一种卫星导航接收机的制作方法

本实用新型属于卫星导航领域，尤其涉及一种卫星导航接收机。

背景技术：

目前的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)主要包括：美国的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、俄罗斯的GLONASS(格洛纳斯卫星导航系统)、中国的BD(北斗卫星导航系统)和欧洲的Galileo(伽利略卫星定位系统)，GNSS是一种无线电定位系统，通过估计无线电波从卫星到卫星导航接收机的传播延时，得到卫星导航接收机到卫星的直线距离，这是一种利用到达时间的测距方式。

由于室内伪卫星系统本身的限制，如卫星布设高度低，仰角变化大，室内环境狭小且复杂多变等因素，卫星导航接收机在室内移动过程中，接收到的伪卫星信号会有明显变化，距离每增加一倍，功率衰减可达6dB。当卫星导航接收机靠近一颗或同时靠近两颗伪卫星时，距离较近的伪卫星信号功率会明显提高，从而会提高卫星导航接收机天线端的底噪功率，即发生远近效应，使得距离较远的伪卫星信号的捕获跟踪受到影响，甚至出现丢星的情况，进而影响到卫星导航接收机的定位。

由于CA码不是严格正交的，其隔离度大约为24dB，因此，当两个伪卫星信号的功率差超过阈值时，强卫星信号与弱卫星信号的互相关功率会显著提升，从而影响到弱卫星信号的自相关结果，最终导致弱卫星信号被淹没在噪声中。抑制互相关干扰的关键在于获取强卫星信号的参数以精确复现强卫星信号。信号参数包括载波频率、载波相位、码相位、幅度和电文比特。互相关抑制的效果直接取决于本地复现的强卫星信号的准确性。卫星导航接收机通过一定时间的对强卫星信号的稳定跟踪，其载波环和码环能对强卫星信号实现精确跟踪，故载波频率、载波相位和码相位能从环路中直接提取获得。电文比特可以通过电文预测器给出。于是互相关抑制的性能直接取决于对幅度的估计准确度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能抗远近效应的卫星导航接收机。

本实用新型提供了一种卫星导航接收机，包括依次相连的天线单元、射频单元、基带信号处理单元、控制与信息处理单元和人机交互单元，所述基带信号处理单元具有远近效应抑制单元，所述远近效应抑制单元包括信号重构模块、弱卫星信号跟踪模块和至少一个强卫星信号跟踪模块，强卫星信号跟踪模块包括第一自相关模块、第一互相关模块、第一减法器和第二减法器，弱卫星信号跟踪模块包括第二自相关模块、第二互相关模块、第三减法器和第四减法器，其中，第一自相关模块的输入端和第二自相关模块的输入端分别与射频单元的输出端连接，第一互相关模块的输入信号为0，第一自相关模块的第一输出端与第一互相关模块的第一输出端分别与第一减法器的两个输入端连接，第一自相关模块的第二输出端与第一互相关模块的第二输出端分别与第二减法器的两个输入端连接，第一自相关模块的重建信号输出端与信号重构模块的输入端连接，信号重构模块的幅度控制端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供幅度控制，信号重构模块的输出端与第二互相关模块的输入端连接，第二自相关模块的第一输出端与第二互相关模块的第一输出端分别与第三减法器的两个输入端连接，第二自相关模块的第二输出端与第二互相关模块的第二输出端分别与第四减法器的两个输入端连接，第一自相关模块的使能端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供使能控制，第二互相关模块的幅度控制端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供幅度控制，第一减法器、第二减法器、第三减法器和第四减法器的输出端与控制与信息处理单元连接，供控制与信息处理单元作跟踪控制。

进一步地，第一自相关模块和第二自相关模块均包括载波数字控制振荡器、伪码发生器、第一积分器和第二积分器，载波数字控制振荡器产生两路正交载波与射频单元输出的数字中频信号相乘，分别得到剥离载波的数字基带信号；伪码发生器分别与剥离载波的数字基带信号相乘，相乘的结果分别作为第一积分器和第二积分器的输入，第一积分器和第二积分器的输出端分别作为第一自相关模块和第二自相关模块的第一输出端和第二输出端。

进一步地，第一互相关模块包括载波数字控制振荡器、伪码发生器、第三积分器和第四积分器，载波数字控制振荡器产生两路正交载波与输入信号0相乘，分别得到剥离载波的数字基带信号；伪码发生器分别与剥离载波的数字基带信号相乘，相乘的结果分别作为第三积分器和第四积分器的输入，第三积分器和第四积分器的输出端分别作为第一互相关模块第一输出端和第二输出端。

