专利名称：一种gnss数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法
技术领域：
本发明涉及GNSS数据/导频混合信号的相干联合捕获方法。
背景技术：
现代化GNSS (全球导航卫星系统)在导航信号的设计上采用了许多先进的技术， 使系统的定位精度和抗干扰能力得到极大的提高。其中，数据/导频混合信号的使用就是一大创新。根据卫星定位的基本原理，用户接收机需要从导航信号中提取伪距和导航电文， 计算出用户与卫星间距离以及卫星位置后才能进行最终的用户位置解算。传统的GPS LlC/ A码信号是将两种信息同时承载于一路信号上传输的，所以用户接收机只能通过该路信号获取所有信息。然而，当系统为恶劣环境(如室内)下的用户提供导航定位服务时，这种信号结构的缺点就显现出来。由于信号受导航电文调制，所以会随着电文数据的变化而出现未知的相位翻转。当用户接收机在捕获过程中对信号相关值进行相干累积时，未知的比特翻转将限制有效的相干累积时间，进而限制接收机的捕获灵敏度。因此，为改善恶劣环境下的系统性能，现代化GNSS采用了数据(data)信号混合导频(pilot)信号的双通道信号结构，即D/P混合信号。这样，导频通道不调制导航电文信息，专门用于提供精确的伪距信息； 而数据通道则主要播发导航电文。目前应用最多的两种混合结构是同相混合和正交混合， 例如(ialileo El OS和E6信号采用了同相混合，而GPS L5C信号和GALILEO E5信号则采用了正交混合。如果使用传统的单路信号捕获方法来分别捕获D/P混合信号中的两路信号，那么在每次处理过程中至少有50 %的混合信号能量将无法得到充分利用。当信号发射功率一定时，为获得良好的捕获性能，用户接收机就必须通过长时间的数据累积来提高捕获判决变量的信噪比，进而获得更可靠的捕获结果，但是这种处理将带来计算量的显著增加并延长捕获时间。因此，提高信号能量的利用率，减小计算负荷将是实现恶劣环境下快速捕获D/P 混合信号的一种有效手段。目前，对于D/P混合信号捕获方法的研究已经有一些进展，其中基于数据和导频信号的结构特点和相互关系而提出的两路信号协作捕获的思想受到广泛关注。最先出现的是非相干联合捕获方法，利用数据和导频信号同源同传播路径的特点，将两通道的单路捕获相关值进行线性非相干累加，产生的新判决变量的信噪比可以等效于原来单路信号相干累积两个周期的结果。这样，利用一个周期的数据就可以获得两个周期的效果，其能量利用率显著提高。但是，由于采取了平方相加的处理，两通道相位间的相关性不能得到充分的利用。
发明内容
本发明是为了解决传统的单路捕获方法不能充分利用新体制导航信号的能量导致捕获性能低的问题，从而提供一种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法。一种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法，
发射机发射的GNSS卫星信号为同相型数据/导频混合信号，所述同相型数据/导频混合信号Csp [η]表达式为CJn] = \；Cd [η]是数据信号D的扩频主码；CD/P[n]是导频信号P的扩频主码；则同相型数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法的具体步骤为步骤Al、接收机接收同相型数据/导频混合信号，并将所述同相型数据/导频混合信号经接收机射频前端的混频、采样和量化后获得数字中频信号为ygb]，式中，η表示采样点的序号；步骤Α2、将步骤Al得到的数字中频信号中的I、Q两路信号分别进行载波剥离，获得去除载波的I、Q两路中频信号；步骤A3、将步骤Α2获得的去除载波的I、Q两路中频数字信号相加，并将相加后的结果进行快速傅里叶变换，获得变换结果；步骤A4、采用时延步进控制器控制本地伪码产生器，产生D+P相位组合方式和D-P 相位组合方式的两种本地扩频码信号；步骤A5、对步骤A4所述的D+P相位组合方式和D-P相位组合方式的两种本地扩频码信号分别进行快速傅里叶变换并取复共轭处理，获得两组处理结果；步骤A6、将步骤A5获得的两组处理结果分别与步骤A3获得的变换结果相乘，获得两组相乘后的结果，对所述两组相乘后的结果分别进行快速傅立叶逆变换，获得两组变换后结果；步骤A7、将步骤A6获得的两组变换后结果分别取模，并分别进行平方运算处理， 获得两组平方运算结果，即dr,巧)和；步骤Α8、对步骤Α7获得的两组平方运算结果通过公式S: {τ,Fd) = max 岱华(r, Fd ), Ss: (τ, Fd))进行比较，获得最大判决变量结果巧(厂4)； 步骤Α9、将步骤Α8获得的最大判决变量结果送到门限判决器进行门限判决，如果所述最大判决变量结果大于预设的门限，则认定捕获成功，完成GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获，进入跟踪过程；否则，则认定捕获失败，返回步骤Al重新进行捕获。