CN113075701B - 具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法及模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法及模块，该方法包括：确定相位基准和幅度基准；根据相位基准和幅度基准得到天线阵列中各个阵子和每个射频通道对应的相位差和幅度比；计算每个角度相位差的平均值作为相位补偿量以及计算对应的幅度比的平均值作为幅度补偿量；根据所述相位补偿量和所述幅度补偿量对合成后的信号波函数进行补偿得到合成波函数。本发明的具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法通过对幅度和相位进行补偿，确保误差消除到极低，从而使得合成后信号质量较合成前信号质量有较大提高，能够在满足RTK及码伪距差分定位要求的同时不降低其抗干扰性能。

Description

具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法及模块
技术领域
本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法及模块。
背景技术
RTK及码伪距差分定位功能要求其卫星信号接收天线具有1个高精度卫星信号接收天线接收卫星信号，该天线应具有相位中心稳定度高、天线轴比小、增益较好且不圆度较小的特点；抗干扰功能要求天线组阵接收卫星信号，且为达到较好的抗干扰性能，天线阵列中的各个接收阵元间距应不大于接收信号的半波长。此时，天线阵列中各个阵元的近场存在一定的交叠现象，导致单个阵元的相位中心稳定度、轴比、增益和不圆度指标下降，影响RTK及码伪距差分定位功能。并且随着天线阵列尺寸的减小，RTK及码伪距差分定位功能和抗干扰性能间的矛盾会更加突出。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法及模块。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法，包括：
确定相位基准和幅度基准；
根据相位基准和幅度基准得到天线阵列中各个阵子和每个射频通道的各个角度相位差和对应的幅度比；
计算每个角度相位差的平均值作为相位补偿量以及计算对应的幅度比的平均值作为幅度补偿量；
根据所述相位补偿量和所述幅度补偿量对合成后的信号波函数进行补偿得到补偿波函数。
在一个具体实施方式中，所述通道数为四个，四个通道的信号波函数为：
Figure GDA0004108373220000021
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA00041083732200000210
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
在一个具体实施方式中，所述补偿函数为：
Figure GDA0004108373220000022
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA0004108373220000023
表示第二通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000024
表示第三通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000025
表示第四通道相位补偿量，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第二通道初始幅度，
Figure GDA0004108373220000026
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000027
表示第三通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000028
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000029
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
本发明同时提供了一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收模块，包括：
基准量确定单元，用于确定相位基准和幅度基准；
处理单元，用于根据相位基准和幅度基准得到天线阵列中各个阵子和每个射频通道的各个角度相位差和对应的幅度比；
补偿量计算单元，用于计算每个角度相位差的平均值作为相位补偿量以及计算对应的幅度比的平均值作为幅度补偿量；
波函数计算单元，用于根据所述相位补偿量和所述幅度补偿量对合成后的信号波函数进行补偿得到补偿波函数。
在一个具体实施方式中，所述通道数为四个，四个通道的信号波函数为：
Figure GDA0004108373220000031
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA0004108373220000032
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
在一个具体实施方式中，所述补偿函数为：
Figure GDA0004108373220000033
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA0004108373220000041
表示第二通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000042
表示第三通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000043
表示第四通道相位补偿量，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第二通道初始幅度，
Figure GDA0004108373220000044
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000045
表示第三通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000046
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000047
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
本发明的有益效果：
