CN112578422A - 复合导航信号接收方法及接收机 - Google Patents

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CN112578422A CN201910947534.8A CN201910947534A CN112578422A CN 112578422 A CN112578422 A CN 112578422A CN 201910947534 A CN201910947534 A CN 201910947534A CN 112578422 A CN112578422 A CN 112578422A
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Abstract

本公开提供了复合导航信号接收方法及接收机，其中复合导航信号包括第一导航信号和第二导航信号。复合导航信号接收方法包括：接收第一导航信号和第二导航信号，基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号，确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。通过本公开提供的复合导航信号接收方法及接收机，能够充分挖掘多载波恒包络复合导航信号的潜能，有效利用多载波频间差所带来的良好测距性能，实现含有单边带频谱的导航信号的稳定跟踪。

Description

复合导航信号接收方法及接收机
技术领域
本公开涉及卫星导航领域，具体涉及复合导航信号接收方法及接收机。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS)作为使用最为广泛的室外定位系统，一直以来为全球用户提供定位、导航和授时(PNT)服务。为了更好地满足用户日益增长的性能需求，各大GNSS都开启了以导航信号改进为核心的现代化改造，在传统BPSK调制信号的基础上增加了具有分裂谱特性的二进制偏移载波(BOC)调制。为了实现系统的平稳升级，同时为了节约卫星载荷资源，提高设备利用率，且满足不同用户对性能的差异化需求，GNSS卫星通常通过播发多载波恒包络复合导航信号。例如，全球卫星导航系统(GPS)在L1频点上同时播发L1C/A、L1P(Y)、L1M、L1C四个信号，伽利略卫星导航系统(Galileo)在E5频点上同时播发E5a、E5b两个信号，而北斗卫星导航系统(BDS)则在B1频点上同时播发B1I、B1C、B1A三个信号。
一方面，引入副载波调制的多载波恒包络复合导航信号提高了频谱利用率，使得在同一频带内不同频谱处部署多个导航信号成为可能；另一方面，副载波调制所带来的新的频谱特性也能够天然地支持多种接收模式从而满足不同用户的差异化需求。如何充分发掘多载波频间差所带来的大均方根(RMS)带宽优势是卫星导航信号处理技术研究的一个重要方向。
在此研究方向上，目前存在一些导航信号处理技术，例如，在双估计技术(DET)中，将副载波作为伪码进行处理，并通过引入额外的副载波环路来独立跟踪副载波频率和相位；双相位估计(DPE)技术与DET类似，区别之处在于前者是将副载波当作载波来处理；双BPSK技术(DBT)则从宽带分裂谱信号的上下边带出发，先利用传统的BPSK跟踪环路对上下边带进行单独处理，再将相关结果进行联合处理以恢复出副载波频率和相位信息；非对称双BPSK技术与DBT类似，区别在于前者不再要求宽带分裂谱信号的上下边带对称。综上，现有的处理技术主要针对在频谱上含有上下边带的分裂谱信号进行处理以提升测距性能。
然而，由于多载波恒包络复合导航信号中还可能存在单边带频谱的导航信号分量，因此上述方法无法充分挖掘该类信号的潜能，尤其是无法充分利用多载波频间差所带来的良好测距性能。此外，含有单边带频谱的导航信号其自相关函数为复数结构，伪码相位误差和载波相位误差会耦合在一起，因而现有的跟踪方法对其也无法稳定跟踪。
目前，本领域中尚不存在一种技术方案，能够充分挖掘多载波恒包络复合导航信号的潜能，有效利用多载波频间差所带来的良好测距性能，实现含有单边带频谱的导航信号的稳定跟踪。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种复合导航信号接收方法，其中复合导航信号包括第一导航信号和第二导航信号，该复合导航信号接收方法包括：接收第一导航信号和第二导航信号，基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号，确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，以第一导航信号的载波作为单边带复数副载波调制信号的载波，以第二导航信号的伪随机码作为单边带复数副载波调制信号的伪随机码，并以第一导航信号的频谱中心频率与第二导航信号的频谱中心频率的差作为单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的频率。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，还以第二导航信号的功率作为单边带复数副载波调制信号的功率，并以第二导航信号的导航电文作为单边带复数副载波调制信号的导航电文。
根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法还包括：
对第一导航信号和单边带复数副载波调制信号分别进行载波剥离和基带剥离，以获得第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值；以及
对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行处理，以获得单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，通过宽带方式接收第一导航信号和第二导航信号。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，本地复现第一导航信号，将复现的第一导航信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得第一导航信号相关值；
本地复现单边带复数副载波调制信号，将复现的单边带复数副载波调制信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得单边带复数副载波调制信号相关值；以及
对所获得的第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得第一导航信号的载波频率估计、伪码频率估计以及单边带复数副载波调制信号的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计，并返回所获得的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计用以本地复现第一导航信号和单边带复数副载波调制信号。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，第一导航信号相关值包括第一导航信号I支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值以及Q支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值；以及
单边带复数副载波调制信号相关值包括单边带复数副载波调制信号I支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值以及Q支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，对第一导航信号相关值进行鉴相滤波，获得第一导航信号的载波频率估计，并返回获得的第一导航信号的载波频率估计用以本地复现第一导航信号的载波和单边带复数副载波调制信号的载波。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计，并返回获得的单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计用以本地复现单边带复数副载波调制信号的副载波。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得伪码频率估计，并返回获得的伪码频率估计用以本地复现第一导航信号的伪码和单边带复数副载波调制信号的伪码。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收方法中，宽带复合导航信号为北斗卫星导航系统B1复合导航信号，第一导航信号为B1C信号，第二导航信号为B1I信号。
