一种L5信号捕获方法、装置及计算机存储介质与流程

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种l5信号捕获方法、装置及计算机存储介质。

背景技术：

全球定位系统(gps，globalpositioningsystem)是由美国建立的全球定位系统，其利用gps定位卫星，全天候的为用户提供卫星导航定位服务，也是目前使用最广泛的全球定位系统。

随着全球定位系统的发展，对新体制信号的捕获和跟踪日益成为了信号领域的焦点。l5信号是gps现代化后采用的新结构的卫星导航信号，相比于旧体制信号l1信号，l5信号的结构截然不同。l5信号由两个幅度相等而相位正交的分量组成，一个分量载有卫星的导航电文(或称数据)，称之为数据通道(也称i通道)；另一个分量未载有数据，称之为导频通道(也称q通道)。l5信号之所以引起关注，除了l5信号本身的结构优势以外，它还可以和l1信号联合使用以消除电离层的误差，实现双频定位。

然而，l5信号的i通道和q通道的伪随机码周期仅1ms，且每毫秒调制不同的nh码，因此使用传统相关方法直接进行捕获的灵敏度非常低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种l5信号捕获方法、装置及计算机存储介质，以至少解决现有捕获方法捕获灵敏度低的问题，能够快速捕获l5信号，且简单易行，灵敏度较高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，一种l5信号捕获方法，包括：

步骤s1，获取gps卫星信号，并对所述gps卫星信号依次进行下变频处理和模拟/数字a/d转换，得到数字中频信号；其中，所述gps卫星信号中包含至少一颗gps卫星发送的l1信号和l5信号；

步骤s2，根据所述数字中频信号进行捕获，得到当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位；

步骤s3，利用当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位，进行l5信号捕获。

第二方面，提供一种l5信号捕获装置，包括：数字中频信号获取单元、l1信号捕获单元以及l5信号捕获单元；

数字中频信号获取单元、l1信号捕获单元以及l5信号捕获单元；

其中，所述数字中频信号获取单元，用于获取gps卫星信号，所述gps卫星信号依次进行下变频处理和模拟/数字a/d转换，得到数字中频信号；其中，所述gps卫星信号中包含至少一颗gps卫星发送的l1信号和l5信号；

所述l1信号捕获单元，用于根据所述数字中频信号进行捕获，得到当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位；

所述l5信号捕获单元，用于利用当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位，进行l5信号捕获。

第三方面，提供一种l5信号捕获装置，所述装置包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于运行所述计算机程序时，执行第一方面所述方法的步骤。

第四方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。

本发明提供的上述技术方案中，基于l5信号和l1信号之间的特性——l1信号和l5信号同步发送，因此如果得到l1信号的比特边界沿即可大致确定l5信号的nh码边界值，进而确定l5信号的码相位搜索范围，从而辅助捕获l5信号，达到降低计算量的同时提高捕获灵敏度的目的。具体来说，即是先捕获得到当前卫星发送的l1信号对应的多普勒频率和码相位，并根据此结果对其进行同步，根据位同步结果确定l5信号的nh码边界值，进而确定l5信号的码相位搜索范围，从而在较小的码相位范围内对l5码相位进行捕获搜索，因此本发明提供技术方案能够减少计算量，提高效率。此外，现有的l5信号捕获方法最多只能得到1毫秒的积分结果，而基于本发明提供的技术方案能够获得20毫秒的积分结果，因此相比现有技术，本发明提供的l5信号捕获方法、装置及计算机存储介质能够提高捕获灵敏度。经验证，相比于现有的1ms直接循环相关捕获方法，本发明提供的技术方案可将捕获灵敏度提高13db左右。

综上，本发明提供的l5信号捕获方法、装置及计算机存储介质，能够解决现有捕获方法捕获灵敏度低的问题，能够快速捕获l5信号，且简单易行，灵敏度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种l5信号捕获方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种l5信号捕获方法的流程示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种l5信号捕获装置的结构组成示意图；

