CN111308519A

CN111308519A - 导航卫星捕获方法、装置、设备及介质

Info

Publication number: CN111308519A
Application number: CN202010205411.XA
Authority: CN
Inventors: 陶长来
Original assignee: Hunan Goke Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Hunan Goke Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2040-03-20
Also published as: CN111308519B

Abstract

本申请公开了一种导航卫星捕获方法、装置、设备及介质，包括：通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，得到延展后测距码；利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值；基于所述相关峰值进行导航卫星的捕获操作。本申请中，接收机通过异或NH码的方式来对本地的测距码进行延展，如此一来，在利用上述延展后得到的测距码进行相关处理以确定相关峰值的过程中，可以避免传统相关处理过程中由于NH码跳变而引起的符号跳变问题，因此可以使得相干积分时间变得更长，有利于得到更大的相关峰值，从而极大提升了弱信号下北斗卫星的捕获能力。

Description

导航卫星捕获方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请涉及导航技术领域，特别涉及一种导航卫星捕获方法、装置、设备及介质。

背景技术

在北斗卫星的捕获过程中，需要卫星信号接收机将通过去中频和AD变换后得到零中频卫星数字信号与本地产生的测距码进行相关处理，通过对北斗卫星进行测距码扫描、多普勒扫频和本地测距码或卫星数字信号移相来实现对北斗卫星的捕获。

与GPS-卫星信号不同的是，北斗卫星信号中还异或了20比特的NH码(NH，即Neumann-Hoffman)，NH码固定为00000100110101001110，NH码的码率为1比特/毫秒。北斗卫星信号通过异或NH码，可以提高抗窄带干扰能力和降低卫星间信号的互相关特性，但是，卫星信号接收机在相干积分处理过程中由于NH码跳变而会出现卫星信号符号跳变，由此会导致后面非相干积分的峰值大小受到影响。接收机通常做法是，在卫星跟踪过程中，比特同步后可以确定接收到的北斗卫星NH码准确位置，从而能够准确移除NH码，但在卫星捕获阶段，由于不知道NH码准确位置，导致无法移除NH码，因此北斗卫星传统捕获方法中，NH码会影响北斗卫星捕获相关处理峰值大小。在弱信号下，因为NH码存在，极大降低了北斗卫星的捕获能力。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种导航卫星捕获方法、装置、设备及介质，能够大幅提升弱信号下北斗卫星的捕获能力。其具体方案如下：

第一方面，本申请公开了一种导航卫星捕获方法，应用于卫星信号接收机，包括：

通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，得到延展后测距码；

利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值；

基于所述相关峰值进行导航卫星的捕获操作。

可选的，所述通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，得到延展后测距码，包括：

按照码率要求循环读取一个周期的本地测距码；

将读取到的每个周期的本地测距码与NH码中相应的1个比特进行异或运算，得到相应的延展后测距码。

可选的，所述利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值，包括：

利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号依次进行相干积分和非相干积分，以得到相关峰值；

其中，所述相干积分对应的时长为T，所述非相干积分对应的时长为N*T，其中，T表示所述延展后测距码的重复周期，N为正整数。

第二方面，本申请公开了一种导航卫星捕获装置，应用于卫星信号接收机，包括：

测距码延展模块，用于通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，得到延展后测距码；

峰值确定模块，用于利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值；

卫星捕获模块，用于基于所述相关峰值进行导航卫星的捕获操作。

可选的，所述测距码延展模块，包括：

测距码读取单元，用于按照码率要求循环读取一个周期的本地测距码；

异或运算单元，用于将读取到的每个周期的本地测距码与NH码中相应的1个比特进行异或运算，得到相应的延展后测距码。

可选的，所述峰值确定模块，具体用于利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号依次进行相干积分和非相干积分，以得到相关峰值；

第三方面，本申请公开了一种卫星信号接收机，包括：

存储器，用于保存计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述公开的导航卫星捕获方法。

第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的导航卫星捕获方法。

本申请中，卫星信号接收机在确定相关峰值之前，先通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，然后利用延展后的测距码和接收到的卫星信号确定出相关峰值，以便展开后续的导航卫星捕获操作。由此可见，本申请中，接收机通过异或NH码的方式来对本地的测距码进行延展，如此一来，在利用上述延展后得到的测距码进行相关处理以确定相关峰值的过程中，可以避免传统相关处理过程中由于NH码跳变而引起的符号跳变问题，因此可以使得相干积分时间变得更长，有利于得到更大的相关峰值，从而极大提升了弱信号下北斗卫星的捕获能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请公开的一种导航卫星捕获方法流程图；