根据本申请的另一方面，提供了一种复合导航信号接收机，其中复合导航信号包括第一导航信号和第二导航信号，复合导航信号接收机接收第一导航信号和所述第二导航信号，基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号，确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机以第一导航信号的载波作为单边带复数副载波调制信号的载波，以第二导航信号的伪随机码作为单边带复数副载波调制信号的伪随机码，并以第一导航信号的频谱中心频率与第二导航信号的频谱中心频率的差作为单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的频率。
根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机还以第二导航信号的功率作为单边带复数副载波调制信号的功率，并以第二导航信号的导航电文作为单边带复数副载波调制信号的导航电文。
根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机对第一导航信号和单边带复数副载波调制信号分别进行载波剥离和基带剥离，以获得第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值；以及
对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行处理，以获得单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机包括射频前端，射频前端以宽带方式接收所述第一导航信号和所述第二导航信号。
根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机还包括：
第一导航信号相关处理装置，本地复现所述第一导航信号，将复现的第一导航信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得第一导航信号相关值；
单边带复数副载波调制信号相关处理装置，本地复现单边带复数副载波调制信号，将复现的单边带复数副载波调制信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得单边带复数副载波调制信号相关值；以及
估计装置，对所获得的第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得第一导航信号的载波频率估计、伪码频率估计以及单边带复数副载波调制信号的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计，并返回所获得的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计用以本地复现第一导航信号和单边带复数副载波调制信号。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机中，第一导航信号相关值包括第一导航信号I支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值以及Q支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值；以及
单边带复数副载波调制信号相关值包括单边带复数副载波调制信号I支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值以及Q支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机中，第一导航信号相关处理装置包括第一导航信号本地参考载波发生器和第一导航信号本地参考码发生器，单边带复数副载波调制信号相关处理装置包括单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器、单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器和单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器，估计装置包括鉴相器和滤波器，
鉴相器对第一导航信号相关值进行鉴相，滤波器对鉴相结果进行滤波，获得第一导航信号的载波频率估计，并将所获得的第一导航信号的载波频率估计返回第一导航信号本地参考载波发生器和单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器，第一导航信号本地参考载波发生器和单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器分别根据返回的第一导航信号的载波频率估计本地复现第一导航信号的载波和单边带复数副载波调制信号的载波。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机中，单边带复数副载波调制信号相关处理装置包括单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器、单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器和单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器，估计装置包括鉴相器和滤波器，
鉴相器对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相，滤波器对鉴相结果进行滤波，获得单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计，并将所获得的单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计返回所述单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器，单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器根据返回的单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计本地复现单边带复数副载波调制信号的副载波。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机中，第一导航信号相关处理装置包括第一导航信号本地参考载波发生器和第一导航信号本地参考码发生器，单边带复数副载波调制信号相关处理装置包括单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器、单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器和单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器，估计装置包括鉴相器和滤波器，
鉴相器对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相，滤波器对鉴相结果进行滤波，获得伪码频率估计，并将所获得的伪码频率返回第一导航信号本地参考码发生器和单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器，第一导航信号本地参考码发生器和单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器根据返回的伪码频率估计本地复现第一导航信号的伪码和单边带复数副载波调制信号的伪码。