所述步骤Α2中所述将步骤Al得到的数字中频信号中的I、Q两路信号分别进行载波剥离的具体方法是首先由频率步进控制器控制本地载波振荡器产生对应于不同多普勒频率的同相支路的载波信号coM2 π FDn)和正交支路的载波信号-jsinO π FDn)，然后将同相支路的载波信号cos O ^iFdII)和正交支路的载波信号-jsin O JiFdII)分别与中频数字信号的I路和Q路信号进行相乘，实现载波剥离。本发明还提供另一种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法，本方法中，发射机发射的GNSS卫星信号为正交型数据/导频混合信号，所述正交型数据/导频混合信号为CJn] = \；
则正交型数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法的具体步骤为步骤Bi、接收机接收正交型数据/导频混合信号，并将所述正交型数据/导频混合信号经接收机射频前端的混频、采样和量化后获得数字中频信号为冗[ ];步骤B2、将步骤Bl得到的数字中频信号冗[ ]中的I、Q两路信号分别进行载波剥离，获得去除载波的I、Q两路中频信号；步骤B3、将去除载波的I、Q两路中频数字信号相加，并将相加后的结果进行快速傅里叶变换，获得变换结果；步骤B4、采用时延步进控制器控制本地伪码产生器，产生D+P相位组合方式和D-P 相位组合方式的两种本地扩频码信号；步骤B5、对步骤B4所述的D+j*P相位组合方式和D_j*P相位组合方式的两种本地扩频码信号分别进行快速傅里叶变换并取复共轭处理，获得两组处理结果；步骤B6、将步骤B5获得的两组处理结果分别与步骤B3获得的变换结果相乘，获得两组相乘后的结果，并对所述两组相乘后的结果分别进行快速傅立叶逆变换，获得两组变换后结果；步骤B7、将步骤B6获得的两组变换后结果分别取模，并分别进行平方运算处理， 获得两组平方运算结果，即；步骤Β8、对步骤Β7获得的两组平方运算结果通过公式
权利要求
1.一种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法，其特征是发射机发射的GNSS卫星信号为同相型数据/导频混合信号，所述同相型数据/导频混合信号Csp [η]表达式为C [CdM-CpM dM =1 . sp [CD[n] +CP[n] d[n] = -\ ;Cd[n]是数据信号D的扩频主码；CD/P[n]是导频信号P的扩频主码； 则同相型数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法的具体步骤为 步骤Al、接收机接收同相型数据/导频混合信号，并将所述同相型数据/导频混合信号经接收机射频前端的混频、采样和量化后获得数字中频信号为>^[ ]，式中，η表示采样点的序号；步骤Α2、将步骤Al得到的数字中频信号中的I、Q两路信号分别进行载波剥离，获得去除载波的I、Q两路中频信号；步骤A3、将步骤A2获得的去除载波的I、Q两路中频数字信号相加，并将相加后的结果进行快速傅里叶变换，获得变换结果；步骤A4、采用时延步进控制器控制本地伪码产生器，产生D+P相位组合方式和D-P相位组合方式的两种本地扩频码信号；步骤A5、对步骤A4所述的D+P相位组合方式和D-P相位组合方式的两种本地扩频码信号分别进行快速傅里叶变换并取复共轭处理，获得两组处理结果；步骤A6、将步骤A5获得的两组处理结果分别与步骤A3获得的变换结果相乘，获得两组相乘后的结果，对所述两组相乘后的结果分别进行快速傅立叶逆变换，获得两组变换后结果；步骤A7、将步骤A6获得的两组变换后结果分别取模，并分别进行平方运算处理，获得两组平方运算结果，即ν(Γ,^^『(Γ,^);步骤Α8、对步骤Α7获得的两组平方运算结果通过公式 S: {τ,Fd) = max『(r, Fd ), Ss: (τ, Fd))进行比较，获得最大判决变量结果^；(厂^))；步骤Α9、将步骤Α8获得的最大判决变量结果送到门限判决器进行门限判决，如果所述最大判决变量结果大于预设的门限，则认定捕获成功，完成GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获，进入跟踪过程；否则，则认定捕获失败，返回步骤Al重新进行捕获；
