CN114217330A - 一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法 - Google Patents

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赵丙风
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Abstract

本发明提供了一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法，属于卫星导航领域。本发明首先对接收到的导航信号进行采样，并对采样数据进行计数，产生观测时标；在任意一个观测时标到来时，开始存储数字基带信号，并启动通用扩频码生成器产生扩频码序列，并存储到码存储器；当需要的数字基带信号缓存填满时，捕获模块读取存储器中的数字信号和扩频码进行相关运算；捕获结束发出中断信号，软件读取捕获结果，根据跟踪通道开启时的观测时标计数计算码相位延迟，同时根据捕获结果的多普勒信息补偿有多普勒对码相位造成的影响，使开启跟踪通道时的码相位更加精确，大大提高导航信号捕获转跟踪的成功率。

Description

一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，特别涉及一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法。
背景技术
信号捕获转跟踪处理是卫星导航信号处理的重要组成部分，用于实现对卫星扩频信号的快速粗略捕获，获得信号的码相位和载波多普勒频率的粗略估计，其性能将直接影响接收机的性能指标。导航信号捕获稳定转跟踪成功的概率较低，捕获结果直接用于跟踪环路时，实际的多普勒频率对码相位的影响将会导致跟踪环路无法成功跟踪信号。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法，可提高导航信号捕获稳定转跟踪成功的概率，使捕获结果能够直接用于跟踪环路。
本发明的目的通过以下技术方案来实现的：
一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法，包括以下步骤：
(1)对卫星发射的扩频导航信号进行下变频和AD采样，得到数字中频信号；
(2)对数字中频信号进行计数，在每个中频信号的上升沿将计数值加1，当计数达到软件配置的观测周期时清零并重新开始计数，同时产生观测时标，使观测时标计数加1；
(3)对数字中频信号进行数字下变频和低通滤波，然后抽取得到2倍扩频码速率的数字基带信号；
(4)在观测时标n时刻到来时，开始将数字基带信号存储到数据存储器中；同时扩频码发生器产生需要的扩频码序列，并存储到码存储器中；
(5)在数字缓存存满时，启动捕获模块开始读取存储器的数字基带信号和扩频码，并进行相关运算；
(6)捕获模块搜索完成后，在观测时标n+k和n+k+1之间计算出观测时标n时刻的数字基带信号对应的码相位和多普勒频率，然后捕获模块上报中断；其中，k为捕获模块搜索所耗的时间；
(7)软件响应中断，读取捕获模块上报的码相位和多普勒频率，软件推算出观测时标n+k+1时刻对应的准确的码相位，并在观测时标n+k+1时刻到来前完成跟踪通道的配置；
(8)在观测时标n+k+1时刻到来时，跟踪通道开始运行，完成捕获转跟踪。
进一步的，步骤(4)中的扩频码发生器用于产生阶数小于14阶的各种Gold码。
进一步的，步骤(7)中，为了准确的推算出观测时标n+k+1时刻对应的码相位，将多普勒频率在k+1个观测时标内造成的码相位进行补偿。
本发明与现有技术相比，所取得的有益效果为：
1、本发明通过观测时标的计数来准确地计算出转跟踪时的时间，从而精确地补偿转跟踪时的码相位，用于跟踪环路进行精确的目标跟踪。
2、本发明通过码相位偏移计算方法，精确补偿转跟踪时码相位的偏移值，实现捕获环路顺利转入跟踪阶段。
总之，本发明通过观测时标的计数来准确的计算出转跟踪时的时间，精确的补偿转跟踪时的码相位，用于跟踪环路进行精确的目标跟踪。通过码相位偏移计算方法，精确补偿转跟踪时码相位的偏移值，实现捕获环路顺利转入跟踪阶段。
附图说明
图1为本发明实施例中捕获转跟踪的流程图；
图2为本发明实施例中扩频码发生器的结构示意图；
图3为本发明实施例中K阶码发生器的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来对本发明作进一步的详细说明。
一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法，包括以下步骤：
(1)对卫星发射的扩频导航信号进行下变频和AD采样得到数字中频信号。
(2)对AD采样的数字中频信号进行计数，每个中频信号的上升沿将采样计数值加1，当采样计数达到软件配置的观测周期时清零并重新开始计数，同时产生观测时标，使观测时标计数加1。
实施例中，对于软件配置的观测时标周期是10毫秒，则观测周期的数值为AD采样速率×10毫秒。
(3)对数字中频信号进行数字下变频和低通滤波，然后抽取得到2倍扩频码速率的数字基带信号。
实施例中，对于北斗的B3I公开信号码速率为10.23MHz，滤波后的基带信号在经过抽取之后，得到2倍码速率20.46MHz的数字基带复信号。
(4)在某个观测时标n时刻到来时，开始将数字基带信号存储到数据存储器中；同时通用的扩频码发生器产生需要的扩频码序列，并存储到码存储器中。
实施例中，将8毫秒的数据(数据率为2.046MHz)存储到数据存储器中；由于B3I信号的扩频码周期为1毫秒，本地只需要产生1毫秒的扩频码，总共1ms×10.23MHz＝10230个码片，存储到码存储器中。
