CN115097499A - 弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法及装置。其中，所述方法，包括：接收第一导航卫星导航信号，并根据其失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，并以此生成弹载体本地的第一模拟载波信号；将第一导航卫星导航信号和第一模拟载波信号，进行相关运算生成第一导航卫星导航信号的第一频格初值和第一伪码相位初值，并输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；采用上述相似方法在第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；合并第一通道和第二通道的搜索结果，确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位，以此实现对导航信号失锁后的快速重捕。

Description

弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法及装置

技术领域

本申请涉及导航信号捕获技术领域，尤其涉及一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法及装置。

背景技术

对于弹上接收机而言，过大的加速度、加速度应力或是姿态快速变换，都会导致接收机对卫星导航信号的失锁。现有技术中，通常采用常规的信号捕获方法。传统信号捕获主要分为两个部分：粗捕获与精捕获。捕获就是对接收到的信号展开搜索的过程，通过匹配求出发射信号大概的载波频率、码相位值。粗捕获过程一般采用基于FFT的循环相关捕获方法，INS和卫星星历共同预测多普勒信息，采用信号的二维搜索方式对信号在频率和码相位两个方向上的搜索。

在实现现有技术的过程中，发明人发现：

由于平台的动态信息非常大，按照常规的捕获方法，需要搜索的频率范围很宽，极大影响了捕获时长。

因此，需要提供一种捕获时间相对较短的快速失锁重捕的相关技术方案。

发明内容

本申请实施例提供一种捕获时间相对较短的快速失锁重捕的相关技术方案，用以解决现有捕获方法中捕获时间较长的技术问题。

本申请提供的一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法，包括以下步骤：

接收第一导航卫星导航信号；

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位；

根据第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，生成弹载体本地的第一模拟载波信号；

将第一导航卫星导航信号和第一模拟载波信号，进行相关运算生成第一导航卫星导航信号的第一频格初值和第一伪码相位初值；

将第一频格初值和第一伪码相位初值，输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

接收第二导航卫星导航信号；

根据第二导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位；

根据第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位，生成弹载体本地的第二模拟载波信号；

将第二导航卫星导航信号和第二模拟载波信号，进行相关运算生成第二导航卫星导航信号的第二频格初值和第二伪码相位初值；

将第二频格初值和第二伪码相位初值，输入第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

合并所述第一通道和所述第二通道的搜索结果，确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

进一步的，根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，具体包括：

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值；

根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。

进一步的，根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的弹载体运动速度V2；

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的导航卫星的速度V1；

从弹载体的存储信息中，获取弹载体和第一导航卫星视线方向的矢量e；

根据公式：

计算得到第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值。

进一步的，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，具体包括：

根据公式：

f_c＝f_L1+Δf

计算得到第一精度范围内的第一载波预估中心频率值。

进一步的，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，还包括：

在N时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的最高频率分量x_N(k)；

在距离N时刻T时长的N+T时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的预设强度范围内的频率分量x_N+T(k)；

通过DFT算法计算出最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)：

通过DFT算法计算出频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)：

根据最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)和频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)计算精细频率

根据公式：f_T＝f+f'(此处f＝fc)，计算得到高于第一精度范围内的第二精度范围内的第一载波预估中心频率。

进一步的，根据多普勒频移值，生成第一伪码预估相位，还包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的第一导航卫星的第一载波相位；

将第一载波相位参考多普勒频移值，生成第一伪码预估相位。

进一步的，接收第一导航卫星导航信号，具体包括：

在导航卫星列表中，确定第一导航卫星；

接收第一导航卫星导航信号。

进一步的，在导航卫星列表中，确定第一导航卫星，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息；

根据弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息，从导航卫星列表中筛选得到导航卫星失锁重捕列表；

在导航卫星失锁重捕列表中，确定第一导航卫星。

本申请还提供一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕装置，包括：

第一接收模块，用于接收第一导航卫星导航信号；

第一预估模块，用于根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位；

第一处理模块，用于根据第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，生成弹载体本地的第一模拟载波信号；还用于将第一导航卫星导航信号和第一模拟载波信号，进行相关运算生成第一导航卫星导航信号的第一频格初值和第一伪码相位初值；还用于将第一频格初值和第一伪码相位初值，输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

