CN114296109A - 一种gnss信号切片导航数据的基带处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法和系统，本方法包括：获取由GNSS卫星发送的导航数据，经处理后得到数字导航数据；经切片处理，得到切片导航数据，并进一步得到频域切片数据；与频域本地数据结合，得到相关积分值，用以判断导航数据是否有效。本系统包括数据采集模块、数据切片模块、频域数据处理模块、数据分析模块；数据采集模块用于得到数字导航数据；数据切片模块用于得到切片导航数据；频域数据处理模块用于得到频域切片数据；数据分析模块用于判断导航数据是否有效。本申请不仅提取出了精确有效的导航数据，而且修复了不完整的导航数据，实现了实时全天候弱信号接收，保障了导航系统的稳定、有效。

Description

一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法和系统

技术领域

本申请属于高精度GNSS导航定位技术领域，具体涉及一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法和系统。

背景技术

全球卫星定位系统能全天候地、实时地为人们提供位置、测速和授时服务。但是，在城市街道、森林或者室内环境等受到阻挡的环境下，卫星信号强度会大幅减弱，甚至出现卫星信号不及其他干扰信号强度的情况，此时，导航接收设备就难以获得精准的定位信息。

导航信号的弱化甚至中断，将直接导致导航失败，是导航系统失去效用。如何在微弱、甚至掺杂大量干扰信号的情况下，依然能够实现导航功能，成为本领域的研究重点。

发明内容

本申请提出了一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法和系统，先对接收到的导航数据进行处理，然后根据预设的本地载波查找表和本地C/A码查找表，核对该导航数据是否为有效数据，如果数据有效，则该导航数据用于导航功能，如果无效，则修正该导航数据后再用于导航。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，包括如下步骤：

获取由GNSS卫星发送的导航数据，对所述导航数据进行滤波和A/D转换处理，得到数字导航数据；

对所述数字导航数据进行切片处理，得到若干个切片导航数据，并暂存所述切片导航数据；

基于所述切片导航数据，得到频域切片数据；

利用本地载波查找表和本地C/A码查找表生成频域本地数据；

获取所述频域切片数据和所述频域本地数据的相关值，并基于所述相关值得到相关积分值；

若所述相关积分值大于预设阈值，则该切片导航数据为有效数据，当所有的切片导航数据均为有效数据时，所述数字导航数据为有效数据，完成导航数据的接收。

可选的，若所述相关积分值小于预设阈值，则该切片导航数据为无效数据，标记该切片导航数据为无效切片数据，并处理下一个切片导航数据，当下一个切片导航数据为有效数据时，对该有效导航数据和上一个有效导航数据进行均值处理，生成均值导航数据，使用所述均值导航数据替换所述无效切片数据，并标记该均值导航数据为有效的切片导航数据。

可选的，得到所述数字导航数据的方法包括：

对所述导航数据进行信号增益处理；

对增益后的导航数据进行平滑滤波处理；

对平滑滤波处理后的导航数据进行A/D转换，得到所述数字导航数据。

可选的，按照预设的时间间隔对所述数字导航数据进行切片处理，得到所述切片导航数据。

可选的，基于所述切片导航数据，使用快速傅里叶变换法，得到所述频域切片数据。

可选的，得到所述频域本地数据的方法包括：

基于所述本地载波查找表生成本地复现数据，基于所述本地C/A码查找表生成本地C/A码；

基于所述本地复现数据和所述本地C/A码，生成本地码；

对所述本地码进行快速傅里叶变换，将其变换到频域，得到所述频域本地数据。

可选的，得到所述相关积分值的方法包括：

取所述频域本地数据的复共轭数据，与所述频域本地数据进行乘运算，并对所述乘运算的结果进行反傅里叶变换，得到所述频域切片数据和所述频域本地数据的所述相关值；

对所述相关值进行相关积分，得到所述相关积分值。

另一方面，为实现上述目的，本申请还提出了一种GNSS信号切片导航数据的基带处理系统，包括数据采集模块、数据切片模块、频域数据处理模块、数据分析模块；

所述数据采集模块用于获取由GNSS卫星发送的导航数据，并对所述导航数据进行滤波和A/D转换处理，得到数字导航数据；

所述数据切片模块用于对所述数字导航数据进行切片处理，得到若干个切片导航数据，并暂存所述切片导航数据；

所述频域数据处理模块用于基于所述切片导航数据，得到频域切片数据；

所述数据分析模块用于根据预设的本地载波查找表和本地C/A码查找表生成频域本地数据，并接收所述频域切片数据，得到所述频域切片数据和所述频域本地数据的相关积分值，若所述相关积分值大于预设阈值，则该切片导航数据为有效数据，当所有的切片导航数据均为有效数据时，所述数字导航数据为有效数据。

