时间变长时，测距码频偏导致的损耗也随之增大，进而导致捕获性能明显降低或产生错误捕获结果等。例如公告号为CN103926603A的中国发明专利，公开了“GNSS接收机极弱信号的跟踪方法”，其将I/Q支路混频结果与复制码的超前、当前和滞后进行相关运算，其中超前与滞后相关器之间的间距是固定的。此种方式存在缺陷，因为卫星测距码在传播过程中受各种干扰而变形，并且测距码与复制码在生成过程中带有误差，相关结果不一定是理想情况。公告号为CN103543456A的中国发明专利，公开了“一种基于分段相关结合FFT运算的大频偏GNSS信号捕获方法”，其通过将接收信号分段后分别与本地复制码做相关运算。该方法通过FFT的运算代价，换取每次检测时更大的频率搜索范围，得到捕获速度的改善，但存在额外的分段相干积累损耗。

目前测距码频偏产生的处理损耗无法通过常用的减小码相位搜索间隔的方式降低。实现伪码频偏补偿目前最直接的方法是在载波频率搜索过程中，对测距码频率也进行搜索。但很多并行捕获算法都要求采样率与测距码频率具有严格的关系，例如通常取采样率为码片的整数倍。在载波频率搜索的同时改变接收本地扩频码的频率来实现伪码频偏补偿会导致信号捕获的复杂度显著增加，甚至无法实现。如果采用增加测距码跟踪环噪声带宽的方法，会造成测距码跟踪精度下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种GBAS测试设备的卫星接收机及其伪距生成方法以及系统，以实现提高GBAS测试设备的卫星接收机进行伪距测量的精度。

一方面，本发明提供一种GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成方法，包括：根据当前载波参数估计值,对卫星空间信号提取载波上的传输信号，得到解调的卫星数字信号；根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理；根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点；根据所述相关数据点更新载波参数估计值，以及更新本地测距码的延迟估计值,以根据更新的本地测距码的延迟估计值生成卫星的伪距观测量。

进一步地，根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理的步骤，包括：根据所述解调的卫星数字信号计算采样数据长度，根据所述采样数据长度计算变换系数，所述变换系数的长度与采样数据长度相等；根据所述本地测距码的采样频率的频偏、本地测距码的当前延迟估计值中的分数部分以及采样数据长度，计算插值因子，进而根据插值因子生成插值延迟系数；所述分数部分表示当前延迟估计值中没有达到测距码发生器的一个采样周期的部分；所述测距码发生器用于生成所述本地测距码；根据所述插值延迟系数以及变换系数，计算插值处理后的卫星数字信号的采样数据；根据所述插值因子对所述插值处理后的卫星数字信号的采样数据进行数据抽取。

进一步地，根据所述采样数据长度计算变换系数的步骤包括：根据所述采样数据长度，从预设的变换矩阵中选择子矩阵；变换矩阵为(k+1)行、(k+1)列构成,其中k表示离散Pascal变换使用的基函数的阶数；根据所述子矩阵以及所述解调的卫星数字信号,计算变换系数。

进一步地，在根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理的步骤之前，包括：确定用于所述测距码发生器的采样频率；根据所述测距码发生器的采样频率与所述解调的卫星数字信号的采样频率的差值，确定所述本地测距码的采样频率的频偏。

进一步地，在根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点的步骤，之前包括：根据本地测距码的当前延迟估计值中的整数部分生成延迟的本地测距码；所述整数部分用于表示当前延迟估计值中按测距码发生器的采样率整数倍延迟的部分。

另一方面，本发明还提供一种GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统包括：解调单元，用于根据当前载波参数估计值,对卫星数字信号提取载波上的传输信号，得到解调的卫星数字信号；插值滤波器，用于根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理；相关累积处理单元，用于根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点；载波鉴别器，用于存储载波参数估计值，并根据所述相关数据点更新载波参数估计值；码鉴别器，用于存储本地测距码的延迟估计值，并根据所述相关数据点更新本地测距码的延迟估计值，以使得根据更新的本地测距码的延迟估计值生成卫星的伪距观测量。

