CN113447964B - 一种基于rnss辅助的rsmc接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RNSS辅助的RSMC接收方法，涉及北斗卫星导航领域。本发明通过利用RNSS辅助参数实现快速的捕获阶段，可以有效解决传统的无RNSS辅助的北斗接收机中，存在的捕获阶段消耗资源多的问题。另外，本发明方法还可以通过RNSS辅助提供的自身位置信息，降低卫星波束号盲搜成本，加速进入跟踪阶段。通过本发明方法，可以降低ASIC的成本、功耗以及资源和面积消耗，提升捕获跟踪速度。
Description
技术领域
本发明涉及北斗卫星导航领域，尤其是指一种基于RNSS辅助的RSMC接收方法。
背景技术
北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星定位导航系统，提供海、陆、空全方位的全球导航定位服务。为了实现RSMC（Regional Short Message Communication，区域短报文通信），北斗卫星应用终端必须经过卫星信号的捕获、跟踪、位同步、帧同步、数据解调、电文译码以及最终的通信解析。
在传统的无RNSS（Radio Navigation Satellite System，无线电导航卫星系统）辅助参数的北斗接收机中，存在两个问题。首先，卫星信号的捕获所需资源较多，耗时较久。如上文所述，卫星信号的捕获是所有信号处理的第一个步骤，该步骤往往决定了接收灵敏度、首次捕获时间等关键指标的性能。北斗卫星导航系统是基于码分多址的扩频通信系统，对于某颗卫星信号的捕获，传统方式需要针对该卫星通道，进行载波频率和伪码相位的二维搜索，如果区间设置过小，可能会导致捕获失败；如果搜索区间设置过大，则搜索需要的时间可能会越久。而且，不论区间如何设置，捕获模块通常都需要消耗一定的硬件资源，占用ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）的面积与功耗。其次，传统方式需要北斗接收机上配置高精度晶振作为本地时钟，这无疑提高了成本，对工作环境的稳定性要求也更为苛刻。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于RNSS辅助的RSMC接收方法，该方法能够根据RNSS模块输出的多种辅助信息，实现快速、低功耗的RSMC接收。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于RNSS辅助的RSMC接收方法，包括捕获阶段、跟踪阶段、位同步阶段和帧同步阶段；其中，捕获阶段的具体方式为：
获取RNSS模块输出的星历信息以及RNSS模块输出的自身的当前速度与位置；
利用星历信息计算出北斗卫星的当前速度与位置；
根据RNSS模块的当前速度与位置以及北斗卫星的当前速度与位置，得到北斗卫星与RNSS模块之间的径向速度，并根据根据该径向速度推算出载波信号的多普勒频率偏移；
根据RNSS模块的当前位置以及北斗卫星的当前位置，得到北斗卫星与RNSS模块之间的距离，并根据该距离推算出载波信号的码相位；
完成对北斗卫星的捕获。
进一步的，跟踪阶段的具体方式为：
获取被捕获北斗卫星各波束的信号投射点，根据RNSS模块的当前位置，计算出该北斗卫星的当前可见波束号，通过对比找出其中的最佳波束号，对最佳波束号的波束展开跟踪。
进一步的，RSMC接收过程中，获取RNSS模块输出的1PPS信号，根据该1PPS信号统计出本地晶振的频率偏移，从而对本地晶振进行校正，并将校正后的晶振信号用于RSMC接收。
本发明采用上述技术方案所取得的有益效果为：
（1）本发明可省略现有技术中的卫星捕获模块，并提高卫星捕获的速度，从而降低ASIC的面积、功耗和成本。
（2）进一步的，本发明能够减少最佳波束号盲搜代价，加速进入跟踪阶段。
（3）进一步的，本发明采用RNSS模块输出的1PPS信号对晶振进行频率校正，无需本地晶振具有较高的精度，从而可以使用低性能级别的本地晶振，降低了成本。
附图说明