第二接收模块，用于接收第二导航卫星导航信号；

第二预估模块，用于根据第二导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位；

第二处理模块，用于根据第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位，生成弹载体本地的第二模拟载波信号；还用于第二导航卫星导航信号和第二模拟载波信号，进行相关运算生成第二导航卫星导航信号的第二频格初值和第二伪码相位初值；还用于将第二频格初值和第二伪码相位初值，输入第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

合并模块，用于合并所述第一通道和所述第二通道的搜索结果，确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

进一步的，第一预估模块具体用于：

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值；

根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。

本申请提供的实施例至少具有以下有益效果：

通过接收第一导航卫星导航信号并进行一系列串行操作生成第一频格初值和第一伪码相位初值，并输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索，通过接收第二导航卫星导航信号并进行一系列串行操作生成第二频格初值和第二伪码相位初值，并输入第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索，结合两次搜索结果以并行方式确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位，减小了频率和码相位的搜索范围，实现了捕获时间相对较短的高动态条件下的快速失锁重捕。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的高精度弹道测量验证接收机设计原理框图；

图2为本申请实施例提供的弹上定位及姿态测量一体化接收机硬件框图；

图3为本申请实施例提供的串-并结合频率搜索法中生成伪码相位和载波多普勒的示意图；

图4为本申请实施例提供的串-并结合频率搜索法中引入外部速度辅助的示意图；

图5为本申请实施例提供的采用普通频率搜索法时的频格范围示意图；

图6为本申请实施例提供的采用串-并频率搜索法时的频格范围示意图；

图7为本申请实施例提供的一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕装置的示意图。

100 失锁重捕装置

11 第一接收模块

12 第一预估模块

13 第一处理模块

14 第二接收模块

15 第二预估模块

16 第二处理模块

17 合并模块

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

弹上卫星导航接收系统开机启动后完成设备初始化和自检状态确认，弹上接收机在射击出膛后，快速完成接收机捕获和跟踪定位，并同时保存伪距和载波观测数据。弹上设备将存储的弹道观测量与基准站设备所采集到的观测数据导入事后数据处理分析软件进行差分定位计算，作为弹上基准来评估弹上卫星导航设备的弹道测量精度。事后数据处理分析软件给出最终的分析评价结果，包括误差大小，每段的误差特征等参数，用于制导弹上导航接收机定位以及控制策略的改进。设计原理框图请参考图1的高精度弹道测量验证接收机设计原理框图，包括电池模块、弹载GNSS天线、高精度弹道测量接收机。高精度弹道测量接收机具体包括合路器与变频器模块、GNSS验证接收机板卡。GNSS验证接收机板卡具体包括信号相关处理模块、环路滤波处理模块、矢量联合处理模块、环路控制模块、卫星导航信息处理模块、滚转跟踪环处理模块。GNSS表示全球导航卫星系统。弹载GNSS天线用于接收信号并将接收的信号传输到合路器与变频器模块，合路器与变频器模块进行初步处理后传输至GNSS验证接收机板卡处理。电池模块作为高精度弹道测量接收机的供电电源。

高精度弹道测量接收机也可以理解为高精度弹道测量验证接收机。在设计高动态环境下的高精度弹道测量接收机时，接收机按照小尺寸、低功耗、可接收北斗卫星信号进行设计。从结构角度来说，整个弹道测量系统由原弹上北斗导航终端、高精度弹道测量验证接收机、弹上验证数据存储模块、天线和弹上电源等组成。在具体设计高精度弹道测量验证接收机时，射频接收机可以采用MAX2769芯片，基带部分使用DSP+FPGA架构完成基带信号处理，高精度弹道测量验证接收机功耗约2W左右。这里的高精度弹道测量验证接收机也可以理解为弹上卫星定位及姿态测量一体化接收机，其硬件设计结构框图请参考图2。采用MAX2769芯片的射频部分包括可覆盖B3频点的2个低噪声放大器LNA-B3、下变频、晶振、时钟驱动等。基带部分的FPGA可采用EP3C80芯片，DSP可采用TMS320C6748芯片。高动态环境下高精度弹道测量验证接收机分为射频和基带两部分，射频部分主要完成以下任务：对卫星信号进行滤波和放大、混频并采样，输出4bit的数字中频供基带部分进行信号及信息处理；接收基带部分提供的BPSK信号，将其混频、放大至天线。基带部分的DSP和FPGA配合完成对中频信号的捕获、跟踪等。