进一步地，所述插值滤波器包括：计数模块，用于根据所述解调的卫星数字信号计算采样数据长度；变换系数计算模块，用于根据所述采样数据长度计算变换系数，所述变换系数的长度与采样数据长度相等；延迟系数发生模块，用于根据所述本地测距码的采样频率的频偏、本地测距码的当前延迟估计值中的分数部分以及采样数据长度，计算插值因子，并根据插值因子生成插值延迟系数；所述分数部分表示当前延迟估计值中没有达到测距码发生器的一个采样周期的部分；所述测距码发生器用于生成所述本地测距码；插值模块,用于根据所述插值延迟系数以及变换系数，计算插值处理后的卫星数字信号的采样数据；抽取模块，用于根据所述插值因子对所述插值处理后的卫星数字信号的采样数据进行数据抽取。

进一步地，所述插值滤波器还包括：变换矩阵存储模块,用于存储预设的变换矩阵；变换矩阵为(k+1)行、(k+1)列构成，其中k表示离散Pascal变换使用的基函数的阶数；所述变换矩阵存储模块,用于存储预设的变换矩阵；变换矩阵为(k+1)行、(k+1)列构成，其中k表示离散Pascal变换使用的基函数的阶数；所述变换系数计算模块，具体用于根据所述采样数据长度，从预设的变换矩阵中选择子矩阵；并根据所述子矩阵以及所述解调的卫星数字信号,计算变换系数。

进一步地，所述的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统，还包括:所述测距码发生器，与所述码鉴别器以及相关累积处理单元分别连接，用于根据本地测距码的当前延迟估计值中的整数部分生成延迟的本地测距码；所述整数部分用于表示当前延迟估计值中按测距码发生器的采样率整数倍延迟的部分；频偏估计单元，与所述测距码发生器、插值滤波器以及解调单元分别连接，用于确定所述测距码发生器的采样频率；并根据所述测距码发生器的采样频率与所述解调的卫星数字信号的采样频率的差值，确定所述本地测距码的采样频率的频偏。

再一方面，本发明还提供一种GBAS测试设备的卫星接收机，包括射频处理装置以及上述的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统，所述射频处理装置与所述伪距生成系统通信连接。

本发明GBAS测试设备的卫星接收机及其伪距生成方法以及系统采用直接对卫星数字信号进行插值估计，有效避免常规采样率变换中需要插值器、低通滤波器、抽取器相结合的方法，避免相对偏移小，造成采样率变换无法实现，导致伪距测量误差的缺陷；同时根据测距码的当前延迟估计值，通过插值，生成更精确的数据采样点，用于相关累积处理，提高相关检测的能力，提高GBAS测试设备的卫星接收机的伪距测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为根据本发明示例性第一实施例的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成方法的流程图；

图2a-图2e为根据本发明示例性测距码自相关与互相关特性示意图；

图3为本发明示例性不同采样率(f0对应每个码片一个采样点)下测距码频偏对归一化幅值相应影响示意图；

图4为根据本发明示例性第二实施例的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统的结构框图；

图5为根据本发明示例性第三实施例的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统中插值滤波器的结构框图；

图6为根据本发明示例性第四实施例的GBAS测试设备的卫星接收机的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

如图1所示，本发明示例性第一实施例的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成方法的流程图，包括：

步骤101：根据当前载波参数估计值，对卫星空间信号提取载波上的传输信号，得到解调的卫星数字信号；

步骤102：根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理；

步骤103：根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点；

步骤104：根据所述相关数据点更新载波参数估计值，以及更新本地测距码的延迟估计值,以根据更新的本地测距码的延迟估计值生成卫星的伪距观测量。

本实施例采用直接对卫星数字信号进行插值估计，有效避免常规采样率变换中需要插值器、低通滤波器、抽取器相结合的方法，避免相对偏移小，造成采样率变换无法实现，导致伪距测量误差的缺陷；同时根据测距码的当前延迟估计值，通过插值，生成更精确的数据采样点，用于相关累积处理，提高相关检测的能力，提高GBAS测试设备的卫星接收机的伪距测量精度。