图1是本发明实施例中利用RNSS辅助信息，计算卫星信号的载波多普勒频率偏移的流程。
图2是本发明实施例中利用RNSS辅助信息，计算卫星信号的码相位的流程。
图3是本发明实施例中利用RNSS辅助信息，计算卫星的最佳波束号的流程。
图4是本发明实施例中利用RNSS辅助信息，计算本地晶振的频率偏移的流程。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
一种基于RNSS辅助的RSMC接收方法，包括捕获阶段、跟踪阶段、位同步阶段和帧同步阶段。该方法能够根据RNSS模块输出的多种辅助信息，实现快速、低功耗的RSMC接收。
对于捕获阶段，可利用RNSS辅助信息，计算卫星信号的载波多普勒频率偏移和码相位。RNSS模块可以输出自身的当前速度与位置，又可以输出星历信息，RSMC模块利用星历信息可以计算出该卫星的当前速度与位置，二者之间的径向速度可以进而推算出载波信号多普勒频率偏移；另外，RNSS模块还可以输出自身的当前位置，RSMC模块利用星历信息可以计算出该卫星的当前位置，根据二者之间的距离，可以进而推算出载波信号码相位；载波多普勒频率偏移和码相位是捕获阶段需要计算的重要参数，利用RNSS辅助信息，可以直接得到这些参数，进入跟踪阶段。
计算卫星信号的载波多普勒频率偏移的流程如图1所示，包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出自身当前速度信息与位置信息/>，RSMC模块取该信息备用；
（2）RNSS模块输出星历信息，RSMC模块据此计算出目标卫星当前速度与当前位置；
（3）RSMC模块根据速度和/>进行运算，得出自身与目标卫星之间的径向速度/>，其值的计算方式如下：
（4）RSMC模块根据自身与目标之间的径向速度，计算得出目标卫星信号的载波多普勒频率偏移/>，计算方式如下：
其中：为光速，/>为载波中心频点。
计算卫星信号的码相位的流程如图2所示，包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出自身当前位置信息，RSMC模块取该信息备用；
（2）RNSS模块输出星历信息，RSMC模块据此计算出目标卫星当前位置；
（3）RSMC模块根据位置和/>进行运算，得出自身与目标卫星之间的距离/>，计算方式如下：
（4）RSMC模块根据自身与目标之间的距离，计算得出目标卫星信号的码相位/>，计算方式如下：
其中：T为当前时间，c为光速，为码率。
对于跟踪阶段，可利用RNSS辅助信息，计算卫星的最佳波束号，减少盲搜的代价，从而实现该阶段的加速。RNSS模块可以输出自身的当前位置，由于卫星多个波束的信号投射点是固定的，所以RSMC模块利用自身的位置信息可以计算出该卫星的当前可见波束号并对比出其中的最佳波束号，直接对该波束展开跟踪，相比较于传统的盲搜，大幅提升了速度。
计算卫星最佳波束号的流程如图3所示，包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出自身当前位置信息，进而得出其经纬度信息，RSMC模块取该信息备用；
（2）RSMC模块获取当前可见卫星波束的固定投射点位置信息对应经纬度；
（3）RSMC模块计算自身与可见卫星波束投射点位置水平距离，计算方式如下：
（4）RSMC模块在当前可见卫星波束投射点中选取距离最近的，即对应的卫星波束号，作为最佳波束号。
该方法的位同步阶段和帧同步阶段与现有技术相同，此处不再赘述。
此外，利用RNSS模块输出的精准的1PPS信号，RSMC模块可以统计出本地晶振的频率偏移，进而降低了对本地晶振的精度要求。
计算本地晶振的频率偏移的流程如图4所示，包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出精准的1PPS信号 ，RSMC模块将其引入作为计时信号，在每个/> 信号到来的时间间隔中，对本地晶振频率脉冲个数进行锁存，得到锁存值；
（2）RSMC模块根据本地晶振频率1PPS信号间隔锁存值，计算得出本地晶振的频率偏移/>，计算方式如下：
