CN114740500A - 一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，在卫星导航接收机在接收处理导航信号时，强弱信号功率差异大极易引起多址干扰，并错误的锁定跟踪在互相关峰值时，解调出电文信息为输入强信号的数据电文信息，获得错误的伪距信息，直接影响接收机导航定位。还根据接收机发生互相关干扰时解调出的电文信息特点，进而判定接收机是否发存在互相关干扰。本发明能够解决高灵敏度信号接收中强弱信号功率差异大带来的互相关多址干扰问题，避免了接收通道错误的锁定在干扰信号上。本发明实现的卫星导航接收机多址干扰检测方法，可广泛应用于高轨航天器、探月返回等高灵敏度卫星导航接收机中，具有广阔的推广应用前景。

Description

一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法
技术领域
本发明涉及一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，可用于高轨航天器卫星导航、高灵敏度信号处理等存在接收信号功率差异大的应用场景，属于卫星应用领域。
背景技术
卫星导航具有全天时、全天候、自主化、易使用等特点，在我国低轨空间领域得到了广泛应用，在高轨航天器任务中使用卫星导航技术，将卫星导航服务区域由传统的3,000km以下低轨空间，拓展到数万公里高轨空间，将极大地丰富了卫星导航服务体系的应用范围。
在高轨航天器中使用卫星导航技术，其运行轨道高度高于导航星座的轨道高度，这使得卫星导航使用场景与传统的地面用户应用环境大不相同。导航星主瓣信号大部分被地球遮挡，接收导航星旁瓣信号功率比主瓣低近15dB以上，信号传输距离更远，功率衰减更大。高轨道上接收信号功率微弱，接收信号功率强弱差异大。卫星导航信号大多数采用码分多址调制方式，扩频码抗多址干扰能力在22～25dB范围内，极易存在多址干扰。这要求导航接收机必须提高接收灵敏度，且具有一定多址干扰抑制能力。
在地面用户中，当接收机处于复杂环境下，比如城市街道、丛林山谷等导航信号遮挡严重的环境下，使得部分导航星信号接收功率恶化，需要提高卫星导航接收机灵敏度来增加可用导航星数，此时也存在接收信号功率强弱差异大，需要接收机具备一定的多址干扰抑制能力。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种卫星导航接收机多址干扰检测方法，检测由于接收信号功率的强弱差异大带来的多址干扰，预防多址干扰导致接收机无法正常跟踪卫星导航星号的问题。
本发明的技术解决方案是：一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，该方法针对GPS L1 C/A和北斗B1I信号，采用如下步骤进行多址干扰检测和处理：
S1.1、解析卫星导航接收机跟踪通道中的连续电文信息比特数据，根据导航电文结构的格式，得到完整的导航电文帧；
S1.2、将载噪比低于第一门限的跟踪通道获取的导航电文帧，记为检测通道导航电文帧；将载噪比高于第二门限的任意跟踪通道获取的导航电文帧，记为参考通道导航电文帧；
S1.3、以导航电文中的字为单位，将检测通道导航电文帧和参考通道导航电文帧对应位置的导航电文字连续进行M次比对，当N次比对结果一致，则认为检测通道导航电文帧对应的跟踪通道发生了互相关干扰，否则认为检测通道导航电文帧对应的跟踪通道未发生互相关干扰；
S1.4、重复步骤S1.1～步骤S1.4，直至遍历所有载噪比低于第一门限的跟踪通道，进入步骤S1.5；
S1.5、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航接收机存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
优选地，于所述第一门限小于等于35，第二门限大于等于45。
本发明的另一个技术方案是：一种卫星导航接收机多址干扰检测方法，该方法针对北斗B1C信号，采用如下步骤进行多址干扰检测：
S2.1、根据卫星导航接收机跟踪通道中的连续导航电文信息比特数据，解析出导航电文中第一子帧所对应的北斗导航星PRN号；
S2.2、将步骤S2.1中所获取的北斗导航星PRN号与该跟踪通道设置的导航星PRN号，连续进行M次一致性确认，当N次结果一致，则认为该跟踪通道发生了互相关干扰，否则，认为该跟踪通道未发生互相关干扰；
S2.3、切换跟踪通道，重复步骤S2.1～2.3，直至遍历完所有跟踪通道，进入步骤S2.4；
S2.4、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航接收机存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
优选地，所述M为3，所述N为2。
上述两种卫星导航接收机多址干扰检测方法，还可以包括如下步骤：
S3.1、选取卫星导航接收机中载噪比低于第一门限的某一个跟踪通道，根据该跟踪通道中获取的导航电文信息，解析出导航星实时星历参数，并计算出导航卫星的位置和速度；