本申请基于以上高动态环境下的高精度弹道测量验证接收机提供一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法，包括以下步骤：

S10：接收第一导航卫星导航信号；

S11：根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位；

S12：根据第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，生成弹载体本地的第一模拟载波信号；

S13：将第一导航卫星导航信号和第一模拟载波信号，进行相关运算生成第一导航卫星导航信号的第一频格初值和第一伪码相位初值；

S14：将第一频格初值和第一伪码相位初值，输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

S15：接收第二导航卫星导航信号；

S16：根据第二导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位；

S17：根据第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位，生成弹载体本地的第二模拟载波信号；

S18：将第二导航卫星导航信号和第二模拟载波信号，进行相关运算生成第二导航卫星导航信号的第二频格初值和第二伪码相位初值；

S19：将第二频格初值和第二伪码相位初值，输入第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

S20：合并所述第一通道和所述第二通道的搜索结果，确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

可以理解的是，对于弹上接收机而言，过大的加速度、加速度应力或是姿态快速变换，都会导致接收机对卫星导航信号的失锁。本申请在进行失锁重捕时，可以通过接收第一导航卫星导航信号，并根据失锁前弹载体存储的信息，生成对应导航卫星的载波预估中心频率和伪码预估相位。根据载波预估中心频率和伪码预估相位，在弹载体本地生成对应的模拟载波信号。此时，可以将第一导航卫星导航信号和模拟载波信号进行相关运算生成导航卫星导航信号的频格初值和伪码相位初值。至此，可以将对应的频格初值和伪码相位初值通过相应的第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索。在进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索时，可以采用与第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索相同的方法，通过相应的第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索。最终，通过两者的综合搜索结果，可以准确高效地确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

进一步的，根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，具体包括：

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值；

根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。

需要指出的是，多普勒频移可以理解为由于多普勒效应造成的发射和接收的频率之差。在弹载体的存储信息中，可以找到第一导航卫星导航信号失锁前存储的数据信息，并进一步找到弹载体对应时间的运动信息。根据运动信息，可以推算出相应的多普勒频移值，并以此最终计算出第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。弹载体的运动信息是在各种数据的共同作用下生成的，通过弹载体运动信息推算出对应的多普勒频移值，其准确性更好，最终生成的第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位更加接近真实的载波中心频率和伪码相位。

具体的，根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的弹载体运动速度V2；

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的导航卫星的速度V1；

从弹载体的存储信息中，获取弹载体和第一导航卫星视线方向的矢量e；

根据公式：

计算得到第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值。

需要说明的是，在粗捕获阶段，结合失锁前信息和星历，提供载体与卫星的速度、加速度，从而可以计算出多普勒频移Δf，将计算的频移量反馈到载波NCO中，共同调节本地载波频率中心值。为了更好的利用频移估计量，因此将接收机信息融合应该放在捕获流程靠前的位置。设卫星导航信号在L1波段的载波波长为λ_L1，频率为f_L1，弹载体的运动速度V₂，导航卫星速度为V₁，卫星载体单位视线矢量为e，由于载体运动而产生的多普勒频移估计值Δf：

通过失锁前信息估算出载体的速度V₂，通过历书解算可得卫星的速度V₁,利用星历提供的卫星位置信息，可以计算出载体和卫星视线方向的矢量e。以弹载体运动速度、导航卫星的速度及卫星视线方向的矢量计算多普勒频移估计值，计算出的数据更加准确。计算得到第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值可以理解为多普勒频移估计值。