其中， 为本地晶振基准频率，/>为适当的1PPS信号累计次数。
总之，本发明充分利用了北斗接收机中集成的GPS等RNSS模块，使RSMC复用RNSS模块输出的信息，从而简化设计，降低成本和功耗，提高捕获速度，用更低成本实现性能更优的RSMC模块。具体来说，RSMC模块可以通过运算得到载波频率和码相位，跳过捕获阶段，直接进入跟踪流程，从而提高捕获速度，降低ASIC的面积和功耗。此外，在有RNSS辅助信息的情况下，RSMC模块还可以直接计算精确本地晶振偏差，所以对于本地晶振的精度要求大为降低，降低了成本。
在ASIC设计领域，成本、面积和功耗至关重要。本发明方法可以大幅度降低芯片的面积和功耗，无论是对终端模块级设计，还是芯片级设计，均具有非常重要的意义。
Claims (1)
1.一种基于RNSS辅助的RSMC接收方法，包括捕获阶段、跟踪阶段、位同步阶段和帧同步阶段；其特征在于，捕获阶段的具体方式为：
获取RNSS模块输出的星历信息以及RNSS模块输出的自身的当前速度与位置；
利用星历信息计算出北斗卫星的当前速度与位置；
根据RNSS模块的当前速度与位置以及北斗卫星的当前速度与位置，得到北斗卫星与RNSS模块之间的径向速度，并根据该径向速度推算出载波信号的多普勒频率偏移，包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出自身当前速度信息与位置信息/>，RSMC模块取该信息备用；
（2）RNSS模块输出星历信息，RSMC模块据此计算出目标卫星当前速度与当前位置/>；
（3）RSMC模块根据速度和/>进行运算，得出自身与目标卫星之间的径向速度/>，其值的计算方式如下：
（4）RSMC模块根据自身与目标之间的径向速度，计算得出目标卫星信号的载波多普勒频率偏移/>，计算方式如下：
其中：为光速，/>为载波中心频点；
根据RNSS模块的当前位置以及北斗卫星的当前位置，得到北斗卫星与RNSS模块之间的距离，并根据该距离推算出载波信号的码相位，包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出自身当前位置信息，RSMC模块取该信息备用；
（2）RNSS模块输出星历信息，RSMC模块据此计算出目标卫星当前位置；
（3）RSMC模块根据位置和/>进行运算，得出自身与目标卫星之间的距离/>，计算方式如下：
（4）RSMC模块根据自身与目标之间的距离，计算得出目标卫星信号的码相位/>，计算方式如下：
其中：T为当前时间，c为光速，为码率；
完成对北斗卫星的捕获；
跟踪阶段的具体方式为：
获取被捕获北斗卫星各波束的信号投射点，根据RNSS模块的当前位置，计算出该北斗卫星的当前可见波束号，通过对比找出其中的最佳波束号，对最佳波束号的波束展开跟踪；找出最佳波束号包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出自身当前位置信息，进而得出其经纬度信息，RSMC模块取该信息备用；
（2）RSMC模块获取当前可见卫星波束的固定投射点位置信息对应经纬度；
（3）RSMC模块计算自身与可见卫星波束投射点位置水平距离，计算方式如下：
（4）RSMC模块在当前可见卫星波束投射点中选取距离最近的，即对应的卫星波束号，作为最佳波束号；
RSMC接收过程中，获取RNSS模块输出的1PPS信号，根据该1PPS信号统计出本地晶振的频率偏移，从而对本地晶振进行校正，并将校正后的晶振信号用于RSMC接收；统计本地晶振的频率偏移包括以下步骤：
（1）RNSS模块输出精准的1PPS信号，RSMC模块将其引入作为计时信号，在每个/>信号到来的时间间隔中，对本地晶振频率脉冲个数进行锁存，得到锁存值/>；
（2）RSMC模块根据本地晶振频率1PPS信号间隔锁存值，计算得出本地晶振的频率偏移，计算方式如下：
其中， 为本地晶振基准频率，/>为1PPS信号累计次数。
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