在根据本申请的一个实施方式的复合导航信号接收机中，复合导航信号为北斗卫星导航系统B1复合导航信号，第一导航信号为B1C信号，第二导航信号为B1I信号。
根据本申请的复合导航信号接收方法及接收机，能够充分挖掘多载波恒包络复合导航信号的潜能，有效利用多载波频间差所带来的良好测距性能，实现含有单边带频谱的导航信号的稳定跟踪，并极大地提高测距精度。此外，根据本申请的复合导航信号接收机具有简洁的结构，有效降低了接收机的复杂度。
附图说明
附图示出了本申请的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本申请的原理，其中包括了这些附图以提供对本申请的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1示出了根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法的流程图；
图2示出了根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法的流程图；
图3示出了现有技术的卫星导航信号接收机的原理示意图；
图4示出了根据本申请实施方式的复合导航信号接收机的示意图；
图5示出了BDS在B1频点上所播发的民用复合导航信号的频谱示意图；
图6示出了根据本申请实施方式所构建的单边带复数副载波调制信号的频谱示意图；
图7示出了根据本申请实施方式构建的单边带复数副载波调制信号归一化自相关函数的示意图；
图8示出了根据本申请实施方式的复合导航信号接收机的示意图；
图9示出了根据本申请实施方式的复合导航信号接收机的示意图；以及
图10示出了独立处理BPSK(2)信号、独立处理BOC(1,1)信号与通过根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法处理SCBOC(14,2)信号的码相位测量误差均方差对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本申请的限制。为简明起见，在本申请各实施方式的描述中，对于相同或者类似的装置/方法步骤，使用相同或者相似的附图标记。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施方式对本申请进行详细说明。
图1示出了根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法的流程图。如图1所示，在步骤S10中，接收第一导航信号和第二导航信号；在步骤S20中，基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号；在步骤S30中，确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。在该复合导航信号接收方法中，复合导航信号包括第一导航信号和第二导航信号，本领域技术人员可以理解，第一导航信号和第二导航信号通过复用技术构成该复合导航信号。根据该复合导航信号接收方法，在接收第一导航信号和第二导航信号之后，可以基于这两个导航信号构建一个单边带复数副载波调制信号，然后确定所构建的单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计，这样能够充分挖掘多载波恒包络复合导航信号的潜能，有效利用多载波频间差所带来的良好测距性能，在信号层面显著提高测距精度。
此外，在根据本申请另一实施方式的复合导航信号接收方法中，如图2所示，在接收第一导航信号和第二导航信号并基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号之后，根据第一导航信号和所构建的单边带复数副载波调制信号确定该单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。具体地，在步骤S10中，接收第一导航信号和第二导航信号；在步骤S20中，基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号；在步骤S30中，根据第一导航信号和所构建的单边带复数副载波调制信号确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。同样地，在该复合导航信号接收方法中，复合导航信号包括第一导航信号和第二导航信号，本领域技术人员可以理解，第一导航信号和第二导航信号通过复用技术构成该复合导航信号。
另一方面，本申请还提供了复合导航信号接收机。可以通过根据本申请实施方式的复合导航信号接收机来实施如图1所示的复合导航信号接收方法。该复合导航信号接收机可以接收第一导航信号和第二导航信号，基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号，确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
从接收机组成的角度看，复合导航信号接收机可以包括接收模块和跟踪处理模块，其中，接收模块接收第一导航信号和第二导航信号，而跟踪处理模块基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号，并确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
尽管上文中对导航信号进行了说明，但是仍有必要在导航信号的发射端对导航信号做进一步说明。在导航信号的发射端(在卫星导航场景下，即在导航卫星处)，可以通过例如Interplex、CASM、CEMIC等复用调制技术将第一导航信号和第二导航信号复合成复合导航信号，在同一载波上将第一导航信号和第二导航信号进行合路输出。需要说明的是，尽管根据本申请实施方式的复合导航信号由两个导航信号复合而成，但是本申请的技术方案并不限于两个导航信号复合而成的复合导航信号，还可以应用于多于两个导航信号，例如三个或者更多导航信号复合而成的复合导航信号。
此外，第一导航信号或第二导航信号可以是BPSK信号，也可以是BOC类信号。具体而言，例如，第一导航信号和第二导航信号都可以是BPSK信号；或者第一导航信号是BPSK信号，而第二导航信号是BOC类信号；或者第一导航信号是BOC类信号，而第二导航信号是BPSK信号。
在导航信号的接收端，由于不同导航信号的伪码之间几乎正交，因此复合导航信号一般会被作为多个不同信号来分别处理，并且在跟踪每个导航信号时通常会以频谱中心频率作为载波频率以降低接收机的实现复杂度。这样，接收到的复合导航信号的第一导航信号和第二导航信号可以分别表示为：
Figure BDA0002219141460000101
其中，
r1(t)表示第一导航信号，
P1表示第一导航信号的功率，
D1(t)表示第一导航信号的电文，
s1(t)表示第一导航信号的基带信号，该基带信号包括伪码和副载波，
f1为第一导航信号频谱中心频率，
Figure BDA0002219141460000102
为第一导航信号载波相位；
r2(t)表示第二导航信号，
P2表示第二导航信号的功率，
D2(t)表示第二导航信号的电文，
s2(t)表示第二导航信号的基带信号，该基带信号包括伪码和副载波，
f2表示第二导航信号频谱中心频率，
Figure BDA0002219141460000103
表示第二导航信号载波相位。
需要说明的是，以上导航信号的表示方式并不意味着导航信号中必须包含导航电文或者副载波。事实上根据实际情况，所接收的导航信号中也可以不包含电文或者副载波。
下面，在导航信号接收端，结合卫星导航信号接收机，对根据本申请的技术方案进行进一步描述。
通常，卫星导航信号接收机接收卫星导航信号并对所接收的卫星导航信号进行处理，以完成测距和定位。图3示出了现有技术的卫星导航信号接收机的原理示意图。如图3所示，接收机的射频前端通过接收天线接收卫星导航信号，再经过前置滤波器和低噪声放大器的滤波放大之后，与振荡器产生的正余弦本振信号进行混频以将射频导航信号下变频为模拟中频信号，再经过模数转换为数字中频信号。数字中频信号被输入到跟踪模块实现导航信号的跟踪。在接收机的跟踪模块中，对射频前端处理获得的数字中频信号进行处理，通过对导航信号的捕获与跟踪，获得包括伪距、多普勒频移、载波相位、甚至副载波相位等在内的测量值以及解调出导航电文。跟踪模块可以通过硬件或者软件来实现，例如，可以采用专用集成电路(ASIC)芯片、可编程逻辑器件(FPGA)以及软件定义无线电(SDR)等技术。最后，定位导航运算功能模块利用跟踪模块所获得的跟踪信号的伪距、多普勒频移和载波相位等测量值以及解调的导航电文，计算获得接收机的定位结果。