请参照图3和图4，本申请与传统的搜索方法相比，在捕获控制之后引入了外部速度辅助。这里的外部速度辅助也可以理解为外部速度辅助信息，可以用于准确的计算频率和码的多普勒频移值，然后将计算得到的比较准确的频移值计算到载波NCO和码NCO中，从而控制本地载波和码发生器，减小频率和码相位的搜索范围，使本地信号能快速的复现卫星发射信号。

对于串行相关捕获方法，如果以GPS信号L1频点为例，要想遍历所有的伪码相位，那么就要进行2046次搜索，这极大的增长了捕获时间。如果能减少伪码相位搜索的数目，若搜索范围能固定在几个码片内，那么就能大大提高捕获速度，从而缩减信号搜索时间。采用FFT并行码相位捕获法仅需一次运算就可以完成伪码相位的搜索，我们以外部INS信息和FFT并行码相位一次运算作为引导，先得到频格和伪码相位的大概位置，然后再用串行相关的方式进行精细搜索。同时FFT模块仅作引导使用，因此可以采用复用的方式，为多个通道进行捕获引导。每次完成一个通道的引导工作后，就可以切换到下一个通道，直到完成对所有通道的引导。首先同并行的捕获方法一样，离散时间的中频信号进入前端FFT引导模块进行处理，其本质上为基于FFT的并行码相位捕获。完成捕获后引导模块将捕获到卫星的卫星编号，载波多普勒以及伪码相位粗值传递给捕获控制器，然后继续进行粗捕获。捕获控制器将接收到的测量值分配给空闲的通道进行精细捕获，然后将精细的测量结果送入到跟踪模块当中。

分别对GPS的第24号星进行捕获，请参考图5，为本申请实施例提供的采用普通频率搜索法时的频格范围示意图。请参考图6，为本申请实施例提供的采用串-并频率搜索法时的频格范围示意图。这里的串-并频率搜索法可以理解为本申请中的弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法。

从图5和图6可以看到，图6中改进的搜索方法要比图5中一般搜索方法搜索的频格范围要小，大约只是后者搜索范围的八分之一，因此信号捕获时间明显变小。

进一步的，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，具体包括：

根据公式：

f_c＝f_L1+Δf

计算得到第一精度范围内的第一载波预估中心频率值。

可以理解的是，f_L1为卫星导航信号在L1波段的频率，Δf为由于载体运动而产生的多普勒频移估计值，f_c为本地载波频率估计值。至此，可以准确估算载波中心频率，缩小频率搜素区间，从而能够快速捕获信号。

具体的，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，还包括：

在N时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的最高频率分量x_N(k)；

在距离N时刻T时长的N+T时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的预设强度范围内的频率分量x_N+T(k)；

通过DFT算法计算出最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)：

通过DFT算法计算出频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)：

根据最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)和频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)计算精细频率

根据公式：f_T＝f+f'(此处f＝fc)，计算得到高于第一精度范围内的第二精度范围内的第一载波预估中心频率。

需要说明的是，在粗捕获情况下，搜索频格的每个搜索范围比较大，如果选用T_coh＝1ms的导航电文数据，锁频环以ω_e(n)作为鉴频器时，其频率牵入范围宽是

相应的频率牵入范围为±500Hz，其中：

这对于跟踪环路来说太粗糙，跟踪环路的工作带宽一般为几Hz或十几Hz,因此必须对频率进行精细处理，使其满足跟踪环路带宽需求。

如果本地生成信号与输入信号码相位匹配，进行相乘那么输入信号就变为一个连续的信号。假设在N时刻，找到了1ms导航电文中的最高频率分量为x_N(k)，在距离这N时刻之后很短的时间间隔T时刻，又出现一个频率很强的分量x_N+T(k)，一般可以通过相位的方法来得到满足跟踪环路需求的精细频率，可以通过DFT算法计算出x_N(k)的初始相位θ_N(k)：

Im和Re分别代表虚部和实部，那么同样的T时刻之后的x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)为：

根据最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)和频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)可以计算出精细频率为：

此时的载波频率为f_T＝f+f'，其中的f＝fc。再次计算所得的频率估计值f_T更加准确，可以满足跟踪过程所需的频率要求。这里的频率估计值f_T可以理解为计算得到的高于第一精度范围内的第二精度范围内的第一载波预估中心频率。