可选的，所述数据采集模块包括接收单元、增益单元、滤波单元和A/D转换单元；

所述接收单元采用螺旋右旋圆极化天线，所述接收单元用于接收由卫星发送的所述导航数据；

所述增益单元用于对所述导航数据进行信号增益处理；

所述滤波单元用于对增益后的导航数据进行平滑滤波处理；

所述A/D转换单元用于对平滑滤波处理后的导航数据进行A/D转换，得到所述数字导航数据。

可选的，所述数据分析模块包括本地载波查找表单元、本地C/A码查找表单元、积分单元、标记单元和输出单元；

所述本地载波查找表单元和所述本地C/A码查找表单元用于生成频域本地数据；

所述积分单元用于根据频域本地数据和所述频域切片数据，得到所述频域切片数据和所述频域本地数据的相关积分值；

所述标记单元用于对所述相关积分值与预设阈值进行比较，当所述相关积分值大于预设阈值时，标记该切片导航数据为有效数据，当所述相关积分值小于预设阈值时，标记该切片导航数据为无效数据；

所述标记单元还用于修改标记为无效数据的切片导航数据；

所述输出单元用于根据切片导航数据的标记结果，输出有效的导航数据。

本申请的有益效果为：

本申请公开了一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法和系统，首先对接收到的导航数据数字化进行处理，使导航数据清晰明了，然后根据预设的本地载波查找表和本地C/A码查找表，核对该导航数据是否为有效数据，如果数据有效，则该导航数据用于导航功能，如果无效，则修正该导航数据后再用于导航，不仅提取出了精确有效的导航数据，而且修复了不完整的导航数据，实现了实时全天候弱信号接收，保障了导航系统的稳定、有效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一的GNSS信号切片导航数据的基带处理方法流程示意图；

图2为本申请实施例二的GNSS信号切片导航数据的基带处理系统结构示意图。

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。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，为本申请实施例一的GNSS信号切片导航数据的基带处理方法流程示意图，主要包括一下步骤：

首先，获取由GNSS卫星发送的导航数据，对导航数据进行滤波和A/D转换处理，得到数字导航数据。

在本实施中，由于接收到的是非常微弱的导航信号，因此这些导航数据是夹杂着非常多的干扰信号和干扰数据中的，所以需要首先对这些信号先进行增益处理，使所有的信号和数据更加清楚。

增益处理后，正常的导航数据会被增益放大，而干扰数据也会同时获得增益，所以需要对导航数据进行平滑滤波处理，抑制明显的干扰数据和干扰信号。

随后，将滤波后的数据转换成数字形式，得到数字导航数据。

如前述，由于接收到的是微弱的数据，所以可能会出现数据不完整的情况，这样后期的导航过程就会造成数据错误，进而直接导致导航错误。因此，每一组导航数据必须要保证完整且准确。所以，在本实施例中，按时间将导航数据进行切片划分，得到一组切片导航数据，并暂存这组数据。切片时长，需要根据需导航物体的移动速度计算，例如，可以根据每移动10米需要的时间为切片时长，即，如果每移动10米需要1秒钟，则以1秒钟做为切片时长，移动速度越快，切片时长越短，但是切片时长最长不超过1秒，最短不少于0.1秒。通过判断每一个切片数据是否正常有效，从而判断整组数据是否正常有效，若某些切片数据出错，则可以通过修正出错的切片数据，完善整组数据，从而进行有效的导航。

在本实施例中，判断切片数据是否正常有效，采用频域值进行判断，使用快速傅里叶变换法，将每一个切片导航数据转换成频域值，得到每一个切片导航数据的频域切片数据。

在本实施例中，通过频域本地数据进行判断数据判断，频域本地数据通过本地载波查找表和本地C/A码查找表得到，具体的，基于本地载波查找表生成本地复现数据，基于本地C/A码查找表生成本地C/A码，二者相乘，乘积作为本地码，对本地码进行快速傅里叶变换，将其变换到频域，从而得到频域本地数据。

随后，取频域本地数据的复共轭数据，与频域本地数据进行乘运算，并对乘运算的结果进行反傅里叶变换，得到频域切片数据和频域本地数据的相关值；对相关值进行相关积分处理，即相关值分块累加，并将各数据块对应位置的相关值进行累加，获得相关积分值。