本领域技术人员可以理解，在根据本申请实施方式的复合导航信号接收机中，除了包含发明人的创造性技术方案以外，还包含上述现有技术接收机的相应技术内容，通过将二者结合可以有效实施根据本申请实施方式的复合导航信号接收机。
在根据本申请实施方式的复合导航信号接收机中，射频前端带宽应足够宽，以保证能够完整接收复合导航信号的整个频谱，也就是说，该复合导航信号接收机以宽带方式接收复合导航信号，从而可以确保复合导航信号中不同信号分量(即第一导航信号和第二导航信号)间的相干性。
同样地，在根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法中，在导航信号接收端，可以以宽带方式接收第一导航信号和第二导航信号，以确保第一导航信号和第二导航信号间的相干性，使得该复合导航信号接收方法能够更加可靠地提供高测距精度。
如上所述，根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法及接收机，在接收第一导航信号和第二导航信号之后，可以基于接收的第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号。
根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法，可以通过以下方式基于第一导航信号和第二导航信号来构建单边带复数副载波调制信号：以第一导航信号的载波作为单边带复数副载波调制信号的载波，以第二导航信号的伪随机码作为单边带复数副载波调制信号的伪随机码，并以第一导航信号的频谱中心频率与第二导航信号的频谱中心频率的差作为单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的频率。另一方面，根据本申请实施方式的复合导航信号接收机，可以在其跟踪处理模块中，以上述方式基于第一导航信号和第二导航信号来构建单边带复数副载波调制信号。
此外，根据本申请其他实施方式的复合导航信号接收方法，在基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号时，除了以第一导航信号的载波作为单边带复数副载波调制信号的载波，以第二导航信号的伪随机码作为单边带复数副载波调制信号的伪随机码，并以第一导航信号的频谱中心频率与第二导航信号的频谱中心频率的差作为单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的频率，还以第二导航信号的功率作为单边带复数副载波调制信号的功率，并以第二导航信号的导航电文作为单边带复数副载波调制信号的导航电文。同样地，另一方面，根据本申请实施方式的复合导航信号接收机，可以在其跟踪处理模块中，以上述方式基于第一导航信号和第二导航信号来构建单边带复数副载波调制信号。
由此，考虑到射频前端带限滤波的影响，所构建的单边带复数副载波调制信号可以表示为：
Figure BDA0002219141460000121
其中，
rSCBOC(t)表示所构建的单边带复数副载波调制信号，
fSC,2表示单边带复数副载波调制信号副载波频率，fsc,2＝f1-f2。
如前文所述，在导航信号发射端的导航卫星处，第一导航信号和第二导航信号通过多载波恒包络复用技术复合而成复合导航信号，并经过相同的传播路径到达作为导航信号接收端的卫星导航信号接收机，因此第一导航信号和第二导航信号的传播延迟以及载波相位具有很强的相干性，该相干性可以通过第一导航信号载波相位
Figure BDA0002219141460000122
第二导航信号载波相位
Figure BDA0002219141460000123
单边带复数副载波调制信号副载波频率fSC,2以及传播延迟τ之间的如下数学关系表示：
Figure BDA0002219141460000131
本申请的发明人经过研究发现，所构建的单边带复数副载波调制信号rSCBOC(t)与第二导航信号r2(t)之间存在实质上的统一性，可以将所构建的单边带复数副载波调制信号rSCBOC(t)与第二导航信号r2(t)看作是同一信号的两种不同表现形式。从信号跟踪的角度看，通常在第二导航信号的跟踪中，以其频谱中心频率作为载波频率，而在单边带复数副载波调制信号的跟踪中，则可以将第一导航信号的频谱中心频率作为其载波频率。这样，可以充分利用第一导航信号与第二导航信号之间存在的上述相干性，将两个信号的频间差作为副载波的频率引入，从而发掘测距性能潜力。
根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法，可以基于第一导航信号和所构建的单边带复数副载波调制信号来确定单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计，这是因为第一导航信号和所构建的单边带复数副载波调制信号具有相同的载波，从而可以利用第一导航信号的载波估计结果实现对单边带复数副载波调制信号的载波剥离，进而可以在完成对单边带复数副载波调制信号基带剥离后得到具有高测距精度的副载波频率估计和相位估计。
另一方面，在根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法以及接收机中，所构建的单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的具体形式，可以由第一导航信号的频谱与以单边带复数副载波调制信号的载波频率为中心所形成的单边带频谱的相对位置来决定。所谓副载波的具体形式，也就是形式为单边带的副载波频谱主瓣是上边带或者下边带，与第一导航信号频谱中心频率与第二导航信号频谱中心频率差为正值或者负值。
根据本申请的复合导航信号接收方法及接收机，在基于第一导航信号和第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号的副载波时，以第一导航信号的频谱中心频率与第二导航信号的频谱中心频率的差作为副载波的频率，副载波为单边带复数信号，相比副载波为实信号或两共轭复信号，能够使副载波的频率最大化，能够最大程度地利用副载波所具有的测距精度。
至此，根据本申请的技术方案，能够基于所接收的第一导航信号和第二导航信号构建一个单边带复数副载波调制信号，从而可以通过确定该单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计，有效利用多载波频间差所带来的良好测距性能，实现含有单边带频谱的导航信号的稳定跟踪，并极大提高测距精度。
然而，如前文所述，在副载波为单个复数信号的BOC调制信号中，当副载波为单个复数信号时，在频谱上仅存在单边带，对于现有匹配跟踪环路技术而言，由于码相位估计误差和载波相位估计误差耦合在一起，同时出现在同相支路和正交支路的鉴相结果中，因此整个跟踪环路无法稳定运行，从而无法获得副载波相位估计。对此，在下文中还将进行进一步说明。
现有BOC类调制信号无模糊跟踪技术主要是针对副载波为实信号或两共轭复信号的情况，如DET、DPE、AC、DBT等，而对于副载波为单个复信号的情况看，目前还不存在有效的无模糊跟踪技术以对其进行稳定跟踪，而本申请的发明人创造性地提出了一种无模糊跟踪技术，能够实现码相位估计误差与载波相位估计误差解耦，使得跟踪环路稳定运行，获得副载波频率估计和相位估计，实现高精度测距。
在下面的内容中，将结合根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法及接收机，详细描述如何实现对含有单边带频谱的复合导航信号的稳定跟踪。