图2为本申请公开的一种具体的导航卫星捕获方法流程图；

图3为本申请公开的一种导航卫星捕获装置结构示意图；

图4为本申请公开的一种卫星信号接收机结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

北斗卫星信号接收机在相干积分处理过程中由于NH码跳变而会出现卫星信号符号跳变，由此会导致后面非相干积分的峰值大小受到影响。接收机通常做法是，在卫星跟踪过程中，比特同步后可以确定接收到的北斗卫星NH码准确位置，从而能够准确移除NH码，但在卫星捕获阶段，由于不知道NH码准确位置，导致无法移除NH码，因此北斗卫星传统捕获方法中，NH码会影响北斗卫星捕获相关处理峰值大小。在弱信号下，因为NH码存在，极大降低了北斗卫星的捕获能力。为此，本申请提供了一种导航卫星捕获方案，能够大幅提升弱信号下北斗卫星的捕获能力。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种导航卫星捕获方法，应用于卫星信号接收机，包括：

步骤S11：通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，得到延展后测距码。

需要指出的是，在北斗卫星导航系统中，每颗北斗卫星循环播发调制有导航电文信息的2046比特的测距码，不同卫星播发的测距码不同，测距码码率固定为2046比特/毫秒。地面接收机接收时会产生相同码率的北斗卫星的测距码，从而形成接收机的本地的测距码。

本实施例中，为了消除由于NH码跳变而产生的卫星信号符号跳变的问题，需要接收机利用NH码对本地的测距码进行延展。具体的，本实施例通过将测距码与NH码进行异或的方式来对本地的测距码进行延展，从而得到延展后测距码。在一种具体的实施方式中，接收机可以将本地的测距码分别与NH码中的每个比特均进行异或运算，得到相应的延展后测距码。需要指出的是，在北斗卫星导航技术中，NH码的比特数是固定的，一共包括20个比特，NH码为00000100110101001110。本实施例中，接收机需要将本地的测距码与上述NH码的每个比特均分别进行异或运算，从而得到20个异或后的测距码，也即得到上述延展后测距码。

步骤S12：利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值。

可以理解的是，在利用上述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值的过程，便是利用上述延展后测距码和接收到的卫星信号进行相关处理的过程，由此得到相应的相关峰值。

具体的，所述利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值，可以包括：利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号依次进行相干积分和非相干积分，以得到相关峰值；其中，所述相干积分对应的时长为T，所述非相干积分对应的时长为N*T，其中，T表示所述延展后测距码的重复周期，N为正整数。

可以理解的是，在利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号进行相干积分的过程，也即是对延展后测距码和接收到的卫星信号进行时域积分的过程。在完成上述相干积分处理之后，接下来就是进行非相干积分，所谓的非相干积分也即是对上述相干积分结果进行模累加的过程。

步骤S13：基于所述相关峰值进行导航卫星的捕获操作。

本实施例中，在得到上述相关峰值之后便可以利用上述相关峰值捕获导航卫星。由于本申请中接收机是通过异或NH码的方式来对本地的测距码进行延展的，如此一来，在利用上述延展后得到的测距码进行相关处理以确定相关峰值的过程中，可以避免传统相关处理过程中由于NH码跳变而引起的符号跳变问题，因此可以使得相干积分时间变得更长，有利于得到更大的相关峰值，从而极大提升了弱信号下北斗卫星的捕获能力。

本申请实施例中，卫星信号接收机在确定相关峰值之前，先通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，然后利用延展后的测距码和接收到的卫星信号确定出相关峰值，以便展开后续的导航卫星捕获操作。由此可见，本申请实施例中，接收机通过异或NH码的方式来对本地的测距码进行延展，如此一来，在利用上述延展后得到的测距码进行相关处理以确定相关峰值的过程中，可以避免传统相关处理过程中由于NH码跳变而引起的符号跳变问题，因此可以使得相干积分时间变得更长，有利于得到更大的相关峰值，从而极大提升了弱信号下北斗卫星的捕获能力。

参见图2所示，本申请实施例公开了一种具体的导航卫星捕获方法，包括：

步骤S21：按照码率要求循环读取一个周期的本地测距码。

需要指出的是，本实施例中每次读取所得到的本地测距码是一个周期的本地测距码，并且，每次读取到的本地的测距码与NH码中的每个比特分别一一对应。

步骤S22：将读取到的每个周期的本地测距码与NH码中相应的1个比特进行异或运算，得到相应的延展后测距码。

步骤S23：利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号依次进行相干积分和非相干积分，以得到相关峰值；其中，所述相干积分对应的时长为T，所述非相干积分对应的时长为N*T，其中，T表示所述延展后测距码的重复周期，N为正整数。

可以理解的是，由于在北斗卫星导航技术中，NH码的比特数固定为20比特，所以本实施例延展后测距码的重复周期T是延展前的本地测距码的重复周期1毫秒的20倍，也即变成了20毫秒。

步骤S24：基于所述相关峰值进行导航卫星的捕获操作。

也即，本实施例通过对本地测距码进行多次读取的方式来获取到与NH码中每个比特分别一一对应的多份测距码，然后将每份测距码与NH码中相应的比特进行异或运算，从而得到延展后测距码。在利用上述延展后得到的测距码进行相关处理以确定相关峰值的过程中，可以避免传统相关处理过程中由于NH码跳变而引起的符号跳变问题，因此可以使得相干积分时间变得更长，有利于得到更大的相关峰值，从而极大提升了弱信号下北斗卫星的捕获能力。