图4为本发明实施例提供的一种l5信号捕获装置的结构组成示意图二；

图5为本发明实施例提供的一种l5信号捕获装置的结构组成示意图三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为便于更清楚地理解本发明实施例方案，首先对l5信号的结构做简单介绍如下：

l5信号采用新信号结构，是由两个同步的幅值相等且相互正交的两个分量构成，其中一个称为数据通道，载有导航信息，另一个称为导频分量，无导航信息。l5码信号可以用以下公式定义：

sj＝nd(20,t)g(i,t)sin(w5t+φ)+dj(t)np(10,t)g(k,t)cos(w5t+φ)，

其中，w5＝2π·1176.45mhz，表示载波频率；dj(t)是卫星j的导航比特流；nd(20,t)和np(10,t)是数据通道和导频通道的nh码，其周期长度分别为10个和20个基码；g(i,t)和g(k,t)是数据通道和导频通道的测距码。

进一步的，接收到gps卫星j的l5信号经过射频前端和混频器处理后的信号可表示为：

其中，p为信号总功率，fi和fd表示中频频率和多普勒频率。

图1所示为本发明实施例提供的一种l5信号捕获方法的流程示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的l5信号捕获方法，包括以下步骤：

步骤s1，获取gps卫星信号，并对gps信号依次进行下变频处理和模拟/数字a/d转换，得到数字中频信号。

其中，所述gps卫星信号中包含至少一颗gps卫星发送的l1信号和l5信号。本领域技术人员可以理解，捕获的目的即在于剥离载波和解调扩频码，确定该gps卫星信号中是否包含指定卫星发送的信号，并估算信号的载波多普勒频率和码相位，从而为后续的跟踪解算做准备。

步骤s2，根据数字中频信号进行捕获，得到当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位。

其中，当前卫星为当前指定的捕获卫星。

需要说明的是，这一步骤中，可利用现有的直接循环相关捕获方法对当前卫星发送的l1信号进行捕获，以获得对应的载波多普勒频率和码相位。至于具体如何实现，属于本领域技术人员公知的技术，本发明实施例对此不再赘述。

步骤s3，利用当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位，进行l5信号捕获。

优选的，如图2所示，本发明实施例提供的l5信号捕获方法中，步骤s3具体可以包括步骤s3a至步骤s3e：

步骤s3a，根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率，计算当前卫星发送的l5信号的多普勒频率；以及，根据当前卫星发送的l1信号的码相位，确定l5信号的码相位搜索范围。

具体的，步骤s3a中，根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率，计算当前卫星发送的l5信号的多普勒频率，可以包括：

根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率，利用第一预设公式，计算当前卫星发送的l5信号的多普勒频率。

其中，第一预设公式如公式1所示：

式中，fdop_l5表示当前卫星发送的l5信号的多普勒频率，fl1表示l1信号的载波频率，fl1＝1575.42mhz，fl5表示l5信号的载波频率，fl5＝1176.45mhz，fdop_l1表示当前卫星发送的l1信号的多普勒频率。

具体的，步骤s3a中，根据当前卫星发送的l1信号的码相位，确定l5信号的码相位搜索范围，具体可以包括：

根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位进行位同步，根据位同步结果估算当前卫星发送的l5信号的nh码边界值；

根据l5信号的nh码边界值，确定l5信号的码相位搜索范围。

需要说明的是，l5信号的码相位搜索范围具体可以是以估算的l5信号的nh码边界值为中心的一定范围内的码相位。优选的，可以估算的l1信l5信号的号的nh码边界值为中心的左右各32个半码片构成的码相位范围作为l5信号的码相位搜索范围。

步骤s3b，根据l5信号的多普勒频率和中频频率，生成本地载波。

具体的，可根据如下所示的公式2生成本地载波：

式中，zc表示本地载波，fi表示中频频率，中频频率的具体取值取决于设备的采样频率。

步骤s3c，将数字中频信号的起始位置依次移动至l5信号的码相位搜索范围内的各半码片处，得到各半码片对应的卫星中频信号；再将本地载波分别与各半码片对应的卫星中频信号进行混频以剥离载波，进而对剥离载波后的信号进行重采样，得到各半码片对应的重采样数据。