根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法还包括：对第一导航信号和单边带复数副载波调制信号分别进行载波剥离和基带剥离，以获得第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值；以及对所获得的第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行处理，以获得单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。相应地，根据本申请实施方式的复合导航信号机，具体地其跟踪处理模块，可以对第一导航信号和单边带复数副载波调制信号分别进行载波剥离和基带剥离，以获得第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值；以及对所获得的第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行处理，以获得单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
进一步，根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法还可以包括：本地复现第一导航信号，将复现的第一导航信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得第一导航信号相关值；本地复现单边带复数副载波调制信号，将复现的单边带复数副载波调制信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得单边带复数副载波调制信号相关值；以及对所获得的第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得第一导航信号的载波频率估计、伪码频率估计以及单边带复数副载波调制信号的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计，并返回所获得的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计用以本地复现第一导航信号和单边带复数副载波调制信号。
在根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法中，第一导航信号相关值可以包括第一导航信号I支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值以及Q支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值；而单边带复数副载波调制信号相关值则可以包括单边带复数副载波调制信号I支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值以及Q支路即时、和/或超前、和/或滞后相关值。
在本申请实施方式的复合导航信号接收方法中，对第一导航信号相关值进行鉴相滤波，获得第一导航信号载波频率估计，并返回获得的第一导航信号载波频率估计用以本地复现第一导航信号的载波和单边带复数副载波调制信号的载波。
在本申请实施方式的复合导航信号接收方法中，对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得单边带复数副载波调制信号副载波频率估计，并返回获得的单边带复数副载波调制信号副载波频率估计用以本地复现单边带复数副载波调制信号的副载波。
在根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法中，对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得伪码频率估计，并返回获得的伪码频率估计用以本地复现第一导航信号的伪码和单边带复数副载波调制信号的伪码。
在根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法中，复合导航信号为北斗卫星导航系统B1复合导航信号，第一导航信号为B1C信号，第二导航信号为B1I信号。
图4示出了根据本申请实施方式的复合导航信号接收机的示意图，图中仅示出了一个导航信号接收机的接收模块，而没有示出其他组成。正如上文所描述的那样，本领域技术人员能够结合其所具备的关于现有技术接收机的知识理解并实施根据本申请实施方式的复合导航信号接收机。
如图4所示，复合导航接收机10包括第一导航信号相关处理模块100、单边带复数副载波调制信号相关处理装置200、以及估计装置300，该复合导航信号接收机10通过接收和处理宽带复合导航信号r(t)，来确定所构建的单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
在该复合导航信号接收机10中，第一导航信号相关处理装置100本地复现第一导航信号本地参考信号，将复现的第一导航信号本地参考信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得第一导航信号相关值；单边带复数副载波调制信号相关处理装置200本地复现单边带复数副载波调制信号本地参考信号，将复现的单边带复数副载波调制信号本地参考信号与接收的复合导航信号进行相关处理以获得单边带复数副载波调制信号相关值；估计装置300对所获得的第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得第一导航信号的载波频率估计、伪码频率估计以及单边带复数副载波调制信号的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计，并返回所获得的载波频率估计、副载波频率估计、伪码频率估计用以本地复现第一导航信号和单边带复数副载波调制信号。
如上所述，所构建的单边带复数副载波调制信号可以被看作是第二导航信号在接收处理时以第一导航信号的频谱中心频率作为载波频率的调制信号，因此在接收机中对本地参考信号参数(包括载波频率等)的选取直接决定了信号跟踪处理时所采用的信号模型。在本申请中所提出的技术旨在发掘高速副载波可能带来的良好测距性能，因此在本申请的实施方式中，在进行本地参考信号参数选取时，将第二导航信号的本地参考载波频率作为第一导航信号的频谱中心频率，并将第一导航信号与第二导航信号的频间差作为复数副载波的频率。因此，在根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法及接收机中，单边带复数副载波调制信号的构建体现在对本地参考信号参数的选取。
下面，以北斗卫星导航系统(BDS)的B1宽带复合导航信号为例，对根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法以及接收机进行描述。可以理解，根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法以及接收机，不仅可以用于北斗卫星导航系统的例如B1频带复合导航信号，也可以用于其他导航系统的复合导航信号，例如GPS的L1、L2宽带复合导航信号，Galileo的E1、E6宽带复合导航信号。
图5示出了BDS在B1频点上所播发的民用复用导航信号频谱示意图。如图5所示，B1频点上所播发的导航信号主要包括两个信号，分别是B1I信号和B1C信号，其中B1C又包括3个分量，即位于导频支路的BOC(1,1)分量和BOC(6,1)分量、以及位于数据支路的BOC(1,1)分量。
考虑到跟踪导航信号时一般会优先对功率更高且没有导航电文影响的导频支路进行处理，因此为了简化说明，这里仅考虑B1I信号以及B1C导频支路中占主要成分的BOC(1,1)分量，并且以下将前者称为“B1I信号”，将后者称为“B1C信号”。另外，在根据本申请的技术方案中，B1C信号为第一导航信号，B1I信号为第二导航信号。因此，第一导航信号B1C和第二导航信号B1I可以分别表示为：
Figure BDA0002219141460000171
其中，
r1(t)表示第一导航信号B1C，
f1表示第一导航信号B1C的频谱中心频率，f1＝1575.42MHz，
C1表示第一导航信号B1C的扩频码，码速率为1.023Mcps，码周期为10ms，
fsc,1表示第一导航信号B1C的副载波频率，fsc,1＝1.023MHz，其频谱位于正交支路；
r2(t)表示第二导航信号B1I，
f2表示第二导航信号B1I的频谱中心频率，f2＝1561.098MHz，
C2表示第二导航信号B1I的扩频码，码速率为2.046Mcps，码周期为1ms，其频谱位于同相支路。