进一步的，根据多普勒频移值，生成第一伪码预估相位，还包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的第一导航卫星的第一载波相位；

将第一载波相位参考多普勒频移值，生成第一伪码预估相位。

需要说明的是，弹载体的存储信息中保存着失锁前的多种信号参数。存储信息可以根据实际情况增加或减少。存储信息中可以包括提前存储的导航卫星对应的载波相位。存储载波相位时可以按照对应导航卫星的身份信息进行一一对应，如第一导航卫星对应第一载波相位。由于弹载体的存储信息来源于真实的环境数据，由此获取第一载波相位更加准确，通过结合多普勒频移值生成的第一伪码预估相位更加接近真实的第一伪码相位。

具体的，接收第一导航卫星导航信号，具体包括：

在导航卫星列表中，确定第一导航卫星；

接收第一导航卫星导航信号。

需要指出的是，卫星信号失锁后，通过导航卫星列表确定第一导航卫星，可以减少不可见性的盲目搜索，从而缩小搜索范围，减少搜索时间，为最终的快速实现失锁重捕提供可能。这里的第一导航卫星可以理解为当前可见卫星。

进一步的，在导航卫星列表中，确定第一导航卫星，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息；

根据弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息，从导航卫星列表中筛选得到导航卫星失锁重捕列表；

在导航卫星失锁重捕列表中，确定第一导航卫星。

需要说明的是，卫星信号失锁后，需要及时确定可见卫星。利用弹载体已知的存储信息，通过弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息以及天线在载体上的安装位置信息，可以实时计算当前实际可见星图，导航卫星失锁后，快速判断可见卫星，将可见卫星加入到失锁重捕列表中，减少不可见性的盲目搜索。卫星信号失锁后，还可以通过保留失锁前通道有关时间和载波相位的相关信息，捕获完成后快速恢复中断现场。在粗捕获情况下，搜索频格的每个搜索范围比较大，本申请通过减少不可见的盲目搜索和快速恢复中断现场，提高了接收机搜索性能，完成信号跟踪从暂态到稳态过程，从而将失锁重捕时间控制在指标范围之内。本申请在进行失锁重捕时达到的技术指标为:加速度≤5g时，失锁5s内重定位时间小于2s；加速度≤10g时，失锁5s内重定位小于8s。加速度对捕获的影响主要是失锁后随着加速度的变化导致伪码码片滑动。本申请通过采用对全码相位的捕获，降低了加速度对捕获速度的影响，在高动态测量型终端中，在短时间卫星导航信号无效条件下可以精确测量载体的位置、速度信息，结合卫星星历可以实时得到实际可见星信息以及与其的相对运动条件。

请参照图7，本申请还提供一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕装100，包括：

第一接收模块11，用于接收第一导航卫星导航信号；

第一预估模块12，用于根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位；

第一处理模块13，用于根据第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，生成弹载体本地的第一模拟载波信号；还用于将第一导航卫星导航信号和第一模拟载波信号，进行相关运算生成第一导航卫星导航信号的第一频格初值和第一伪码相位初值；还用于将第一频格初值和第一伪码相位初值，输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

第二接收模块14，用于接收第二导航卫星导航信号；

第二预估模块15，用于根据第二导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位；

第二处理模块16，用于根据第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位，生成弹载体本地的第二模拟载波信号；还用于第二导航卫星导航信号和第二模拟载波信号，进行相关运算生成第二导航卫星导航信号的第二频格初值和第二伪码相位初值；还用于将第二频格初值和第二伪码相位初值，输入第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

合并模块17，用于合并所述第一通道和所述第二通道的搜索结果，确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

可以理解的是，对于弹上接收机而言，过大的加速度、加速度应力或是姿态快速变换，都会导致接收机对卫星导航信号的失锁。本申请通过弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕装100进行失锁重捕时，可以通过接收第一导航卫星导航信号，并根据失锁前弹载体存储的信息，生成对应导航卫星的载波预估中心频率和伪码预估相位。根据载波预估中心频率和伪码预估相位，在弹载体本地生成对应的模拟载波信号。此时，可以将导航卫星导航信号和模拟载波信号进行相关运算生成导航卫星导航信号的频格初值和伪码相位初值。至此，可以将对应的频格初值和伪码相位初值通过相应的第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索。进一步的，采用与第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索相同的方法，可以通过相应的第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索。最终，通过两者的综合搜索结果，可以准确高效地确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