步骤s3d，生成当前卫星对应的l5信号的伪随机码，利用伪随机码对各半码片对应的重采样数据分别进行循环相关，得到各半码片对应的1ms相干积分结果；根据nh码符号，分别对各半码片对应的1ms相干积分结果进行20ms的相干累加，得到各半码片对应的20ms相干累加数据。

其中，需要说明的是，本领域技术人员可以理解，之所以获得20ms相干累加数据，是因为l5信号的nh码周期为20。

步骤s3e，根据各半码片对应的20ms相干累加数据，检测是否成功捕获当前卫星发送的l5信号，并在成功捕获当前卫星发送的l5信号后，确定当前卫星发送的l5信号的码相位。

具体的，步骤s3e具体包括：

对各半码片对应的20ms相干累加数据进行取模操作，得到对应的n个模值m1,m2,…,mi,…,mn，确定n个模值m1,m2,…,mi,…,mn中的最大模值mmax；

判断最大模值mmax是否超过预设门限值：若是，则确定成功捕获当前卫星发送的l5信号，且最大模值mmax对应的半码片位置即为当前卫星发送的l5信号的码相位；若否，则确定未成功捕获当前卫星发送的l5信号。

其中，n表示码相位搜索范围内的半码片个数，i表示码相位搜索范围内的第i个半码片。

需要说明的是，在确定成功捕获当前卫星发送的l5信号后，步骤s3计算得到的l5信号的多普勒频率即为当前卫星发送的l5信号的多普勒频率。

进一步的，完成对当前卫星的捕获后，即可重新指定卫星，重复执行步骤s2-s3对其进行捕获，直至完成对全部卫星的捕获。

本发明实施例提供的l5信号捕获方法中，基于l5信号和l1信号之间的特性——l1信号和l5信号同步发送，因此如果得到l1信号的比特边界即可大致确定l5信号的nh码边界值，进而确定l5信号的码相位搜索范围，从而辅助捕获l5信号，达到降低计算量的同时提高捕获灵敏度的目的。具体来说，即是先捕获得到当前卫星发送的l1信号对应的多普勒频率和码相位，根据l1信号对应的多普勒频率和码相位进行位同步，根据位同步结果确定l5信号的nh码边界值，进而确定l5信号的码相位搜索范围，从而在较小的码相位范围内对l5码相位进行捕获搜索，因此本发明实施例提供的技术方案能够减少计算量，提高效率。此外，现有的l5信号捕获方法最多只能得到1毫秒的积分结果，而基于本发明实施例提供的l5信号捕获方法能够获得20毫秒的积分结果，因此相比现有技术，本发明实施例提供的l5信号捕获方法能够提高捕获灵敏度。经验证，相比于现有的1ms直接循环相关捕获方法，本发明提供的技术方案可将捕获灵敏度提高13db左右。

基于上述本发明实施例提供的l5信号捕获方法，本发明实施例还提供了一种l5信号捕获装置，如图3所示。

参见图3，本发明实施例提供的l5信号捕获装置包括：数字中频信号获取单元10、l1信号捕获单元20以及l5信号捕获单元30。

其中，数字中频信号获取单元10，用于获取gps卫星信号，所述gps卫星信号依次进行下变频处理和模拟/数字a/d转换，得到数字中频信号；其中，所述gps卫星信号中包含至少一颗gps卫星发送的l1信号和l5信号。

l1信号捕获单元20，用于根据数字中频信号进行捕获，得到当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位。

l5信号捕获单元30，用于利用当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位，进行l5信号捕获。

优选的，如图4所示，本发明实施例提供的l5信号捕获装置中，l5信号捕获单元具体包括：计算模块308、本地载波发生器301、混频器302、重采样模块303、伪随机码发生器304、相关器305、累加器306以及捕获检测模块307。

其中，计算模块308，用于根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率，计算当前卫星发送的l5信号的多普勒频率；以及，根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位，确定l5信号的码相位搜索范围。