S3.2、根据卫星导航接收机中存储的、有效期在一周以内的历书信息，计算出对应检测通道导航星的位置和速度。
S3.3、将步骤S3.1根据实时星历信息计算的导航星位置速度和步骤S2.3根据历书计算的导航星位置和速度进行比对，若位置误差和速度误差均小于各自对应的门限值，则认为跟踪通道未发生互相关干扰，否则，认为跟踪通道发生了互相关干扰；
S3.4、切换跟踪通道，重复步骤S3.1～步骤3.4，直至遍历完所有跟踪通道，进入步骤S3.5；
S3.5、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
优选地，所述位置误差对应的门限值Pvth取值不高于5km。
优选地，所述速度误差对应的门限值Ppth取值不高于1m/s。
本发明的第三种技术方案是：一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的第四种技术方案是：一种终端设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器中可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述的计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明通过低载噪比信号获得的导航电文帧与高载噪比信号获得的导航电文帧进行连续一致性比对的方法，识别出卫星导航接收机中是否错误锁定多址干扰信号上，保证了信号跟踪准确性和可靠性；
(2)、本发明针对北斗B1C信号，通过将低载噪比信号获得的导航电文帧中PRN号与高载噪比信号获得的导航电文帧中PRN号进行连续一致性比对的方法，识别出北斗B1C信号接收是否错误锁定多址干扰信号上，避免了跟踪通道错误的锁定在干扰信号上。
(3)、本发明通过接收机跟踪通道获取的实时星历参数并计算的导航卫星的位置和速度与存储历书计算的导航星位置和速度进行比对判断，识别出卫星导航信号接收是否错误锁定多址干扰信号上，避免了跟踪通道错误的锁定在干扰信号上。
附图说明
图1为本发明实施例方法流程图；
图2为本发明实施例GPS L1 C/A和北斗B1I D1/D2码导航电文结构示意图；
图3为本发明实施例北斗B1C B-CNAV1基本帧结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
在卫星导航接收机高灵敏接收处理技术中，强接收信号功率带来的多址干扰已成为卫星导航系统性能提升的重要误差源之一。
卫星导航接收机可同时接收多颗导航星信号，对于多导航星信号同时接收的数字中频信号模型可表示为
Figure BDA0003543069090000041
其中，N表示同时收到导航星数量，第i颗卫星在采样时刻tk的噪声为ni(tk)，第i颗卫星信号在采样时刻tk的表达式为
Figure BDA0003543069090000051
其中，A为信号幅度，c(·)为接收的伪码信号，d(·)为导航数据电文，fIF为接收机数字中频，fd为接收信号载波多普勒频移，
Figure BDA0003543069090000052
为中频载波相位，τ为传播延时。
根据卫星导航接收机伪码和载波相关同步原理，将本地复现信号与输入信号进行相关处理，对第j颗导航星的本地复现信号为
Figure BDA0003543069090000053
其中，c'(tk)为本地参考伪码，
Figure BDA0003543069090000054
为伪码传播延时本地估计值，
Figure BDA0003543069090000055
为本地待搜索的多普勒估计值，
Figure BDA0003543069090000056
为载波相位的本地估计值。
在一个伪码周期Tp内，其对应的采样点数为L，则相关器输出结果表示为
Figure BDA0003543069090000057
式中，
Figure BDA0003543069090000058
和
Figure BDA0003543069090000059
分别表示相同导航星信号的输入和本地估计多普勒和相位值偏差；
Figure BDA00035430690900000510
和
Figure BDA00035430690900000511
表示第i颗导航星输入与第j颗本地待跟踪导航星信号之间的多普勒和相位值偏差。
上式中等号右边第一项为需要的有用信号，通过该项的跟踪测量实现导航定位和测速，式中第二项是输入信号中不同于本地复现导航星号的其他导航星信号与本地复现的导航星信号互相关结果，第三项为噪声项。在正常情况下，第一项有用信号的自相关结果远大于第二项中互相关结果，有用信号能够被正确跟踪测量。当输入信号中某颗导航星功率强于其他信号，使得第二项的互相关结果高于捕获跟踪门限值，接收机会跟踪锁定到第二项互相关峰值上，输出强信号的电文信息和错误观测量信息，影响正常导航定位。
当接收机错误的锁定在互相关峰值后，输出电文信息为强信号电文信息，并非有用信号的电文信息。本发明根据多址干扰下导航信号接收特点，提供了一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，有效的识别出卫星导航接收机是否错误锁定多址干扰信号上，提高了接收机信号跟踪准确性和可靠性。该方法执行流程如图1所示，具体为：
