一种非合作导航卫星信号定位方法及装置

本发明涉及卫星导航，尤其涉及一种非合作导航卫星信号定位方法及装置。

背景技术：

1、gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)播发的导航信号包括公开导航信号和非合作导航信号两类，其中非合作导航信号包括军用信号，军用信号具有高精度、抗干扰、防欺骗等特点，可以在民用信号受到干扰与破坏的情况下保障导航定位需求。

2、在对抗环境下，合作卫星导航信号可能会受到干扰，同时导航系统可能会关闭其民用信号，但保留甚至增强其系统的非合作信号。利用非合作导航卫星信号实现导航定位，对于提高导航系统的性能具有重要意义。

3、现有技术通过码相关求解码相位，进而测量伪距并进行定位，然而非合作信号的伪码结构未知，无法通过码相位进行伪距求解，难以通过传统方法进行定位。

技术实现思路

1、本发明技术解决问题：本发明提供一种非合作导航卫星信号定位方法及装置，以解决现有技术中无法利用非合作导航卫星信号进行定位的问题。本发明提出的方法具有抗干扰能力强的优点，可以提升现有导航定位系统的可用性，实现gnss民用信号拒止条件下的导航定位。

2、本发明的第一个方面提供一种非合作导航卫星信号定位方法，包括：

3、步骤1，通过天线获取全空域的非合作导航卫星播发的射频导航信号；

4、步骤2，对所述射频导航信号进行放大、滤波、下变频和采样，获取数字中频导航信号；

5、步骤3，对所述数字中频导航信号进行多通带滤波，获取滤除合作导航信号分量的非合作导航信号；

6、步骤4，对所述非合作导航信号进行载波恢复，获取非合作导航信号二倍频载波；

7、步骤5，对所述非合作导航信号二倍频载波的频谱进行峰值提取，得到非合作导航信号粗多普勒测量值；

8、步骤6，构建非合作导航信号多普勒目标函数，以所述非合作导航信号粗多普勒测量值为初值，利用gss(golden section search，黄金分割搜索法)得到非合作导航信号多普勒测量值；

9、步骤7，根据卫星轨道数据解算卫星坐标；

10、步骤8，对所述非合作导航信号多普勒测量值进行识别，并获取接收机初始位置；

11、步骤9，根据所述接收机初始位置、所述多普勒测量值和对应的卫星坐标计算接收机位置。

12、特别地，在所述步骤3中，多通带滤波所用滤波器的阻带包含同一频点数字中频导航信号中全部已知的合作导航信号频率范围，通带包含非合作导航信号频率分量。多通带滤波器的阻带和通带设置可以实现对已知的合作导航信号的抑制，同时保留非合作导航信号，减小同频率合作导航信号对非合作导航信号的干扰。

13、特别地，所述步骤4中，获取非合作导航信号二倍频载波实现如下：对数字中频非合作导航信号进行平方，消除信号中调制的双极性伪码、数据码以及副载波分量，获得二倍频数字中频非合作导航信号载波；

14、对二倍频数字中频非合作导航信号载波进行fft(fast fourier transform，快速傅里叶变换)，并截取二倍频中频载波附近频谱，获得原始多普勒分布；

15、对原始多普勒分布进行插值，获得优于原始多普勒分布的分辨率的多普勒分布，即非合作导航信号载波频谱。通过插值，可以有效提升二倍频载波频谱的分辨率，提高粗多普勒测量值精度。

16、特别地，所述步骤6中，将非合作导航信号二倍频载波与包含特定多普勒频率的二倍频中频载波进行共轭相乘并计算均值的模，作为非合作导航信号多普勒目标函数。通过设计这样的多普勒目标函数，可以得到对非合作导航信号多普勒的超分辨估计，从而得到精确的多普勒测量值，提升定位精度。

17、特别地，所述步骤6中，包括以下步骤：

18、(1)以非合作导航信号粗多普勒测量值为初值，确定精多普勒测量值的搜索区间；

19、(2)利用gss对精多普勒测量值的搜索区间内使得非合作导航信号多普勒目标函数最大的多普勒取值进行求解，将求解结果作为非合作导航信号多普勒测量值。通过gss方法，显著提高了多普勒搜索的收敛速度，降低了运算复杂度。

20、特别地，在所述步骤8中，包括以下步骤：

21、(1)获取先验位置的经纬高信息并确定位置搜索范围与经度、纬度、高度方向的搜索分辨率。得到以先验位置为中心、以搜索分辨率为网格大小、填充整个搜索范围的多个可能的接收机位置，每个位置对应一个位置坐标的经度、纬度和高度；

22、(2)根据卫星坐标，计算每个可能的接收机位置对应的理论多普勒；

23、(3)对于每一个可能的接收机位置，对理论多普勒与多普勒测量值进行关联匹配；

24、(4)根据最优匹配结果获得接收机初始位置，同时将此时的匹配结果作为卫星识别结果。

25、通过上述步骤，实现了对接收机大致位置的确定，可用于后续定位解算，同时实现了不借助伪随机码条件下的卫星编号识别。

26、特别地，在所述步骤9中，将接收机初始位置作为先验位置，将先验粗时和先验钟漂均设置为0，并预测此位置的多普勒理论值，根据多普勒测量值与多普勒理论值的偏差调整先验位置，重复以上过程直至收敛，重复预测当前位置的多普勒理论值并调整先验位置直至收敛，获得接收机位置。通过上述迭代过程，解决了多普勒定位中观测方程的非线性问题，降低了接收机准确位置求解的复杂度。

27、特别地，所述步骤(3)中，包括以下步骤：

28、(31)设定理论多普勒与多普勒测量值之间的多普勒误差阈值；

29、(32)对于每一个可能的接收机位置某颗卫星的理论多普勒，将阈值范围内最接近的实测多普勒进行匹配，若阈值范围内不存在任何多普勒测量值，则判定为没有关联到此颗卫星对应的多普勒信息；

30、(33)设定多普勒匹配数量阈值；

31、(34)若某个可能的接收机位置匹配到的卫星数大于等于多普勒匹配数量阈值，则计算对应此位置的多普勒均方误差，否则，将其均方误差置为无穷大；

32、(35)将均方误差最小处对应的接收机位置和匹配情况作为多普勒均方误差最优匹配结果。

33、通过上述步骤，可以在先验卫星编号未知的条件下，通过多普勒分布与接收机位置的关联关系，实现多普勒测量值与卫星编号的匹配。

34、第二方面，本发明提供一种非合作导航卫星信号定位装置，包括存储器与处理器，其中所述存储器用于存储所述处理器可执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现前述一种非合作导航卫星信号定位方法。

35、第三方面，本发明提供一种计算机可读的介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现前述一种非合作导航卫星信号定位方法。

36、本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提供的非合作导航卫星信号定位方法及装置，通过获取全空域的非合作导航卫星播发的射频非合作导航信号、模拟中频非合作导航信号和数字中频非合作导航信号；随后，通过载波恢复获取非合作导航信号载波频谱，并获得多普勒测量值；接下来，根据卫星轨道数据解算卫星坐标，进行多普勒测量值识别并获取接收机初始位置；最后，根据接收机初始位置、多普勒测量值和对应的卫星坐标计算接收机位置。本发明提供的非合作导航卫星信号定位方法及装置，可实现利用多种非合作导航卫星信号进行定位。本发明提出的方法及装置具有抗干扰能力强的优点，大大提升了现有导航定位系统的可用性，实现gnss民用信号拒止条件下的导航定位。