扩频码发生器可以产生阶数小于14阶的各种扩频码，兼容GPS L1C/A、B1I、B3I、GLONASS G1等多种扩频码。其结构如附图2所示。
其中软件可以对G1和G2移位寄存器分别配置下列参数：
生成多项式G1/G2 GenPoly，决定移位寄存器反馈抽头。
初相G1/G2 InitState，决定移位寄存器复位时的寄存器初始状态。
码周期长度G1/G2 CodeLength，决定在进行多少次移位操作之后将寄存器状态复位。
此外，软件还可以配置扩频码发生器的码周期长度CodeLength，在扩频码发生器输出相应的码片之后对G1/G2移位寄存器同时复位。
当实际需要的扩频码发生器阶数小于14阶的情况下，只使用14位移位寄存器的低位进行码产生。以需要的扩频码发生器为K阶为例，如附图3所示。
G1或G2的生成多项式GenPoly的低K位填写实际的生成多项式，高位填0。而G1或G2的初相InitState填写从实际的初相再向后推14-K拍之后的状态，也即14位InitState的高K位为K阶移位寄存器初相，低14-K位为第K到第14个输出码片。
(5)当数据缓存存满时，启动捕获模块开始读取存储器的数字基带信号和扩频码进行相关运算。
实施例中，在存储器中同时读取数据和扩频码，进行相关运算，进行1毫秒的相干积分，8次非相干积分。
(6)捕获模块搜索完成后(在观测时标n+k和n+k+1之间)，计算出观测时标n时刻(数据缓存起始位置)的数字基带信号对应的码相位和多普勒频率，然后捕获模块上报中断。
实施例中，软件读取所有捕获结果的最大值对应的数据缓存中的位置为M，最大值对应的码相位为0，从而可以计算出数据缓存起始位置的码相位
Figure BDA0003400798210000041
对于北斗B3I信号的伪码周期为10230，需要模到一个周期10230之内，计算方法为
Figure BDA0003400798210000042
上式中除2的操作，是因为数据缓存是按照2倍码速率进行缓存的。
(7)软件响应捕获中断，读取捕获结果上报的码相位和多普勒频率，软件推算出观测时标n+k+1时刻对应的准确的码相位，并在观测时标n+k+1时刻到来前完成跟踪通道的配置。
实施例中，读取捕获结果数据缓存起始位置的码相位为
Figure BDA0003400798210000043
载波多普勒为fdoppler,则计算观测时标n+k+1处的码相位
Figure BDA0003400798210000044
为：
Figure BDA0003400798210000045
其中tme祝s为观测时标间隔。对于北斗B3I信号的伪码周期为10230，还要将
Figure BDA0003400798210000051
模到一个周期10230之内。
(8)在观测时标n+k+1时刻到来时，跟踪通道开始运行，完成捕获转跟踪。
本方法中，步骤(2)为了便于软件推算开启跟踪通道时对应的码相位，捕获模块对观测时标进行计数，每个观测时标到来时自动加1。
步骤(4)中的扩频码发生器可以产生阶数小于14阶的各种Gold码。
步骤(7)中，为了准确的推算出观测时标n+k+1时刻对应的码相位，将多普勒频率在k+1个观测时标内造成的码相位进行补偿。
总之，本发明首先对接收到的导航信号进行采样，并对采样数据进行计数，产生观测时标；在任意一个观测时标到来时，开始存储数字基带信号，并启动通用扩频码生成器产生扩频码序列，并存储到码存储器；当需要的数字基带信号缓存填满时，捕获模块读取存储器中的数字信号和扩频码进行相关运算；捕获结束发出中断信号，软件读取捕获结果，根据跟踪通道开启时的观测时标计数计算码相位延迟，同时根据捕获结果的多普勒信息补偿有多普勒对码相位造成的影响，使开启跟踪通道时的码相位更加精确，大大提高导航信号捕获转跟踪的成功率。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照实例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对卫星发射的扩频导航信号进行下变频和AD采样，得到数字中频信号；
（2）对数字中频信号进行计数，在每个中频信号的上升沿将计数值加1，当计数达到软件配置的观测周期时清零并重新开始计数，同时产生观测时标，使观测时标计数加1；
（3）对数字中频信号进行数字下变频和低通滤波，然后抽取得到2倍扩频码速率的数字基带信号；
（4）在观测时标n时刻到来时，开始将数字基带信号存储到数据存储器中；同时扩频码发生器产生需要的扩频码序列，并存储到码存储器中；
（5）在数字缓存存满时，启动捕获模块开始读取存储器的数字基带信号和扩频码，并进行相关运算；
（6）捕获模块搜索完成后，在观测时标n+k和n+k+1之间计算出观测时标n时刻的数字基带信号对应的码相位和多普勒频率，然后捕获模块上报中断；其中，k为捕获模块搜索所耗的时间；
（7）软件响应中断，读取捕获模块上报的码相位和多普勒频率，软件推算出观测时标n+k+1时刻对应的准确的码相位，并在观测时标n+k+1时刻到来前完成跟踪通道的配置；
（8）在观测时标n+k+1时刻到来时，跟踪通道开始运行，完成捕获转跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法，其特征在于，步骤（4）中的扩频码发生器用于产生阶数小于14阶的各种Gold码。
3.根据权利要求1所述的一种基于观测时标计数的捕获转跟踪方法，其特征在于，步骤（7）中，为了准确的推算出观测时标n+k+1时刻对应的码相位，将多普勒频率在k+1个观测时标内造成的码相位进行补偿。
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