为了更好的理解本发明各实施例，以下结合图2a-图2e以及图3对测距码自相关与互相关特性、不同采样率(f0对应每个码片一个采样点)下测距码频偏对归一化幅值相应影响的特性进行解释说明。GPS、BDS等卫星导航系统通常将系统内的卫星配置在相同载波频率发射，每颗卫星分配不同的伪随机扩频码，实现相同频率上多颗卫星信号复用。例如，BDSB1、B2信号由I、Q两个支路的“测距码+导航电文”正交调制在载波上构成；B1I信号标称载波频率为1561.098MHz，B2I信号的标称载波频率为1207.140MHz；BDS B1I和B2I信号测距码由两个线性序列模二加产生平衡Gold码后截短1码片生成，长度为2046。测距码的速率比导航数据的速率高很多，如B1I和B2I信号测距码的码速率为2.046Mcps；D1导航电文数量为50bps，并调制由速率为1kbps的二次编码，D2导航电文速率为500bps。GBAS测试设备的卫星接收机用于处理来自可见范围内的卫星信号，测量卫星接收机距每颗可见卫星的伪距。根据测距码的特性，当到达卫星接收机信号与卫星接收机本地测距码副本对准，相关计算结果最大。例如，图2a描述了BDS PRN＝3卫星的B1I测距码，图2b描述了BDS PRN＝3卫星的B1I测距码的自相关特性，图2c描述了BDS PRN＝4卫星的B1I测距码，图2d描述了BDS PRN＝4卫星的B1I测距码的自相关特性，图2e描述了BDS PRN＝3卫星的B1I测距码与BDS PRN＝4卫星的B1I测距码的互相关特性。根据图2e可知，如果GBAS测试设备配置为接收BDS卫星系统，当到达GBAS测试设备的卫星接收机的BDS卫星信号的测距码与卫星接收机本地产生的测距副本完全对准时，可根据相关数据点最大值偏移值估计本地测距码延迟，从而根据测距码延迟估计计算出基准接收机到所观测卫星的伪距。

GBAS测试设备的卫星接收机使用射频处理部分和基带信号处理两部分，通过信号捕获和信号跟踪两个过程，实现到达卫星接收机的卫星信号与卫星接收机本地产生的测距码副本对准。信号捕获过程是对卫星接收机可见的卫星信号生成码延迟和载波初步估计，辨识初始的码延迟和载波相位。信号跟踪过程是在码延迟和载波相位初步估计后，跟踪码延迟和载波相位需要的偏移量。为了达到较高的测距码跟踪精度，测距码跟踪环需要设计较小环路噪声带宽，如0.1Hz，甚至0.01Hz，这使得测距码跟踪环能够锁定的初始频偏范围非常小，采样时钟抖动引入的频偏占主要部分。图3描述了不同采样率下，测距码频偏对相关处理所得的相关值的影响：随着采样率的增加，频偏的影响越显著；频偏导致测距码自相关特性展宽、幅值相应减小，不利于测距码延迟鉴别，影响测距码跟踪。本系统包括根据频偏估计，利用解调后的数字信号进行测距码频偏补偿，缓解测距码频偏对卫星接收机测距码捕获和伪距测量精度的影响。

如图4所示，本发明示例性第二实施例的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统的结构框图，伪距生成系统对应于GBAS测试设备的卫星接收机中的基带处理部分，为了方便理解，图4还示出了射频处理部分。该GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统包括：

解调单元，用于根据当前载波参数估计值,对卫星空间信号提取载波上的传输信号，得到解调的卫星数字信号；

插值滤波器，用于根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理；

相关累积处理单元，用于根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点；

载波鉴别器，用于存储载波参数估计值，并根据所述相关数据点更新载波参数估计值；

码鉴别器，用于存储本地测距码的延迟估计值，并根据所述相关数据点更新本地测距码的延迟估计值，以使得根据更新的本地测距码的延迟估计值生成卫星的伪距观测量。

具体地，所述测距码发生器，与所述码鉴别器以及相关累积处理单元分别连接，用于根据本地测距码的当前延迟估计值中的整数部分生成延迟的本地测距码；所述整数部分用于表示当前延迟估计值中按测距码发生器的采样率整数倍延迟的部分。

优选地，GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统还包括频偏估计单元，与所述测距码发生器、插值滤波器以及解调单元分别连接，用于确定所述测距码发生器的采样频率；并根据所述测距码发生器的采样频率与所述解调的卫星数字信号的采样频率的差值，确定所述本地测距码的采样频率的频偏。