本地载波发生器301，用于根据l5信号的多普勒频率和中频频率，生成本地载波。

数字中频信号获取单元10，还用于将数字中频信号的起始位置依次移动至l5信号的码相位搜索范围内的各半码片处，得到各半码片对应的卫星中频信号。

混频器302，用于将本地载波分别与各半码片对应的卫星中频信号进行混频以剥离载波。

重采样模块303，用于对剥离载波后的信号进行重采样，得到各半码片对应的重采样数据。

伪随机码发生器304，用于生成当前卫星对应的l5信号的伪随机码。

相关器305，用于利用伪随机码对各半码片对应的重采样数据分别进行循环相关，得到各半码片对应的1ms相干积分结果。

累加器306，用于根据nh码符号，分别对各半码片对应的1ms相干积分结果进行20ms的相干累加，得到各半码片对应的20ms相干累加数据。

捕获检测模块307，用于根据各半码片对应的20ms相干累加数据，检测是否成功捕获当前卫星发送的l5信号，并在成功捕获当前卫星发送的l5信号后，确定当前卫星发送的l5信号的码相位。

进一步的，本发明实施例提供的l5信号捕获装置中，l1信号捕获单元20具体用于：

根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率，利用第一预设公式，计算当前卫星发送的l5信号的多普勒频率。

其中，第一预设公式为前述的公式1。

更进一步的，本发明实施例提供的l5信号捕获装置中，l1信号捕获单元20具体还用于：

根据当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位进行位同步，根据位同步结果估算当前卫星发送的l5信号的nh码边界值；

根据l5信号的nh码边界值，确定l5信号的码相位搜索范围。

优选的，本发明实施例提供的l5信号捕获装置中，l5信号的码相位搜索范围为以l5信号的nh码边界值为中心的左右各32个半码片构成的码相位范围。

一种具体实现方式中，在图3所示的l5信号捕获装置中，捕获检测模块307具体用于：

对各半码片对应的1ms相干积分结果进行取模操作，得到对应的n个模值m1,m2,…,mi,…,mn，确定n个模值m1,m2,…,mi,…,mn中的最大模值mmax；

判断最大模值mmax是否超过预设门限值：若是，则确定成功捕获当前卫星发送的l5信号，且最大模值mmax对应的半码片位置即为当前卫星发送的l5信号的码相位；若否，则确定未成功捕获当前卫星发送的l5信号。

其中，n表示码相位搜索范围内的半码片个数，i表示码相位搜索范围内的第i个半码片。

需要说明的是：上述实施例提供的l5信号捕获装置在进行捕获时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的l5信号捕获装置与捕获方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，其有益效果同方法实施例，这里不再赘述。

基于上述l5信号捕获装置中各单元的硬件实现，为了实现本发明实施例提供的方法，本发明实施例还提供了一种l5信号捕获装置50，如图5所示，所述装置50包括：存储器501和处理器502。

其中，所述存储器501，用于存储计算机程序。

所述处理器502，用于运行所述计算机程序时，执行如下步骤：

步骤s1，获取gps卫星信号，并对所述gps卫星信号依次进行下变频处理和模拟/数字a/d转换，得到数字中频信号；其中，所述gps卫星信号中包含至少一颗gps卫星发送的l1信号和l5信号；

步骤s2，根据所述数字中频信号进行捕获，得到当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位；

步骤s3，利用当前卫星发送的l1信号的多普勒频率和码相位，进行l5信号捕获。

当然，实际应用时，如图5所示，该装置还可以包括通信接口503。该装置50中的各个组件通过总线系统504耦合在一起。可理解，总线系统504用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统504除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图5中将各种总线都标为总线系统504。

在示例性实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序可由l5信号捕获装置50的处理器501执行，以完成前述方法所述步骤。计算机可读存储介质可以是磁性随机存取存储器(fram，ferromagneticrandomaccessmemory)、只读存储器(rom，readonlymemory)、可编程只读存储器(prom，programmableread-onlymemory)、可擦除可编程只读存储器(eprom，erasableprogrammableread-onlymemory)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom，electricallyerasableprogrammableread-onlymemory)、快闪存储器(flashmemory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(cd-rom，compactdiscread-onlymemory)等存储器。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和智能设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。