进一步的，第一预估模块12具体用于：

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值；

根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。

需要指出的是，多普勒频移可以理解为由于多普勒效应造成的发射和接收的频率之差。在弹载体的存储信息中，可以找到第一导航卫星导航信号失锁前存储的数据信息，并进一步找到弹载体对应时间的运动信息。根据运动信息，可以推算出相应的多普勒频移值，并以此最终计算出第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。

具体的，根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的弹载体运动速度V2；

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的导航卫星的速度V1；

从弹载体的存储信息中，获取弹载体和第一导航卫星视线方向的矢量e；

根据公式：

计算得到第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值。

需要说明的是，在粗捕获阶段，结合失锁前信息和星历，提供载体与卫星的速度、加速度，从而可以计算出多普勒频移Δf，将计算的频移量反馈到载波NCO中，共同调节本地载波频率中心值。为了更好的利用频移估计量，因此将接收机信息融合应该放在捕获流程靠前的位置。设卫星导航信号在L1波段的载波波长为λ_L1，频率为f_L1，载体的运动速度V₂，卫星速度为V₁，卫星载体单位视线矢量为e，由于载体运动而产生的多普勒频移估计值Δf：

通过失锁前信息估算出载体的速度V₂，通过历书解算可得卫星的速度V₁,利用星历提供的卫星位置信息，可以计算出载体和卫星视线方向的矢量e。

请参照图3和图4，本申请与传统的搜索方法相比，在捕获控制之后引入了外部速度辅助。这里的外部速度辅助也可以理解为外部速度辅助信息，可以用于准确的计算频率和码的多普勒频移值，然后将计算得到的比较准确的频移值计算到载波NCO和码NCO中，从而控制本地载波和码发生器，减小频率和码相位的搜索范围，使本地信号能快速的复现卫星发射信号。

对于串行相关捕获方法，如果以GPS信号L1频点为例，要想遍历所有的伪码相位，那么就要进行2046次搜索，这极大的增长了捕获时间。如果能减少伪码相位搜索的数目，若搜索范围能固定在几个码片内，那么就能大大提高捕获速度，从而缩减信号搜索时间。采用FFT并行码相位捕获法仅需一次运算就可以完成伪码相位的搜索，我们以外部INS信息和FFT并行码相位一次运算作为引导，先得到频格和伪码相位的大概位置，然后再用串行相关的方式进行精细搜索。同时FFT模块仅作引导使用，因此可以采用复用的方式，为多个通道进行捕获引导。每次完成一个通道的引导工作后，就可以切换到下一个通道，直到完成对所有通道的引导。首先同并行的捕获方法一样，离散时间的中频信号进入前端FFT引导模块进行处理，其本质上为基于FFT的并行码相位捕获。完成捕获后引导模块将捕获到卫星的卫星编号，载波多普勒以及伪码相位粗值传递给捕获控制器，然后继续进行粗捕获。捕获控制器将接收到的测量值分配给空闲的通道进行精细捕获，然后将精细的测量结果送入到跟踪模块当中。

分别对GPS的第24号星进行捕获，请参考图5，为本申请实施例提供的采用普通频率搜索法时的频格范围示意图。请参考图6，为本申请实施例提供的采用串-并频率搜索法时的频格范围示意图。这里的串-并频率搜索法可以理解为本申请中的弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法。

从图5和图6可以看到，图6中改进的搜索方法要比图5中一般搜索方法搜索的频格范围要小，大约只是后者搜索范围的八分之一，因此信号捕获时间明显变小。

进一步的，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，具体包括：

根据公式：

f_c＝f_L1+Δf

计算得到第一精度范围内的第一载波预估中心频率值。

可以理解的是，f_L1为卫星导航信号在L1波段的频率，Δf为由于载体运动而产生的多普勒频移估计值，f_c为本地载波频率估计值。至此，可以准确估算载波中心频率，缩小频率搜素区间，从而能够快速捕获信号。