针对GPS L1 C/A和北斗B1I信号，采用如下步骤进行多址干扰检测和处理：
S1.1、解析卫星导航接收机跟踪通道中的连续电文信息比特数据，根据导航电文结构的格式，得到完整的导航电文帧；
卫星接收机正确的捕获导航信号后，接收通道完成导航信号的跟踪处理，当完成比特同步后，就可以连续获取导航电文的比特数据了。
S1.2、将载噪比低于第一门限的跟踪通道获取的导航电文帧，记为检测通道导航电文帧；将载噪比高于第二门限的任意跟踪通道获取的导航电文帧，记为参考通道导航电文帧；
S1.3、以导航电文中的字为单位，将检测通道导航电文帧和参考通道导航电文帧对应位置的导航电文字连续进行M次比对，当N次比对结果一致，则认为检测通道导航电文帧对应的跟踪通道发生了互相关干扰，否则认为检测通道导航电文帧对应的跟踪通道未发生互相关干扰；
一个字长30bit，时间长度0.6s。GPS L1 C/A和北斗B1I D1/D2码导航电文结构见图2所示。
S1.4、重复步骤S1.1～步骤S1.4，直至遍历所有载噪比低于第一门限的跟踪通道，进入步骤S1.5；
S1.5、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航接收机存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
于针对北斗B1C信号，采用如下步骤进行多址干扰检测：
S2.1、根据卫星导航接收机跟踪通道中的连续导航电文信息比特数据，解析出导航电文中第一子帧所对应的北斗导航星PRN号；导航电文中子帧1对应的6比特PRN号，来自北斗B1C B-CNAV1基本帧结构。由于PRN号是北斗导航星标识，均有唯一性。
S2.2、将步骤S2.1中所获取的北斗导航星PRN号与该跟踪通道设置的导航星PRN号，连续进行M次一致性确认，当N次结果一致，则认为该跟踪通道发生了互相关干扰，否则，认为该跟踪通道未发生互相关干扰；
S2.3、切换跟踪通道，重复步骤S2.1～2.3，直至遍历完所有跟踪通道，进入步骤S2.4；
S2.4、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航接收机存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。所述M为3，所述N为2。
优选地，上述卫星导航接收机多址干扰检测方法还包括如下步骤：
S3.1、选取卫星导航接收机中载噪比低于第一门限的某一个跟踪通道，根据该跟踪通道中获取的导航电文信息，解析出导航星实时星历参数，并计算出导航卫星的位置和速度；
S3.2、根据卫星导航接收机中存储的、有效期在一周以内的历书信息，计算出对应检测通道导航星的位置和速度。
S3.3、将步骤S3.1根据实时星历信息计算的导航星位置速度和步骤S2.3根据历书计算的导航星位置和速度进行比对，若位置误差和速度误差均小于各自对应的门限值，则认为跟踪通道未发生互相关干扰，否则，认为跟踪通道发生了互相关干扰；
S3.4、切换跟踪通道，重复步骤S3.1～步骤3.4，直至遍历完所有跟踪通道，进入步骤S3.5；
S3.5、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
优选地，所述第一门限小于等于35，第二门限大于等于45。
所述位置误差对应的门限值Pvth取值不高于5km。
所述速度误差对应的门限值Ppth取值不高于1m/s。
具体比对过程如下：
当接收通道中已跟踪的导航星号为SVi，根据该导航星电文中星历信息，计算出某时刻该导航星的位置Pi e和速度Vi e。根据存储的历书信息，计算同一时刻该导航星的位置Pi a和速度Vi a。当满足|Pi e-Pi a|＜Pth且|Vi e-Vi a|＜Vth时，则认为该通道未发生互相关干扰，其中门限值Pth取5km，Pth取1m/s。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如图1所述方法的步骤。
本发明提供一种终端设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器中可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述的计算机程序时实现如图1所述方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照本发明的实施例的方法、系统、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入处理器或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框中一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