根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法，在接收第一导航信号B1C和第二导航信号B1I之后，可以基于第一导航信号B1C和第二导航信号B1I构建单边带复数副载波调制信号。在这里，可以前文所述的那样，以第一导航信号B1C的载波作为单边带复数副载波调制信号的载波，以第二导航信号B1I的伪随机码作为单边带复数副载波调制信号的伪随机码，以第一导航信号的频谱中心频率与第二导航信号的频谱中心频率的差作为单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的频率，还以第二导航信号的功率作为单边带复数副载波调制信号的功率，并以第二导航信号的导航电文作为单边带复数副载波调制信号的导航电文。
由此，考虑接收机射频前端带限滤波的影响，基于第一导航信号B1C和第二导航信号B1I并通过以上方式构建的单边带复数副载波调制信号可表示为：
Figure BDA0002219141460000181
其中，
rSCBOC(t)表示所构建的单边带复数副载波调制信号，
fsc,2表示所构建的单边带复数副载波调制信号的副载波频率，其等于第一导航信号B1C的频谱中心频率与第二导航信号B1I的频谱中心频率之差，即fsc,2＝f1-f2，即fsc,2＝14.322MHz。
考虑到扩频码C2的码速率为2.046Mcps，这里可以借用BOC信号的惯用记法，将所构建的单边带复数副载波调制信号记为SCBOC(14,2)调制信号。
图6示出了根据本申请实施方式构建的单边带复数副载波调制信号SCBOC(14,2)的频谱示意图。如图6所示，由于存在单边带复数副载波，因此SCBOC(14,2)调制信号的频谱主瓣从载波中心频率处搬移到了下边带。通过将图6和图5进行对比能够看到，如上文所述，可以将单边带复数副载波调制信号SCBOC(14,2)看作是第二导航信号B1I的一种不同表现形式。也就是说，将第二导航信号B1I既可以当作载波中心频点在1561.098MHz的BPSK(2)调制信号来对待，也可以当作是载波中心频点在1575.42MHz的SCBOC(14,2)调制信号来处理。
图7示出了根据本申请实施方式构建的单边带复数副载波调制信号SCBOC(14,2)的归一化自相关函数。如图7所示，SCBOC(14,2)调制信号的自相关函数具有以下特征：
首先，该自相关函数为复函数，即当本地复制的伪码和副载波没有与接收信号的伪码和副载波对齐时，能量会从相关函数的实部转移至虚部。无法通过传统的跟踪环路对这种复相关峰进行稳定跟踪，这是因为伪码误差和载波误差在I、Q路会耦合在一起，无法被很好地分离，从而任何伪码误差都会引发载波相位的跟踪偏差。
其次，该自相关函数呈多峰锯齿状，且主峰较窄，这意味着SCBOC(14,2)调制信号具有很好的测距性能潜力。然而，自相关函数的这种多峰特性同时也引入了“著名的”跟踪模糊度问题，也就是出现了跟踪在边峰而非主峰的情况，这种跟踪模糊度问题会导致较大的测距偏差。
这样，如上文所述，单边带复数副载波调制信号尽管具备极为理想的测距性能潜力，但是其本身特性所带来的跟踪模糊度又成为发掘测距性能潜力的障碍。本申请的发明人提出的复合信号接收方法及接收机则能够非常有效地实现单边带复数副载波调制信号的无模糊跟踪，从而能够发掘单边带复数副载波调制信号的优良测距性能潜能，极大地提高测距性能。
下面，在BDS B1宽带复合导航信号的场景下，结合根据本申请实施方式的复合导航信号接收机的具体结构，对根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法及接收机进行详细描述。
图8示出了根据本申请的一种实施方式的复合导航信号接收机的示意图。图9示出了根据本申请的另一种实施方式的复合导航信号接收机的示意图。出于简洁表达的目的，图8和图9仅示出了复合导航信号接收机中与以下描述的内容有关的部分，并未示出接收机的全部组成。此外，在以下描述中，复合导航信号r(t)仍是BDS B1宽带复合导航信号，这里第一导航信号仍指B1C，第二导航信号仍指B1I，基于第一导航信号B1C和第二导航信号B1I所构建的单边带复数副载波调制信号仍表示为SCBOC(14,2)。
如图8所示，根据本申请实施方式的复合导航信号接收机10可以进一步包括第一导航信号相关处理装置100、单边带复数副载波调制信号相关处理装置200、以及估计装置300。下面，结合图8和图9，基于对第一导航信号相关处理装置100、单边带复数副载波调制信号相关处理装置200、以及估计装置300的描述，对根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法及接收机进行进一步的描述。
如图8所示，第一导航信号相关处理装置100可以包括第一导航信号相关器110、第一导航信号本地参考载波发生器120以及第一导航信号本地参考码发生器130。
这里，第一导航信号B1C起到的一个作用是协助完成对载波的跟踪，这样，第一导航信号相关器110可以产生I支路即时相关值以及Q支路即时相关值。
第一导航信号本地参考载波发生器120可以根据估计装置300的反馈，本地复现第一导航信号的参考载波信号。例如，如图9所示，第一导航信号本地参考载波发生器120可以包括载波数控振荡器(载波NCO)121和第一导航信号载波生成器122；第一导航信号本地参考载波发生器120可以利用估计装置300反馈的载波频率估计
Figure BDA0002219141460000201
驱动载波NCO121，再通过第一导航信号载波生成器122生成I支路和Q支路的本地参考载波信号。
此外，第一导航信号本地参考码发生器130可以包括伪码NCO131和第一导航信号码生成器132；第一导航信号本地参考码发生器130可以利用估计器300反馈的伪码频率估计
Figure BDA0002219141460000219
驱动伪码NCO131，再通过第一导航信号码生成器132生成第一导航信号的即时本地参考码信号。
第一导航信号相关器110将本地复现的第一导航信号(包括第一导航信号本地参考载波信号和第一导航信号本地参考码信号)与接收的复合导航信号进行相关，生成I支路即时相关值I1,P以及Q支路即时相关值Q1,P，即，
Figure BDA0002219141460000211
其中，
T表示相干积分时间，
Figure BDA0002219141460000212
表示载波相位估计，
Figure BDA0002219141460000213
表示伪码维相位延迟估计，
Figure BDA0002219141460000214
表示第一导航信号伪码自相关函数，
ΔfD载波多普勒频移估计误差，
Figure BDA0002219141460000215
Figure BDA0002219141460000216
表示载波相位估计误差，
Figure BDA0002219141460000217
单边带复数副载波调制信号相关处理装置200可以包括单边带复数副载波调制信号相关器210、单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器220、单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器230以及单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器240。
单边带复数副载波调制信号相关装置210可以产生I支路超前、即时、滞后相关值以及Q支路超前、即时、滞后相关值，以实现对单边带复数副载波调制信号副载波和伪码的跟踪。
单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器220根据估计器300的反馈，本地复现单边带复数副载波调制信号的参考载波信号。例如，如图9所示，单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器220可以包括单边带复数副载波调制信号载波生成器221；单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器220可以利用估计器300反馈的载波频率估计
Figure BDA0002219141460000218