结合卫星接收机射频处理部分，说明本实施例GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统的工作过程及原理：卫星接收机射频处理部分将接收到的卫星射频信号通过下变频转换为中频信号，再利用A/D变换对中频信号进行数字化采样，生成基带数字信号(卫星数字信号)。卫星接收机基带处理部分对基带数字信号使用解调单元、插值滤波器、频偏估计单元、测距码发生器、相关累积处理单元、码鉴别器、载波鉴别器进行处理。其中，解调单元对接收到的数字信号首先根据载波鉴别器生成的载波估计，包括当前载波相位估计、载波频率估计进行处理，消除多普勒偏移的影响，并提取载波上调制的信号；插值滤波器利用频偏估计单元估计的频偏等对载波上提取的传输信号进行采样插值，补偿频偏等影响。测距码发生器使用本地测距码延迟估计生成本地测距码延迟的副本。频偏估计单元对测距码发生器采样率的频偏进行估计。相关累积处理单元对插值后的数字信号、本地测距码副本进行相关处理，生成相关数据点，具体可以使用本地生成的测距码副本的超前、滞后和当前量与频偏补偿后的卫星数字化信号进行相关累积处理。码鉴别器使用相关数据点跟踪和更新测距码延迟估计；载波鉴别器使用相关数据点跟踪和更新载波相位估计、载波频率估计。最终卫星接收机根据到达卫星接收机的卫星空间信号与接收机本地产生的测距码副本之间延迟的估计，计算出卫星接收机到所观测卫星的伪距。

在测距码跟踪时，码鉴别器产生的测距码延迟估计与测距码发生器的采样率通常不为整数倍关系，即包括整数部分以及分数部分。其中整数部分表示估计的延迟量按测距码发生器的采样率整数倍延迟；分数部分表示估计的延迟量没有达到测距码发生器的一个采样周期，无法由测距码发生器产生。同时由于受机场露天工作环境影响，卫星接收机晶振容易受环境影响，测距码发生器采样频率容易抖动。因此，在相关累积处理之前，根据当前本地测距码副本频偏估计和测距码延迟估计，使用插值滤波器对解调后的卫星信号进行插值，补偿由于测距码发生器采样频率抖动造成的影响，并且考虑测距码延迟估计中非采样率整数倍的影响，即插值滤波器在解调后的卫星信号采样点之间生成新的采样数据点，用于相关累积计算，实现测距码相关估计更精确的刻画，更精确获得测距码延迟估计，保证伪距测量质量。

具体地，根据码鉴别器估计的测距码延迟，测距码发生器使用测距码延迟估计的整数部分产生本地测距码副本的延迟量；测距码延迟估计的分数部分输入到插值滤波器，作为对卫星信号采样点插值的依据之一。测距码发生器根据测距码延迟估计的整数部分，使用晶振控制的采样率产生延迟的本地测距码副本。由于卫星接收机工作在室外，受湿度和温度变化影响较明显，增加了输出频率的不稳定性。频偏估计器对本地测距码的频率进行估计，与卫星接收机解调后的数字信号的采样频率相比较，估计出本地测距码采样频率的频偏，将估计的频偏输入到插值滤波器，作为对卫星信号采样点插值的依据之一。插值滤波器根据输入的本地测距码频偏估计、测距码延迟估计的分数部分，对解调后的数字信号进行插值处理，首先利用测距码发生器频偏估计和本地测距码延迟估计的分数部分计算插值因子；然后根据计算的插值因子对数字信号进行插值，实现采样率变换，补偿由于卫星接收机晶振引起的采样抖动影响，同时补偿了测距码发生器不能按测距码延迟估计的分数部分生成测距码延迟，影响相关累积检测的影响；最后输出本地测距码频偏补偿后的信号，用于后续相关累积处理。例如，如果测距码延迟估计为3.2，则测距码延迟估计的整数部分为3、分数部分为0.2,；测距码发生器按延迟2个采样周期、延迟3个采样周期、延迟4个采样周期分别生成本地测距码的超前、当前和滞后副本；频偏估计根据当前产生的3个本地测距码副本、卫星接收机解调处理后数字信号进行采样频率估计的结果，获得频偏估计，假设估计的频偏为0.11；插值滤波器根据测距码延迟估计的分数部分0.2和本地测距码频偏估计0.11，对解调后的数字信号进行插值处理，然后抽取对应初始偏移为0.33倍采样周期的数据点，最后将所提取的采样数据作为后续处理的输入。

本实施例通过为了缓解测距码频偏对GBAS测试设备的卫星接收机子系统本地测距码延迟估计的影响，保证伪距测量性能，采用直接对下变频数字化中频信号解调后的基带数字信号进行插值估计，有效避免常规采样率变换中需要插值器、低通滤波器、抽取器相结合的方法，避免相对偏移小，造成采样率变换无法实现，导致伪距测量误差的缺陷；同时考虑了测距码延迟估计中，与采样周期呈分数倍关系的分量，通过插值，生成更精确的数据采样点，用于相关累积处理，提高相关检测的能力。插值滤波器采用基于离散Pascal变换的插值结构，可在高速数据处理中根据频偏估计实时调整延迟参数，由此基于低复杂度、可实时调整延迟参数的滤波器插值方法，实现本地测距码频偏影响的补偿，提高相关累积检测性能，提高GBAS测试设备的卫星接收机进行伪距测量的精度。