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。
本发明所提供的多址干扰检测方法，可以直接应用于卫星导航接收机。在高灵敏度卫星导航信号接收环境下，若存在某些导航星的强信号功率时，强弱信号功率差异大，带来多址干扰影响，使得接收机通道中跟踪环路错误的锁定在多址干扰信号上，无法正确的获得观测量信息，容易引起接收机定位异常。本发明方法通过实时检测接收机跟踪通道是否发生多址干扰，避免了跟踪通道错误的锁定在干扰信号上，提高了接收机环路跟踪的可靠性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于针对GPS L1 C/A和北斗B1I信号，采用如下步骤进行多址干扰检测和处理：
S1.1、解析卫星导航接收机跟踪通道中的连续电文信息比特数据，根据导航电文结构的格式，得到完整的导航电文帧；
S1.2、将载噪比低于第一门限的跟踪通道获取的导航电文帧，记为检测通道导航电文帧；将载噪比高于第二门限的任意跟踪通道获取的导航电文帧，记为参考通道导航电文帧；
S1.3、以导航电文中的字为单位，将检测通道导航电文帧和参考通道导航电文帧对应位置的导航电文字连续进行M次比对，当N次比对结果一致，则认为检测通道导航电文帧对应的跟踪通道发生了互相关干扰，否则认为检测通道导航电文帧对应的跟踪通道未发生互相关干扰；
S1.4、重复步骤S1.1～步骤S1.4，直至遍历所有载噪比低于第一门限的跟踪通道，进入步骤S1.5；
S1.5、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航接收机存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于所述第一门限小于等于35，第二门限大于等于45。
3.一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于针对北斗B1 C信号，采用如下步骤进行多址干扰检测：
S2.1、根据卫星导航接收机跟踪通道中的连续导航电文信息比特数据，解析出导航电文中第一子帧所对应的北斗导航星PRN号；
S2.2、将步骤S2.1中所获取的北斗导航星PRN号与该跟踪通道设置的导航星PRN号，连续进行M次一致性确认，当N次结果一致，则认为该跟踪通道发生了互相关干扰，否则，认为该跟踪通道未发生互相关干扰；
S2.3、切换跟踪通道，重复步骤S2.1～2.3，直至遍历完所有跟踪通道，进入步骤S2.4；
S2.4、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航接收机存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
4.根据权利要求1或3任一项所述的一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于所述M为3,N为2。
5.根据权利要求1或3任一项所述的一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于还包括如下步骤：
S3.1、选取卫星导航接收机中载噪比低于第一门限的某一个跟踪通道，根据该跟踪通道中获取的导航电文信息，解析出导航星实时星历参数，并计算出导航卫星的位置和速度；
S3.2、根据卫星导航接收机中存储的、有效期在一周以内的历书信息，计算出对应检测通道导航星的位置和速度。
S3.3、将步骤S3.1根据实时星历信息计算的导航星位置速度和步骤S2.3根据历书计算的导航星位置和速度进行比对，若位置误差和速度误差均小于各自对应的门限值，则认为跟踪通道未发生互相关干扰，否则，认为跟踪通道发生了互相关干扰；
S3.4、切换跟踪通道，重复步骤S3.1～步骤3.4，直至遍历完所有跟踪通道，进入步骤S3.5；
S3.5、任一跟踪通道发生了互相关干扰，则认为卫星导航存在多址干扰，将判定为发生互相关干扰的跟踪通道进行初始化，重新进行捕获跟踪。
6.根据权利要求5所述的一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于所述第一门限小于等于35，第二门限大于等于45。
7.根据权利要求5所述的一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于所述位置误差对应的门限值Pvth取值不高于5km。
8.根据权利要求5所述的一种卫星导航接收机多址干扰检测处理方法，其特征在于所述速度误差对应的门限值Ppth取值不高于1m/s。
9.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
10.一种终端设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器中可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
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