本发明的具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法通过对幅度和相位进行补偿，确保误差消除到极低，从而使得合成后信号质量较合成前信号质量有较大提高，能够在满足RTK及码伪距差分定位要求的同时不降低其抗干扰性能。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的AD采样信号波形图；
图3是本发明实施例提供的数字下变频后信号波形图；
图4是本发明实施例提供的一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收模块框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法流程示意图，包括：
确定相位基准和幅度基准；相位基准和幅度基准一般可以根据实际情况进行选择；
根据相位基准和幅度基准得到天线阵列中各个阵子和每个射频通道的各个角度相位差和对应的幅度比；
计算每个角度相位差的平均值作为相位补偿量以及计算对应的幅度比的平均值作为幅度补偿量；
根据所述相位补偿量和所述幅度补偿量对合成后的信号波函数进行补偿得到合成波函数，该合成波函数为消除了固有误差的精确的函数。
为了更清楚的展示本发明的方法，本实施例作出如下推导：
天线振子接收到卫星信号可用波函数式(1)表示：
S(t)＝D(t)·C(t)·cos(2πfst+θ)···············(1)，
式中D表示信息数据，C表示伪随机码，fs表示信号频率，t表示时间，θ表示初始相位。
当信号经射频通道混频器变频后，其信号波函数变为式(2)形式：
Si(t)＝D(t)·C(t)·cos(2πfst+θ)·cos(2πfbt)
＝D(t)·C(t)·(cos(2π(fs+fb)t+θ)+cos(2π(fs-fb)t+θ))/2··········(2)
然后通过带通滤波器，将信号镜频部分滤除，此时信号的波函数变为式(3)形式：
Si(t)＝D(t)·C(t)·cos(2πfit+θ)···············(3)
此信号即射频组件下变频通道输出信号，也是AD采样信号的波函数，此信号典型波形图如图2所示。
当AD采样后信号变为数字信号，此时通过算法对信号进行数字下变频运算，信号波函数变为式(4)形式：
Figure GDA0004108373220000061
此时信号典型波形图如图3所示。
最后通过数字低通滤波器处理信号。信号的波函数为式(5)所示：
Figure GDA0004108373220000062
考虑到天线振子增益、射频通道增益以及采样幅度误差，式(5)应写为：
Figure GDA0004108373220000063
由上式可得，除通道中各器件产生的噪声带来的误差外(噪声差无法在波动方程中体现)，影响信号质量的仅幅度A及相位θ两个参数。
幅度A及相位θ两个参数的数值受到以下7项指标的影响：
振子增益：振子增益差别会导致幅度A数值产生固定差；
振子圆度：振子圆度差别会导致幅度A数值产生非固定差，该差值随信号入射角变化而变化；
振子相位：振子相位变化会导致相位θ产生非固定差，该差值随信号入射角变化而变化；
振子位置：振子位置的不同会导致相位θ产生固定偏差；
通道增益：通道增益差别会导致幅度A数值产生固定差；
通道时延：通道时延差别会导致相位θ产生固定偏差；
采样误差：采样误差会导致幅度A数值产生固定差；
以第一BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)B3通道的信号波函数为比较基准，则四个通道的相位差可表示为式(7)：
Figure GDA0004108373220000071
分别对二、三、四通道的各角度相位差分别取均值，如式(8)所示，用于各个通道相位补偿。
Figure GDA0004108373220000072
补偿后可完全消除抗干扰天线的天线振子、射频组件、AD采样等各部分对信号造成的固定误差。由于天线振子相位差为非固定差，其差值随信号入射角变化而变化。相位补偿后，各个通道对一通道的相位差不会完全消除，会有一定相位差残留，如式(9)所示：
Figure GDA0004108373220000073
同理，以一通道幅度值为比较基准值，四个通道的幅度比可表示为式(10)所示：
Figure GDA0004108373220000074
分别对二、三、四通道对一通道的幅度比值取平均值，如式(11)所示，作为补偿量。
Figure GDA0004108373220000081
补偿后可完全消除抗干扰天线的天线振子、射频组件、AD采样等各部分对信号幅度造成的固定误差。由于振子圆度带来的信号幅度误差为非固定差，随卫星信号的入射角变化而变化。各通道信号幅度补偿后不能完全归一，存在一定幅度残差，如式(12)所示：
Figure GDA0004108373220000082
四个通道的信号波函数可表示为(13)样式：
Figure GDA0004108373220000083
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA0004108373220000084
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
在一个具体实施方式中，四个通道合成后的信号波函数(即补偿函数)见式(14)所示：
Figure GDA0004108373220000091
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA0004108373220000092
表示第二通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000093
表示第三通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000094
表示第四通道相位补偿量，A1表示第二通道初始幅度(相对第一通道归一化)，A2表示第三通道初始幅度(相对第一通道归一化)，A3表示第二通道初始幅度(相对第一通道归一化)，
Figure GDA0004108373220000095
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000096
表示第三通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000097
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000098
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
本发明的具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法通过对幅度和相位进行补偿，确保误差消除到极低，从而使得合成后信号质量较合成前信号质量有较大提高，能够在满足RTK及码伪距差分定位要求的同时不降低其抗干扰性能。