进一步地，第二互相关模块包括载波数字控制振荡器、伪码发生器、第五积分器和第六积分器，载波数字控制振荡器产生两路正交载波与信号重构模块输出的重构信号相乘，分别得到剥离载波的数字基带信号；伪码发生器分别与剥离载波的数字基带信号相乘，相乘的结果分别作为第五积分器和第六积分器的输入，第五积分器和第六积分器的输出信号分别与控制与信息处理单元提供的幅度控制信号相乘，相乘后的两个输出端分别作为第二互相关模块的第一输出端和第二输出端。

进一步地，信号重构模块包括N路乘法器和1路N输入加法器顺序相连，N是大于或等于1的自然数，每一路强卫星信号跟踪模块的第一自相关模块的输出信号经过乘法器控制幅度后，送入N输入加法器中；N输入加法器在卫星导航接收机判定有远近效应干扰时被使能，在每一时刻输出一个N路重建信号所组成的重构信号至弱卫星信号跟踪模块的第二互相关模块中。

在本实用新型中，由于远近效应抑制单元包括信号重构模块、弱卫星信号跟踪模块和至少一个强卫星信号跟踪模块，强卫星信号跟踪模块包括第一自相关模块、第一互相关模块、第一减法器和第二减法器，弱卫星信号跟踪模块包括第二自相关模块、第二互相关模块、第三减法器和第四减法器，第一自相关模块的重建信号输出端与信号重构模块的输入端连接，信号重构模块的幅度控制端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供幅度控制，信号重构模块的输出端与第二互相关模块的输入端连接。因此能显著改善卫星导航接收机在强干扰情况下弱卫星信号的跟踪能力，极大的提高允许同时到达的不同伪卫星的最大功率值差异值，明显增强卫星导航接收机的抗远近效应能力，扩大卫星导航接收机在室内伪卫星系统中的有效定位区域。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的卫星导航接收机的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的卫星导航接收机中的远近效应抑制单元的电路框图。

图3是本实用新型实施例提供的卫星导航接收机的远近效应抑制单元中的第一自相关模块和第二自相关模块的电路框图。

图4是本实用新型实施例提供的卫星导航接收机的远近效应抑制单元中的第一互相关模块的电路框图。

图5是本实用新型实施例提供的卫星导航接收机的远近效应抑制单元中的第二互相关模块的电路框图。

图6是本实用新型实施例提供的卫星导航接收机的远近效应抑制单元中的信号重构模块的电路框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的卫星导航接收机，其可以用于接收室内伪卫星系统的卫星导航信号，卫星导航接收机包括依次相连的天线单元11、射频单元12、基带信号处理单元13、控制与信息处理单元14和人机交互单元15，其中基带信号处理单元13具有远近效应抑制单元131。

请参阅图2，远近效应抑制单元包括信号重构模块1311、弱卫星信号跟踪模块1313和至少一个强卫星信号跟踪模块1312，强卫星信号跟踪模块1312包括第一自相关模块13121、第一互相关模块13122、第一减法器13123和第二减法器13124，弱卫星信号跟踪模块1313包括第二自相关模块13131、第二互相关模块13132、第三减法器13133和第四减法器13134，其中，第一自相关模块13121的输入端和第二自相关模块13131的输入端分别与射频单元的输出端连接，第一互相关模块13122的输入信号为0，第一自相关模块13121的第一输出端与第一互相关模块13122的第一输出端分别与第一减法器13123两个输入端连接，第一自相关模块13121的第二输出端与第一互相关模块13122的第二输出端分别与第二减法器13124两个输入端连接，第一自相关模块13121的重建信号输出端与信号重构模块1311的输入端连接，信号重构模块1311的幅度控制端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供幅度控制，信号重构模块1311的输出端与第二互相关模块13132的输入端连接，第二自相关模块13131的第一输出端与第二互相关模块13132的第一输出端分别与第三减法器13133两个输入端连接，第二自相关模块13131的第二输出端与第二互相关模块13132的第二输出端分别与第四减法器13134两个输入端连接，第一自相关模块13121的使能端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供使能控制，第二互相关模块13132的幅度控制端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供幅度控制。第一减法器13123、第二减法器13124、第三减法器13133和第四减法器13134的输出端与控制与信息处理单元连接，供控制与信息处理单元作跟踪控制。

请参阅图3，第一自相关模块和第二自相关模块均包括载波数字控制振荡器21、伪码发生器22、第一积分器23和第二积分器24，载波数字控制振荡器21产生两路正交载波与射频单元输出的数字中频信号相乘，分别得到剥离载波的数字基带信号；伪码发生器22分别与剥离载波的数字基带信号相乘，相乘的结果分别作为第一积分器23和第二积分器24的输入，第一积分器23和第二积分器24的输出端分别作为第一自相关模块和第二自相关模块的第一输出端和第二输出端。