若相关积分值大于预设阈值，则该切片导航数据为有效数据，当所有的切片导航数据均为有效数据时，整组数字导航数据为有效数据，此时该导航数据可进入导航信息处理流程。

如前所述，导航数据中可能存在部分数据不完整的情况，导致整组数据不能使用，使得导航数据不能用于导航处理。为此，在本实施例中，首先对出错的切片导航数据标记为无效数据，然后对下一个切片数据进行有效性判断，当判断下一切片数据有效时，将下一个切片数据与上一个有效的切片数据进行均值处理，生产一个均值导航数据，并替换刚刚那个标记为无效的切片数据，使切片数据的有效性得以延续。但如果接下来的几个切片数据都被判定为无效数据，则直到出现有效的切片数据时，再与最近的上一个有效切片数据做均值处理，将该均值数据替换这些无效数据，以得到一组完整的有效的导航数据。但是，如果连续无效的切片数据数量超过整组切片数据数量的一半，则该组数据视为无效数据，重新开始处理接收到的下一组导航数据。

实施例二

如图2所示，为本申请实施例二的GNSS信号切片导航数据的基带处理系统结构示意图，主要包括数据采集模块、数据切片模块、频域数据处理模块、数据分析模块。

下面具体介绍各个模块的主要功能和结构：

数据采集模块用于获取由GNSS卫星发送的导航数据，并对导航数据进行滤波和A/D转换处理，得到数字导航数据。

在本实施例中，数据采集模块由接收单元、增益单元、滤波单元和A/D转换单元组成。具体的，接收单元采用螺旋右旋圆极化天线，接收单元用于接收由GNSS卫星发送的导航数据；增益单元用于对导航数据进行信号增益处理；滤波单元用于对增益后的导航数据进行平滑滤波处理；A/D转换单元用于对平滑滤波处理后的导航数据进行A/D转换，得到数字导航数据。

数据切片模块用于对数字导航数据进行切片处理，得到若干个切片导航数据，并暂存切片导航数据。

进行切片处理的目的，是由于接收到的都是微弱的数据，可能会出现数据不完整的情况，这样后期的导航过程就会造成数据错误，进而直接导致导航错误。因此，每一组导航数据必须要保证完整且准确。在本实施例中，按时间将导航数据进行切片划分，得到一组切片导航数据，并暂存这组数据。通过判断每一个切片数据是否正常有效，从而判断整组数据是否正常有效，若某些切片数据出错，则可以通过修正出错的切片数据，完善整组数据，从而进行有效的导航。

频域数据处理模块用于对切片导航数据进行快速傅里叶变换，将其变换到频域，得到频域切片数据。

数据分析模块用于根据预设的本地载波查找表和本地C/A码查找表生成频域本地数据，并接收频域切片数据，得到频域切片数据和频域本地数据的相关积分值，若相关积分值大于预设阈值，则该切片导航数据为有效数据，当所有的切片导航数据均为有效数据时，数字导航数据为有效数据。

在本实施例中，数据分析模块由本地载波查找表单元、本地C/A码查找表单元、积分单元、标记单元和输出单元组成。

具体的，本地载波查找表单元使用本地载波查找表生成本地复现数据，本地C/A码查找表单元使用本地C/A码查找表生成本地C/A码，二者相乘，乘积作为本地码，对本地码进行快速傅里叶变换，将其变换到频域，从而得到频域本地数据。

积分单元用于根据频域本地数据和频域切片数据，得到频域切片数据和频域本地数据的相关积分值。具体过程包括：取频域本地数据的复共轭数据，与频域本地数据进行乘运算，并对乘运算的结果进行反傅里叶变换，得到频域切片数据和频域本地数据的相关值；对相关值进行相关积分处理，即相关值分块累加，并将各数据块对应位置的相关值进行累加，获得相关积分值。

标记单元用于对相关积分值与预设阈值进行比较，当相关积分值大于预设阈值时，标记该切片导航数据为有效数据，当相关积分值小于预设阈值时，标记该切片导航数据为无效数据。此时，标记单元还用于修改标记为无效数据的切片导航数据。具体方法包括：首先对出错的切片导航数据标记为无效数据，然后对下一个切片数据进行有效性判断，当判断下一切片数据有效时，将下一个切片数据与上一个有效的切片数据进行均值处理，生产一个均值导航数据，并替换刚刚那个标记为无效的切片数据，使切片数据的有效性得以延续。但如果接下来的几个切片数据都被判定为无效数据，则直到出现有效的切片数据时，再与最近的上一个有效切片数据做均值处理，将该均值数据替换这些无效数据。但是，如果连续无效的切片数据数量超过整组切片数据数量的一半，则该组数据视为无效数据，重新开始处理接收到的下一组导航数据。