驱动载波NCO121，再通过单边带复数副载波调制信号载波生成器221生成I支路和Q支路的本地参考载波信号。如图9所示，单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器220与第一导航信号本地参考载波发生器120共用同一个载波NCO121。在根据本申请的其他实施方式中，单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器220和第一导航信号本地参考载波发生器120分别设有并应用各自的载波NCO，而不共用载波NCO。
这里，在描述单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器230之前，先对单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器240进行描述，以保持本文内容逻辑框架的一致性。如图9所示，单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器240可以利用估计器300反馈的伪码频率估计
Figure BDA0002219141460000222
驱动单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器240的伪码数控振荡器(伪码NCO)131，再通过单边带复数副载波调制信号码生成器241生成单边带复数副载波调制信号的超前、即时、滞后本地参考码信号。如图9所示，单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器240可以与第一导航信号本地参考码发生器130共用同一个伪码NCO131。在根据本申请的其他实施方式中，单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器240和第一导航信号本地参考码发生器130分别设有并应用各自的伪码NCO，而不共用伪码NCO。
单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器230利用估计器300反馈的副载波频率估计
Figure BDA0002219141460000221
驱动单边带复数副载波调制信号本地参考副载波发生器230的副载波数控振荡器(副载波NCO)231，再通过单边带复数副载波调制信号副载波生成器232生成单边带复数副载波调制信号的I支路和Q支路的本地参考副载波信号。
单边带复数副载波调制信号相关器210将本地复现的单边带复数副载波调制信号(包括单边带复数副载波调制信号本地参考载波信号、单边带复数副载波调制信号本地参考副载波信号以及单边带复数副载波调制信号本地参考码信号)与接收的复合导航信号进行相关，生成I支路超前、即时、滞后相关值ISCBOC,E、ISCBOC,P、ISCBOC,L，以及Q支路超前、即时、滞后相关值QSCBOC,E、QSCBOC,P、QSCBOC,L，即，
Figure BDA0002219141460000231
Figure BDA0002219141460000232
Figure BDA0002219141460000233
Figure BDA0002219141460000234
Figure BDA0002219141460000235
Figure BDA0002219141460000236
其中，
Figure BDA0002219141460000237
表示副载波相位估计，
Figure BDA0002219141460000238
表示副载波相位延迟估计，
Δc表示伪码超前减滞后间距，
Figure BDA0002219141460000239
表示单边带复数副载波调制信号伪码维自相关函数，
Figure BDA00022191414600002310
表示副载波频率估计误差，
Figure BDA00022191414600002311
表示副载波相位估计误差。
在稳定跟踪状态下，可以合理假定载波多普勒频移估计误差和副载波频率估计误差很小，即，ΔfD≈0，Δfsc,2≈0。因此，第一导航信号I支路即时相关值I1,P以及Q支路即时相关值Q1,P可以被化简为：
Figure BDA00022191414600002312
类似地，单边带复数副载波调制信号的I支路超前、即时、滞后相关值ISCBOC,E、ISCBOC,P、ISCBOC,L以及Q支路超前、即时、滞后相关值QSCBOC,E、QSCBOC,P、QSCBOC,L可以分别被化简为：
Figure BDA0002219141460000241
如图8和图9所示，第一导航信号相关处理装置100和单边带复数副载波调制信号相关处理装置200在进行相关处理之后，可以将各自的相关积分结果送入估计装置300。估计装置300进行鉴相和滤波，并输出经滤波的频率估计以用于对载波NCO、副载波NCO和码NCO进行修正，从而产生本地复现参考信号。
此外，如上所述，如图9所示，第一导航信号本地参考载波发生器120和单边带复数副载波调制信号本地参考载波发生器220可以共用同一个载波NCO；第一导航信号本地参考码发生器130和单边带复数副载波调制信号本地参考码发生器130也共用同一个码NCO。这表明，根据本申请技术方案的复合导航信号接收机具有更加简洁的结构，能够有效降低接收机的复杂度。
如图8所示，估计装置300可以包括鉴相器310和滤波器320。进一步地，如图9所示，鉴相器310可以包括载波环鉴相器311、副载波环鉴相器312、以及码环鉴相器313；滤波器320可以包括载波环滤波器321、副载波环滤波器322、以及码环滤波器323。
如上所述，根据本申请实施方式的复合导航信号接收机，在估计装置中，可以对第一导航信号相关值进行鉴相滤波，获得第一导航信号载波频率估计，并返回获得的第一导航信号载波频率估计用以本地复现第一导航信号的载波和单边带复数副载波调制信号的载波；还可以对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得单边带复数副载波调制信号副载波频率估计，并返回获得的单边带复数副载波调制信号副载波频率估计用以本地复现单边带复数副载波调制信号的副载波；还可以对第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值进行鉴相滤波，获得伪码频率估计，并返回获得的伪码频率估计用以本地复现第一导航信号的伪码和单边带复数副载波调制信号的伪码。
例如，如图8和图9所示，在估计装置300中，鉴相器310可以基于由第一导航信号相关处理装置100以及单边带复数副载波调制信号相关处理装置200输入估计装置300的相关积分结果获得并输出载波相位估计误差、副载波相位估计误差以及码相位估计误差。由于鉴相器310的输出结果含有高噪声，因此可以通过滤波器320对鉴相器320的输出进行平滑滤波，从而获得并输出载波频率估计
Figure BDA0002219141460000251
副载波频率估计
Figure BDA0002219141460000252
以及伪码频率估计
Figure BDA0002219141460000253
进一步地，可以将滤波器320的上述输出结果分别返回载波NCO、副载波NCO和码NCO，以对载波NCO、副载波NCO和码NCO进行修正，从而产生相应的本地复现参考信号。上文中已对有关具体内容进行了描述，这里不再赘述。
如图9所示，载波环鉴相器311通过第一导航信号I支路即时相关值I1,P以及Q支路即时相关值Q1,P获得载波相位估计误差，再经过载波环滤波器321进行平滑滤波以获得载波频率估计
Figure BDA0002219141460000254
对于载波环鉴相器311，例如可以采用二象限反正切函数鉴相器，以实现载波鉴相，即，
Figure BDA0002219141460000255
本领域技术人员可以理解，也可以采用其他标准锁相环鉴相器作为载波环鉴相器。
码环鉴相器313通过单边带复数副载波调制信号的I支路超前、即时、滞后相关值ISCBOC,E、ISCBOC,P、ISCBOC,L以及Q支路超前、即时、滞后相关值QSCBOC,E、QSCBOC,P、QSCBOC,L获得伪码相位估计误差，再经过码环滤波器323进行平滑滤波以获得伪码频率估计
Figure BDA0002219141460000256
对于码环鉴相器313，例如可以采用非相干超前减滞后幅值法进行伪码鉴相，即，
Figure BDA0002219141460000257
其中，