如图5所示，本发明示例性第三实施例的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统中插值滤波器的结构框图，插值滤波器包括：变换矩阵存储单元、延迟系数发生器、计数模块、插值模块和抽取模块。

具体地，变换矩阵存储单元为(k+1)行、(k+1)列构成，k表示基准接收机配置的离散Pascal变换使用的基函数的阶数。可根据需要处理的卫星导航系统类型和硬件存储的大小，预先存储可供查询的最大阶数对应的矩阵元素；处理时再根据输入采样数据长度，选择适用的阶数。由于变换矩阵是下三角矩阵，可以应用三元顺序表、十字链表等方式进行压缩存储。插值滤波器根据接收到采样数据点，通过计数确定数据点长度，可从变化矩阵选择相应的子矩阵，用于计算变换系数。

本实施例伪距生成系统中插值滤波器的工作原理以过程具体如下：变换矩阵存储单元确定用于计算变换系数的子矩阵后，使用子矩阵和输入采样数据计算出变换系数，所得变换系数的长度与输入采样数据点长度相等。同时，根据输入的本地测距码频偏估计、本地测距码延迟估计的分数部分和输入采样数据长度，延迟系数发生器首先计算出插值因子；然后根据插值因子生成插值延迟系数，该系数可以实时控制滤波器的延迟，而无需改变滤波器结构，并可以实现任意延迟值。这避免了使用多相有限冲击响应滤波器、Farrow结构有限冲击响应滤波器只能使用预先存储的延迟量进行插值的缺点。插值器根据输入的变换系数和插值延迟系数，计算出插值后的采样数据。抽取处理是根据延迟系数发生器提供的插值因子、插值处理提供的插值后采样数据，进行数据抽取，输出考虑了本地测距码频偏影响、本地测距码延迟估计的分数部分影响的数字信号，用于后续相关累积处理。

如图6所示，本发明示例性第四实施例的GBAS测试设备的卫星接收机结构框图，图1-图5的解释说明可以应用于本实施例。射频前端包括LNA(低噪声放大器)、带通滤波、下变频和A/D变换，主要将卫星信号放大、滤波整形后，从高频转换到中频，并通过模拟数字变换分别输出I、Q两路中频数字信号。FPGA用于实现卫星信号的捕获和跟踪。为完成卫星信号捕获和跟踪，在FPGA中实现了解调、频偏补偿、相关、捕获、跟踪、频率相位调整、测距码发生器、载波数控振荡器和测距码数控振荡器模块，使用FPGA中集成的RISC处理器对各模块进行控制。解调单元通过频率相位调整模块提供的频率和相位估计将中频数字信号与本地载波相混频得到基带信号。频偏估计(补偿)单元实现测距码频偏补偿系统中提出的方法，对基带信号的补偿；然后与测距码发生器生成的本地测距码副本进行相关处理，完成解扩，生成相关数据点；最后捕获、跟踪处理根据相关数据点进行载波鉴别、码鉴别，生成载波估计和码延迟估计，从而利用码延迟估计进行伪距测量。RISC处理器完成各模块之间的信息交互和状态控制，以及相应的初始参数配置和时钟。

具体地，射频处理部分配置为接收卫星导航系统特定星座内卫星发射的空间信号。例如，射频处理部分配置为接收BDS卫星导航系统，则天线接收标称载波频率为1561.098MHz的BDS卫星B1I信号经放大和滤波后，利用下变频器将捕获的空间信号转换为中频信号；A/D变换再按配置的采样率进行采样，将模拟信号转换为数字信号。基带处理部分对数字化卫星信号进行解调、插值处理后，进行相关累积处理所生成的相关数据点用于测距码延迟估计、载波估计，并根据测距码延迟估计生成伪距观测量。

本实施例具有上述GBAS测试设备的卫星接收机及其伪距生成系统相应的技术效果，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成方法，其特征在于，包括：