本发明同时提供了一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收模块，请参见图4，包括：
基准量确定单元，用于确定相位基准和幅度基准；
处理单元，用于根据相位基准和幅度基准得到天线阵子每个通道的各个角度相位差和对应的幅度比；
补偿量计算单元，用于计算每个角度相位差的平均值作为相位补偿量以及计算对应的幅度比的平均值作为幅度补偿量；
波函数计算单元，用于根据所述相位补偿量和所述幅度补偿量对合成后的信号波函数进行补偿得到补偿波函数。
在一个具体实施方式中，所述通道数为四个，四个通道的信号波函数为：
Figure GDA0004108373220000101
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第二通道初始幅度，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA00041083732200001010
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
在一个具体实施方式中，所述补偿函数为：
Figure GDA0004108373220000102
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure GDA0004108373220000103
表示第二通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000104
表示第三通道相位补偿量，
Figure GDA0004108373220000105
表示第四通道相位补偿量，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第二通道初始幅度，
Figure GDA0004108373220000106
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000107
表示第三通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000108
表示第二通道幅度补偿量，
Figure GDA0004108373220000109
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“系统”。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收方法，其特征在于，包括：
确定相位基准和幅度基准；
根据相位基准和幅度基准得到天线阵列中各个阵子和每个射频通道的各个角度相位差和对应的幅度比；
计算每个角度相位差的平均值作为相位补偿量以及计算对应的幅度比的平均值作为幅度补偿量；
根据所述相位补偿量和所述幅度补偿量对合成后的信号波函数进行补偿得到合成波函数；
通道数为四个，四个通道的信号波函数为：
Figure FDA0004108373210000011
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第四通道初始幅度，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure FDA0004108373210000012
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率；
补偿函数为：
Figure FDA0004108373210000013
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure FDA0004108373210000021
表示第二通道相位补偿量，
Figure FDA0004108373210000022
表示第三通道相位补偿量，
Figure FDA0004108373210000023
表示第四通道相位补偿量，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第四通道初始幅度，
Figure FDA0004108373210000024
表示第二通道幅度补偿量，
Figure FDA0004108373210000025
表示第三通道幅度补偿量，
Figure FDA0004108373210000026
表示第四通道幅度补偿量，
Figure FDA0004108373210000027
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
2.一种具有差分定位和抗干扰功能的卫星信号接收模块，其特征在于，包括：
基准量确定单元，用于确定相位基准和幅度基准；
处理单元，用于根据相位基准和幅度基准得到天线阵列中各个阵子和每个射频通道的各个角度相位差和对应的幅度比；
补偿量计算单元，用于计算每个角度相位差的平均值作为相位补偿量以及计算对应的幅度比的平均值作为幅度补偿量；
波函数计算单元，用于根据所述相位补偿量和所述幅度补偿量对合成后的信号波函数进行补偿得到合成波函数；
通道数为四个，四个通道的信号波函数为：
Figure FDA0004108373210000028
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第四通道初始幅度，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure FDA0004108373210000029
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率；
补偿函数为：
Figure FDA0004108373210000031
其中，D(t)表示t时刻的信息数据，C(t)表示t时刻的伪随机码，t表示时刻，θ1表示第二通道初始相位，θ2表示第三通道初始相位，θ3表示第四通道初始相位，
Figure FDA0004108373210000032
表示第二通道相位补偿量，
Figure FDA0004108373210000033
表示第三通道相位补偿量，
Figure FDA0004108373210000034
表示第四通道相位补偿量，A1表示第二通道初始幅度，A2表示第三通道初始幅度，A3表示第四通道初始幅度，
Figure FDA0004108373210000035
表示第二通道幅度补偿量，
Figure FDA0004108373210000036
表示第三通道幅度补偿量，
Figure FDA0004108373210000037
表示第四通道幅度补偿量，
Figure FDA0004108373210000038
表示信号频率补偿值，fi表示信号频率。
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