下面通过结合具体的应用场景对本申请中的技术方案进行详细说明。

对于北斗卫星PRN1，接收机本地的测距码具体为：

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101；

可以理解的是，由于上述本地测距码一共有2046比特，所以上面只列出了首尾部分的片段，中间片段则省略，下同。

本实施例中，先对上述本地测距码进行20次读取，从而得到下面与NH码中的20个比特分别一一对应的20份本地测距码，一共40920比特：

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101

然后，将上述20份测距码分别与NH码中相应的比特进行异或运算：

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

011_001_011_011_011_011_001-101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{1}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{1}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{1}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{1}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{1}}

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101^{2046{0}}

其中，符号{2046{x}}表示单比特x的2046比特拼位；符号^表示2046比特进行bitby bit的异或运算，得到2046比特结果。

通过上述异或运算之后，得到下面40920比特的延展后测距码：

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101

100_110_100_100_100_100_110_010......111_010_111_000_101_111_001_010

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101

100_110_100_100_100_100_110_010......111_010_111_000_101_111_001_010

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101

100_110_100_100_100_100_110_010......111_010_111_000_101_111_001_010

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101

100_110_100_100_100_100_110_010......111_010_111_000_101_111_001_010

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101

100_110_100_100_100_100_110_010......111_010_111_000_101_111_001_010

011_001_011_011_011_011_001_101......000_101_000_111_010_000_110_101

接着，利用上述延展后新的本地测距码和接收到的卫星信号进行20毫秒相干积分和20*N毫秒(N＞＝1)的非相干积分以得到相关峰值，通过卫星扫描、多普勒扫频、本地测距码或卫星数字信号移相实现对北斗卫星的捕获。原来测距码重复周期为1毫秒，延展后的新的测距码重复周期为20毫秒，因此相干积分时间设为20毫秒。本方法在测距码延展过程中异或NH码，使得在相关处理过程中不存在传统相关处理中因为NH码变化而引起的符号跳变问题，因此相干积分时间可以更长，在卫星信号、多普勒频偏和测距码相位匹配情况下，可以得到更大的相关峰值，极大提高弱信号下北斗卫星的捕获能力。

参见图3所示，本申请实施例还相应公开了一种导航卫星捕获装置，应用于卫星信号接收机，包括：

测距码延展模块11，用于通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，得到延展后测距码；

峰值确定模块12，用于利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值；

卫星捕获模块13，用于基于所述相关峰值进行导航卫星的捕获操作。

在一种具体实施例中，所述测距码延展模块，包括：

在一种具体实施例中，所述峰值确定模块，具体用于利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号依次进行相干积分和非相干积分，以得到相关峰值；

图4是根据一示例性实施例示出的一种卫星信号接收机20的框图。如图4所示，该卫星信号接收机20可以包括：处理器21，存储器22。该卫星信号接收机20还可以包括多媒体组件23，输入/输出(I/O)接口24，以及通信组件25中的一者或多者。

其中，处理器21用于控制该卫星信号接收机20的整体操作，以完成上述的导航卫星捕获方法中的全部或部分步骤。存储器22用于存储各种类型的数据以支持在该卫星信号接收机20的操作，这些数据例如可以包括用于在该卫星信号接收机20上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器22可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件23可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器22或通过通信组件25发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口704为处理器21和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件25用于该卫星信号接收机20与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件25可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。

在一示例性实施例中，卫星信号接收机20可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的导航卫星捕获方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现上述的导航卫星捕获方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序的存储器22，上述程序可由卫星信号接收机20的处理器21执行以完成上述的导航卫星捕获方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的一种导航卫星捕获方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种导航卫星捕获方法，其特征在于，应用于卫星信号接收机，包括：

利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值；

基于所述相关峰值进行导航卫星的捕获操作。

2.根据权利要求1所述的导航卫星捕获方法，其特征在于，所述通过异或NH码的方式对本地的测距码进行延展，得到延展后测距码，包括：

按照码率要求循环读取一个周期的本地测距码；

3.根据权利要求1所述的导航卫星捕获方法，其特征在于，所述利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号确定相关峰值，包括：

4.一种导航卫星捕获装置，其特征在于，应用于卫星信号接收机，包括：

5.根据权利要求4所述的导航卫星捕获装置，其特征在于，所述测距码延展模块，包括：

6.根据权利要求5所述的导航卫星捕获装置，其特征在于，所述峰值确定模块，具体用于利用所述延展后测距码和接收到的卫星信号依次进行相干积分和非相干积分，以得到相关峰值；

7.一种卫星信号接收机，其特征在于，包括：

存储器，用于保存计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1至3任一项所述的导航卫星捕获方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的导航卫星捕获方法。