第一自相关模块还包括电文预测器25，载波数字控制振荡器21的同相支路与伪码发生器22、电文预测器25以及控制与信息处理单元提供的使能信号相乘获得重建信号。

请参阅图4，第一互相关模块包括载波数字控制振荡器31、伪码发生器32、第三积分器33和第四积分器34，载波数字控制振荡器31产生两路正交载波与输入信号0相乘，分别得到剥离载波的数字基带信号；伪码发生器32分别与剥离载波的数字基带信号相乘，相乘的结果分别作为第三积分器33和第四积分器34的输入，第三积分器33和第四积分器34的输出端分别作为第一互相关模块第一输出端和第二输出端。第一互相关模块的载波数字控制振荡器和伪码发生器可以是跟第一自相关模块的载波数字控制振荡器和伪码发生器共用的。

请参阅图5，第二互相关模块包括载波数字控制振荡器41、伪码发生器42、第五积分器43和第六积分器44，载波数字控制振荡器41产生两路正交载波与信号重构模块输出的重构信号相乘，分别得到剥离载波的数字基带信号；伪码发生器42分别与剥离载波的数字基带信号相乘，相乘的结果分别作为第五积分器43和第六积分器44的输入，第五积分器43和第六积分器44的输出信号分别与控制与信息处理单元提供的幅度控制信号相乘，相乘后的两个输出端分别作为第二互相关模块的第一输出端和第二输出端。第二互相关模块的载波数字控制振荡器和伪码发生器可以是跟第二自相关模块的载波数字控制振荡器和伪码发生器共用的。

请参阅图6，信号重构模块包括N路乘法器51和1路N输入加法器52顺序相连，N是大于或等于1的自然数。每一路强卫星信号跟踪模块的第一自相关模块的输出信号经过乘法器51控制幅度后，送入N输入加法器52中；N输入加法器52在卫星导航接收机判定有远近效应干扰时被使能，在每一时刻输出一个N路重建信号所组成的重构信号至弱卫星信号跟踪模块的第二互相关模块中。

本实用新型实施例提供的卫星导航接收机的抗远近效应的方法包括以下步骤：

当被跟踪的卫星信号中，有卫星信号的载噪比低于低门限时，卫星导航接收机搜索所有被跟踪的卫星信号中是否有载噪比高于高门限的信号；

若有至少一个通道的卫星信号载噪比高于高门限，则判定为发生了远近效应，卫星导航接收机使能强卫星信号跟踪模块的第一自相关模块输出重建信号，并使能信号重构模块输出重构信号，并将重构信号送入至弱卫星信号跟踪模块的第二互相关模块中；在下一个跟踪中断中，卫星导航接收机将弱卫星信号跟踪模块中互相关减轻后的积分结果作为鉴相器的输入；

若没有通道的卫星信号载噪比高于高门限，则判定为没有发生远近效应，卫星导航接收机延长弱卫星信号跟踪模块的相干积分时间。

在本实用新型实施例二中，强卫星信号的参数包括：导航电文符号D_i、CA码码相位τ_i、载波多普勒f_di、载波相位以及信号幅度A_i。则归一化的幅度表示为信号重构模块输出的重构信号为：

其中，A为归一化中用来参考的幅度，取自任意一个强卫星信号通道；t是时间；CA_i是强信号的伪码变量；f_IF是中频频率。

弱卫星信号的参数包括：多普勒f_dw、载波相位和码相位τ_w。弱卫星信号与重构信号的互相关运算结果为：

其中，CA_w是弱信号的伪码变量，弱卫星信号跟踪模块的第二互相关模块输出为I_c和Q_c，第二自相关模块输出为I和Q，故互相关减轻后的I_w、Q_w路积分结果为：

I_w＝I-A·I_c

Q_w＝Q-A·Q_c

由于该算法对所有强信号幅度采用一个参考强信号幅度进行归一化，只用一个估计通道对所有强信号进行互相关干扰估计，减小了硬件开销，更利于硬件实现。

在本实用新型中，由于远近效应抑制单元包括信号重构模块、弱卫星信号跟踪模块和至少一个强卫星信号跟踪模块，强卫星信号跟踪模块包括第一自相关模块、第一互相关模块、第一减法器和第二减法器，弱卫星信号跟踪模块包括第二自相关模块、第二互相关模块、第三减法器和第四减法器，第一自相关模块的重建信号输出端与信号重构模块的输入端连接，信号重构模块的幅度控制端与控制与信息处理单元连接，由控制与信息处理单元提供幅度控制，信号重构模块的输出端与第二互相关模块的输入端连接。因此能显著改善卫星导航接收机在强干扰情况下弱卫星信号的跟踪能力，极大的提高允许同时到达的不同伪卫星的最大功率值差异值，明显增强卫星导航接收机的抗远近效应能力，扩大卫星导航接收机在室内伪卫星系统中的有效定位区域。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。