2.根据权利要求1所述的一种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法，其特征在于所述步骤Α2中所述将步骤Al得到的数字中频信号中的I、Q两路信号分别进行载波剥离的具体方法是首先由频率步进控制器控制本地载波振荡器产生对应于不同多普勒频率的同相支路的载波信号coM2 π FDn)和正交支路的载波信号-jsinO π FDn)，然后将同相支路的载波信号cos O ^iFdII)和正交支路的载波信号-jsin O JiFdII)分别与中频数字信号的I路和Q路信号进行相乘，实现载波剥离。
3.—种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法，其特征是发射机发射的GNSS卫星信号为正交型数据/导频混合信号，所述正交型数据/导频混合信号为则正交型数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法的具体步骤为 步骤Bl、接收机接收正交型数据/导频混合信号，并将所述正交型数据/导频混合信号经接收机射频前端的混频、采样和量化后获得数字中频信号为冗[ ];步骤B2、将步骤Bl得到的数字中频信号冗[ ]中的I、Q两路信号分别进行载波剥离，获得去除载波的I、Q两路中频信号；步骤B3、将去除载波的I、Q两路中频数字信号相加，并将相加后的结果进行快速傅里叶变换，获得变换结果；步骤B4、采用时延步进控制器控制本地伪码产生器，产生D+P相位组合方式和D-P相位组合方式的两种本地扩频码信号；步骤B5、对步骤B4所述的D+j*P相位组合方式和D-j*P相位组合方式的两种本地扩频码信号分别进行快速傅里叶变换并取复共轭处理，获得两组处理结果；步骤B6、将步骤B5获得的两组处理结果分别与步骤B3获得的变换结果相乘，获得两组相乘后的结果，并对所述两组相乘后的结果分别进行快速傅立叶逆变换，获得两组变换后结果；步骤B7、将步骤B6获得的两组变换后结果分别取模，并分别进行平方运算处理，获得两组平方运算结果，即巧(厂足)和^^,足)；步骤Β8、对步骤Β7获得的两组平方运算结果通过公式 S: {τ,Fd) = max{^(r，Fd)，S1:{τ,Fd))进行比较，获得最大判决变量结果^9cXr,；步骤Β9、将步骤Β8获得的最大判决变量结果送到门限判决器进行门限判决，如果所述最大判决变量结果大于预设的门限，则认定捕获成功，完成GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获，进入跟踪过程；否则，则认定捕获失败，返回步骤Bl重新进行捕获。
4.根据权利要求1所述的一种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法，其特征在于所述步骤Β2中所述将步骤Bl得到的数字中频信号冗[ ]中的I、Q两路信号分别进行载波剥离的具体方法是首先由频率步进控制器控制本地载波振荡器产生对应于不同多普勒频率的同相支路的载波信号coM2 π FDn)和正交支路的载波信号-jsinO π FDn)，然后将同相支路的载波信号cos O ^iFdII)和正交支路的载波信号-jsin O JiFdII)分别与中频数字信号的I路和Q路信号进行相乘，实现载波剥离。
全文摘要
一种GNSS数据/导频混合信号的频域相干联合捕获方法，涉及GNSS数据/导频混合信号的相干联合捕获方法。它解决了传统的单路捕获方法不能充分利用新体制导航信号的能量导致捕获性能低的问题。其方法针对GNSS数据/导频混合信号，利用其数据通道和导频通道信号间的相位关系，将两个通道的信号进行相干处理，进而完成捕获。本发明适用于一种GNSS数据/导频混合信号的捕获过程中。
文档编号G01S19/30GK102279402SQ20111006597
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者万青, 孟维晓, 邹德岳, 韩帅 申请人:哈尔滨工业大学