具体的，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，还包括：

在N时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的最高频率分量x_N(k)；

在距离N时刻T时长的N+T时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的预设强度范围内的频率分量x_N+T(k)；

通过DFT算法计算出最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)：

通过DFT算法计算出频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)：

根据最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)和频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)计算精细频率

根据公式：f_T＝f+f'(此处f＝fc)，计算得到高于第一精度范围内的第二精度范围内的第一载波预估中心频率。

需要说明的是，在粗捕获情况下，搜索频格的每个搜索范围比较大，如果选用T_coh＝1ms的导航电文数据，锁频环以ω_e(n)作为鉴频器时，其频率牵入范围宽是

相应的频率牵入范围为±500Hz，其中：

这对于跟踪环路来说太粗糙，跟踪环路的工作带宽一般为几Hz或十几Hz,因此必须对频率进行精细处理，使其满足跟踪环路带宽需求。

如果本地生成信号与输入信号码相位匹配，进行相乘那么输入信号就变为一个连续的信号。假设在N时刻，找到了1ms导航电文中的最高频率分量为x_N(k)，在距离这N时刻之后很短的时间间隔T时刻，又出现一个频率很强的分量x_N+T(k)，一般可以通过相位的方法来得到满足跟踪环路需求的精细频率，可以通过DFT算法计算出x_N(k)的初始相位θ_N(k)：

Im和Re分别代表虚部和实部，那么同样的T时刻之后的x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)为：

根据最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)和频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)可以计算出精细频率为：

此时的载波频率为f_T＝f+f'，其中的f＝fc。再次计算所得的频率估计值f_T更加准确，可以满足跟踪过程所需的频率要求。这里的频率估计值f_T可以理解为计算得到的高于第一精度范围内的第二精度范围内的第一载波预估中心频率。

进一步的，根据多普勒频移值，生成第一伪码预估相位，还包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的第一导航卫星的第一载波相位；

将第一载波相位参考多普勒频移值，生成第一伪码预估相位。

需要说明的是，弹载体的存储信息中保存着失锁前的多种信号参数。存储信息可以根据实际情况增加或减少。存储信息中可以包括提前存储的导航卫星对应的载波相位。存储载波相位时可以按照对应导航卫星的身份信息进行一一对应，如第一导航卫星对应第一载波相位。

具体的，第一接收模块11，具体包括：

在导航卫星列表中，确定第一导航卫星；

接收第一导航卫星导航信号。

需要指出的是，卫星信号失锁后，通过导航卫星列表确定第一导航卫星，可以减少不可见性的盲目搜索。这里的第一导航卫星可以理解为当前可见卫星。

进一步的，在导航卫星列表中，确定第一导航卫星，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息；

根据弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息，从导航卫星列表中筛选得到导航卫星失锁重捕列表；

在导航卫星失锁重捕列表中，确定第一导航卫星。

需要说明的是，卫星信号失锁后，需要及时确定可见卫星。利用弹载体已知的存储信息，通过弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息以及天线在载体上的安装位置信息，可以实时计算当前实际可见星图，导航卫星失锁后，快速判断可见卫星，将可见卫星加入到失锁重捕列表中，减少不可见性的盲目搜索。卫星信号失锁后，还可以通过保留失锁前通道有关时间和载波相位的相关信息，捕获完成后快速恢复中断现场。在粗捕获情况下，搜索频格的每个搜索范围比较大，本申请通过减少不可见的盲目搜索和快速恢复中断现场，提高了接收机搜索性能，完成信号跟踪从暂态到稳态过程，从而将失锁重捕时间控制在指标范围之内。本申请在进行失锁重捕时达到的技术指标为:加速度≤5g时，失锁5s内重定位时间小于2s；加速度≤10g时，失锁5s内重定位小于8s。加速度对捕获的影响主要是失锁后随着加速度的变化导致伪码码片滑动。本申请通过采用对全码相位的捕获，降低了加速度对捕获速度的影响，在高动态测量型终端中，在短时间卫星导航信号无效条件下可以精确测量载体的位置、速度信息，结合卫星星历可以实时得到实际可见星信息以及与其的相对运动条件。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。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。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。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收第一导航卫星导航信号；