根据当前载波参数估计值,对卫星空间信号提取载波上的传输信号，得到解调的卫星数字信号；

根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理；

根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点；

根据所述相关数据点更新载波参数估计值，以及更新本地测距码的延迟估计值,以根据更新的本地测距码的延迟估计值生成卫星的伪距观测量；

根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理的步骤，包括：

根据所述解调的卫星数字信号计算采样数据长度，根据所述采样数据长度计算变换系数，所述变换系数的长度与采样数据长度相等；

根据所述本地测距码的采样频率的频偏、本地测距码的当前延迟估计值中的分数部分以及采样数据长度，计算插值因子，进而根据插值因子生成插值延迟系数；所述分数部分表示当前延迟估计值中没有达到测距码发生器的一个采样周期的部分；所述测距码发生器用于生成所述本地测距码；

根据所述插值延迟系数以及变换系数，计算插值处理后的卫星数字信号的采样数据；

根据所述插值因子对所述插值处理后的卫星数字信号的采样数据进行数据抽取；

根据所述采样数据长度计算变换系数的步骤包括：

根据所述采样数据长度，从预设的变换矩阵中选择子矩阵；变换矩阵为(k+1)行、(k+1)列构成,其中k表示离散Pascal变换使用的基函数的阶数；

根据所述子矩阵以及所述解调的卫星数字信号,计算变换系数。

2.根据权利要求1所述的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成方法，其特征在于，在根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理的步骤之前，包括：

确定用于所述测距码发生器的采样频率；

根据所述测距码发生器的采样频率与所述解调的卫星数字信号的采样频率的差值，确定所述本地测距码的采样频率的频偏。

3.根据权利要求1所述的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成方法，其特征在于，在根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点的步骤，之前包括：

根据本地测距码的当前延迟估计值中的整数部分生成延迟的本地测距码；所述整数部分用于表示当前延迟估计值中按测距码发生器的采样率整数倍延迟的部分。

4.一种GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统，其特征在于，包括：

解调单元，用于根据当前载波参数估计值,对卫星空间信号提取载波上的传输信号，得到解调的卫星数字信号；

插值滤波器，用于根据GBAS测试设备的卫星接收机本地生成的本地测距码的当前延迟估计值以及所述本地测距码的采样频率的频偏，对所述解调的卫星数字信号进行插值滤波处理；

相关累积处理单元，用于根据预设的相关累积处理方法，对插值滤波处理后的卫星数字信号以及本地测距码进行相关处理生成相关数据点；

载波鉴别器，用于存储载波参数估计值，并根据所述相关数据点更新载波参数估计值；

码鉴别器，用于存储本地测距码的延迟估计值，并根据所述相关数据点更新本地测距码的延迟估计值，以使得根据更新的本地测距码的延迟估计值生成卫星的伪距观测量；

所述插值滤波器包括：

计数模块，用于根据所述解调的卫星数字信号计算采样数据长度；

变换系数计算模块，用于根据所述采样数据长度计算变换系数，所述变换系数的长度与采样数据长度相等；

延迟系数发生模块，用于根据所述本地测距码的采样频率的频偏、本地测距码的当前延迟估计值中的分数部分以及采样数据长度，计算插值因子，并根据插值因子生成插值延迟系数；所述分数部分表示当前延迟估计值中没有达到测距码发生器的一个采样周期的部分；所述测距码发生器用于生成所述本地测距码；

插值模块,用于根据所述插值延迟系数以及变换系数，计算插值处理后的卫星数字信号的采样数据；

抽取模块，用于根据所述插值因子对所述插值处理后的卫星数字信号的采样数据进行数据抽取；

所述插值滤波器还包括：

变换矩阵存储模块,用于存储预设的变换矩阵；变换矩阵为(k+1)行、(k+1)列构成,其中k表示离散Pascal变换使用的基函数的阶数；

所述变换系数计算模块，具体用于根据所述采样数据长度，从预设的变换矩阵中选择子矩阵；并根据所述子矩阵以及所述解调的卫星数字信号,计算变换系数；

所述的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统还包括:

所述测距码发生器，与所述码鉴别器以及相关累积处理单元分别连接，用于根据本地测距码的当前延迟估计值中的整数部分生成延迟的本地测距码；所述整数部分用于表示当前延迟估计值中按测距码发生器的采样率整数倍延迟的部分；

频偏估计单元，与所述测距码发生器、插值滤波器以及解调单元分别连接，用于确定所述测距码发生器的采样频率；并根据所述测距码发生器的采样频率与所述解调的卫星数字信号的采样频率的差值，确定所述本地测距码的采样频率的频偏。

5.一种GBAS测试设备的卫星接收机，其特征在于，包括射频处理装置以及如权利要求4所述的GBAS测试设备的卫星接收机的伪距生成系统,所述射频处理装置与所述伪距生成系统通信连接。

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