E、L分别表示超前、滞后支路非相干积分值，
Figure BDA0002219141460000261
Figure BDA0002219141460000262
本领域技术人员可以理解，对于码环鉴相器，也可以使用其他标准延迟锁定环路的鉴相器。
副载波环鉴相器312通过第一导航信号I支路即时相关值I1,P、Q支路即时相关值Q1,P以及单边带复数副载波调制信号的I支路即时相关值ISCBOC,P以及Q支路即时相关值QSCBOC,P获得副载波相位估计误差，再经过副载波环滤波器322进行平滑滤波以获得副载波频率估计
Figure BDA0002219141460000263
对于副载波环鉴相器，可以忽略载波相位估计误差的影响，例如可以采用相干鉴相器，具体可以采用相干二象限反正切函数鉴相器进行副载波鉴相，即，
Figure BDA0002219141460000264
可选地，还可以采用非相干鉴相器作为副载波鉴相器，例如可以采用非相干二象限反正切函数鉴相器进行副载波鉴相，即，
Figure BDA0002219141460000265
本领域技术人员可以理解，可以采用其他标准锁相环鉴相器。
由于鉴相器310的鉴相输出包含高噪声，因此可以通过环路滤波器320进行平滑滤波，以获得载波频率估计
Figure BDA0002219141460000266
副载波频率估计
Figure BDA0002219141460000267
以及伪码频率估计
Figure BDA0002219141460000268
即
Figure BDA0002219141460000269
如图9所示，上述输出的估计结果返回第一导航信号相关处理装置100和单边带复数副载波调制信号相关处理装置200，通过对载波NCO、副载波NCO和伪码NCO进行修正，以本地复现第一导航信号和单边带复数副载波调制信号。
进一步地，根据载波频率估计
Figure BDA00022191414600002610
副载波频率估计
Figure BDA00022191414600002611
以及伪码频率估计
Figure BDA0002219141460000271
还可以获得载波相位估计
Figure BDA0002219141460000272
副载波相位估计
Figure BDA0002219141460000273
以及伪码相位估计
Figure BDA0002219141460000274
并且利用无模糊组合等方式可以通过副载波相位估计以辅助伪码相位估计，从而获取更精确的复合导航信号延迟估计。
可选地，还可以采用载波辅助伪码技术、副载波辅助伪码技术、载波辅助副载波技术等，以提高接收机在相应维度的估计精度。
下面结合一个实际应用场景对根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法及接收机进行性能分析。在该应用场景下，利用模拟信号源并按照BDS接口控制文档的规定生成一颗卫星所播发的B1复合导航信号，然后利用软件接收机对该复合导航信号进行跟踪处理，将输出观测量用于性能分析。这里，将相干积分时间恒定设为1ms，对于载波环，采用二阶锁频环辅助三阶锁相环，对于码环，采用二阶延迟锁定环路，对于副载波环，采用二阶锁相环方式，并且将码环和副载波环的环路带宽均设为1Hz。此外，还将码环的超前滞后间距设为0.2个码片。同时，作为对比对象，还分别单独地接收并跟踪处理BPSK(2)信号和BOC(1,1)信号以输出相应的观测量。
图10示出了独立处理BPSK(2)信号、独立处理BOC(1,1)信号和通过根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法处理SCBOC(14,2)信号的码相位测量误差均方差对比图。如图10所示，BPSK(2)信号和BOC(1,1)信号的码相位测量误差均方差在分米至米的量级，与此相对照的是，通过根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法处理SCBOC(14,2)信号的副载波维码相位测量误差均方差则处于厘米至分米的量级。这表明，通过根据本申请实施方式的复合导航信号接收方法及接收机，能够充分且有效地获取副载波所含有的高精度码相位测量特性以及大均方根带宽所带来的性能增益，将测距精度从分米/米级提高至厘米/分米级，极大地提高导航信号的测距性能。
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实施方式的复合导航信号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或其他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，还提供了存储此类计算机程序的机器可读存储器。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种复合导航信号接收方法，其中所述复合导航信号包括第一导航信号和第二导航信号，所述复合导航信号接收方法包括：
接收所述第一导航信号和所述第二导航信号，基于所述第一导航信号和所述第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号，确定所述单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
2.如权利要求1所述的复合导航信号接收方法，其中，以所述第一导航信号的载波作为所述单边带复数副载波调制信号的载波，以所述第二导航信号的伪随机码作为所述单边带复数副载波调制信号的伪随机码，并以所述第一导航信号的频谱中心频率与所述第二导航信号的频谱中心频率的差作为所述单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的频率。
3.如权利要求2所述的复合导航信号接收方法，其中，还以所述第二导航信号的功率作为所述单边带复数副载波调制信号的功率，并以所述第二导航信号的导航电文作为所述单边带复数副载波调制信号的导航电文。
4.如权利要求2或3所述的复合导航信号接收方法，还包括：
对所述第一导航信号和所述单边带复数副载波调制信号分别进行载波剥离和基带剥离，以获得第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值；以及
对所述第一导航信号相关值和所述单边带复数副载波调制信号相关值进行处理，以获得所述单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
5.如权利要求4所述的复合导航信号接收方法，其中，通过宽带方式接收所述第一导航信号和所述第二导航信号。
6.一种复合导航信号接收机，其中所述复合导航信号包括第一导航信号和第二导航信号，所述复合导航信号接收机接收所述第一导航信号和所述第二导航信号，基于所述第一导航信号和所述第二导航信号构建单边带复数副载波调制信号，确定所述单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
7.如权利要求6所述的复合导航信号接收机，所述复合导航信号接收机以所述第一导航信号的载波作为所述单边带复数副载波调制信号的载波，以所述第二导航信号的伪随机码作为所述单边带复数副载波调制信号的伪随机码，并以所述第一导航信号的频谱中心频率与所述第二导航信号的频谱中心频率的差作为所述单边带复数副载波调制信号的单边带复数副载波的频率。
8.如权利要求7所述的复合导航信号接收机，所述复合导航信号接收机还以所述第二导航信号的功率作为所述单边带复数副载波调制信号的功率，并以所述第二导航信号的导航电文作为所述单边带复数副载波调制信号的导航电文。
9.如权利要求7或8所述的复合导航信号接收机，所述复合导航信号接收机对所述第一导航信号和所述单边带复数副载波调制信号分别进行载波剥离和基带剥离，以获得第一导航信号相关值和单边带复数副载波调制信号相关值；以及
对所述第一导航信号相关值和所述单边带复数副载波调制信号相关值进行处理，以获得所述单边带复数副载波调制信号的副载波频率估计和相位估计。
10.如权利要求9所述的复合导航信号接收机，包括射频前端，所述射频前端以宽带方式接收所述第一导航信号和所述第二导航信号。
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