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位；

根据第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，生成弹载体本地的第一模拟载波信号；

将第一导航卫星导航信号和第一模拟载波信号，进行相关运算生成第一导航卫星导航信号的第一频格初值和第一伪码相位初值；

将第一频格初值和第一伪码相位初值，输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

接收第二导航卫星导航信号；

根据第二导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位；

根据第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位，生成弹载体本地的第二模拟载波信号；

将第二导航卫星导航信号和第二模拟载波信号，进行相关运算生成第二导航卫星导航信号的第二频格初值和第二伪码相位初值；

将第二频格初值和第二伪码相位初值，输入第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

合并所述第一通道和所述第二通道的搜索结果，确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，具体包括：

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值；

根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的弹载体运动速度V2；

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的导航卫星的速度V1；

从弹载体的存储信息中，获取弹载体和第一导航卫星视线方向的矢量e；

根据公式：

计算得到第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，具体包括：

根据公式：

f_c＝f_L1+Δf

计算得到第一精度范围内的第一载波预估中心频率值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率，还包括：

在N时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的最高频率分量x_N(k)；

在距离N时刻T时长的N+T时刻，找到1ms导航卫星发送的导航电文中的预设强度范围内的频率分量x_N+T(k)；

通过DFT算法计算出最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)：

通过DFT算法计算出频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)：

根据最高频率分量x_N(k)的初始相位θ_N(k)和频率分量x_N+T(k)的初始相位θ_N+T(k)计算精细频率

根据公式：f_T＝f+f'(此处f＝fc)，计算得到高于第一精度范围内的第二精度范围内的第一载波预估中心频率。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据多普勒频移值，生成第一伪码预估相位，还包括：

从弹载体的存储信息中，获取第一导航卫星导航信号失锁前的第一导航卫星的第一载波相位；

将第一载波相位参考多普勒频移值，生成第一伪码预估相位。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收第一导航卫星导航信号，具体包括：

在导航卫星列表中，确定第一导航卫星；

接收第一导航卫星导航信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在导航卫星列表中，确定第一导航卫星，具体包括：

从弹载体的存储信息中，获取弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息；

根据弹载体位置信息、弹载体姿态信息、导航卫星的星历信息和天线安装位置信息，从导航卫星列表中筛选得到导航卫星失锁重捕列表；

在导航卫星失锁重捕列表中，确定第一导航卫星。

9.一种弹上接收机对导航卫星导航信号的失锁重捕装置，其特征在于，包括：

第一接收模块，用于接收第一导航卫星导航信号；

第一预估模块，用于根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位；

第一处理模块，用于根据第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位，生成弹载体本地的第一模拟载波信号；还用于将第一导航卫星导航信号和第一模拟载波信号，进行相关运算生成第一导航卫星导航信号的第一频格初值和第一伪码相位初值；还用于将第一频格初值和第一伪码相位初值，输入第一通道进行第一导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

第二接收模块，用于接收第二导航卫星导航信号；

第二预估模块，用于根据第二导航卫星导航信号失锁前弹载体的存储信息，生成第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位；

第二处理模块，用于根据第二载波预估中心频率和第二伪码预估相位，生成弹载体本地的第二模拟载波信号；还用于第二导航卫星导航信号和第二模拟载波信号，进行相关运算生成第二导航卫星导航信号的第二频格初值和第二伪码相位初值；还用于将第二频格初值和第二伪码相位初值，输入第二通道进行第二导航卫星导航信号的频格和伪码相位的搜索；

合并模块，用于合并所述第一通道和所述第二通道的搜索结果，确定导航卫星导航信号的频格和伪码相位。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一预估模块具体用于：

根据第一导航卫星导航信号失锁前弹载体运动信息，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位的多普勒频移值；

根据多普勒频移值，生成第一载波预估中心频率和第一伪码预估相位。

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