当所有的切片导航数据均为有效数据时，则整组数字导航数据均为有效数据，此时输出单元将该导航数据输出至后续的导航信息处理流程。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取由GNSS卫星发送的导航数据，对所述导航数据进行滤波和A/D转换处理，得到数字导航数据；

对所述数字导航数据进行切片处理，得到若干个切片导航数据，并暂存所述切片导航数据；

基于所述切片导航数据，得到频域切片数据；

利用本地载波查找表和本地C/A码查找表生成频域本地数据；

获取所述频域切片数据和所述频域本地数据的相关值，并基于所述相关值得到相关积分值；

若所述相关积分值大于预设阈值，则该切片导航数据为有效数据，当所有的切片导航数据均为有效数据时，所述数字导航数据为有效数据，完成导航数据的接收。

2.根据权利要求1所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，其特征在于，若所述相关积分值小于预设阈值，则该切片导航数据为无效数据，标记该切片导航数据为无效切片数据，并处理下一个切片导航数据，当下一个切片导航数据为有效数据时，对该有效导航数据和上一个有效导航数据进行均值处理，生成均值导航数据，使用所述均值导航数据替换所述无效切片数据，并标记该均值导航数据为有效的切片导航数据。

3.根据权利要求1所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，其特征在于，得到所述数字导航数据的方法包括：

对所述导航数据进行信号增益处理；

对增益后的导航数据进行平滑滤波处理；

对平滑滤波处理后的导航数据进行A/D转换，得到所述数字导航数据。

4.根据权利要求1所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，其特征在于，按照预设的时间间隔对所述数字导航数据进行切片处理，得到所述切片导航数据。

5.根据权利要求1所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，其特征在于，基于所述切片导航数据，使用快速傅里叶变换法，得到所述频域切片数据。

6.根据权利要求1所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，其特征在于，得到所述频域本地数据的方法包括：

基于所述本地载波查找表生成本地复现数据，基于所述本地C/A码查找表生成本地C/A码；

基于所述本地复现数据和所述本地C/A码，生成本地码；

对所述本地码进行快速傅里叶变换，将其变换到频域，得到所述频域本地数据。

7.根据权利要求6所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理方法，其特征在于，得到所述相关积分值的方法包括：

取所述频域本地数据的复共轭数据，与所述频域本地数据进行乘运算，并对所述乘运算的结果进行反傅里叶变换，得到所述频域切片数据和所述频域本地数据的所述相关值；

对所述相关值进行相关积分，得到所述相关积分值。

8.一种GNSS信号切片导航数据的基带处理系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据切片模块、频域数据处理模块、数据分析模块；

所述数据采集模块用于获取由GNSS卫星发送的导航数据，并对所述导航数据进行滤波和A/D转换处理，得到数字导航数据；

所述数据切片模块用于对所述数字导航数据进行切片处理，得到若干个切片导航数据，并暂存所述切片导航数据；

所述频域数据处理模块用于基于所述切片导航数据，得到频域切片数据；

所述数据分析模块用于根据预设的本地载波查找表和本地C/A码查找表生成频域本地数据，并接收所述频域切片数据，得到所述频域切片数据和所述频域本地数据的相关积分值，若所述相关积分值大于预设阈值，则该切片导航数据为有效数据，当所有的切片导航数据均为有效数据时，所述数字导航数据为有效数据。

9.根据权利要求8所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理系统，其特征在于，

所述数据采集模块包括接收单元、增益单元、滤波单元和A/D转换单元；

所述接收单元采用螺旋右旋圆极化天线，所述接收单元用于接收由卫星发送的所述导航数据；

所述增益单元用于对所述导航数据进行信号增益处理；

所述滤波单元用于对增益后的导航数据进行平滑滤波处理；

所述A/D转换单元用于对平滑滤波处理后的导航数据进行A/D转换，得到所述数字导航数据。

10.根据权利要求8所述的一种GNSS信号切片导航数据的基带处理系统，其特征在于，所述数据分析模块包括本地载波查找表单元、本地C/A码查找表单元、积分单元、标记单元和输出单元；

所述本地载波查找表单元和所述本地C/A码查找表单元用于生成频域本地数据；

所述积分单元用于根据频域本地数据和所述频域切片数据，得到所述频域切片数据和所述频域本地数据的相关积分值；

所述标记单元用于对所述相关积分值与预设阈值进行比较，当所述相关积分值大于预设阈值时，标记该切片导航数据为有效数据，当所述相关积分值小于预设阈值时，标记该切片导航数据为无效数据；

所述标记单元还用于修改标记为无效数据的切片导航数据；

所述输出单元用于根据切片导航数据的标记结果，输出有效的导航数据。

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