一種用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法，所述方法包括：對(duì)所選擇的衛(wèi)星采用基于匹配濾波與FFT的方式進(jìn)行快速的捕獲，以獲得大范圍不確定度下的碼相位與多普勒信息；對(duì)捕獲到的衛(wèi)星的碼相位與多普勒采用基于精捕獲的方法進(jìn)行確認(rèn)；采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位和載波頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍牽引；采用合適帶寬的碼環(huán)與鎖相環(huán)進(jìn)行碼相位和載波頻率的跟蹤；進(jìn)行比特同步和幀同步，成功后進(jìn)行導(dǎo)航電文譯碼以獲得導(dǎo)航定位解算所用的衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度信息及參數(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)提供的用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法，能夠輸出高質(zhì)量的偽距與載波相位的原始觀測(cè)量，使得偽距精度更高，載波相位精度也更高，且提高了可靠性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)設(shè)及GPS衛(wèi)星信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào) 處理方法。
技術(shù)介紹
衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)從接收到的衛(wèi)星信號(hào)中捜索捕獲各個(gè)可見的衛(wèi)星信號(hào)，獲得所捕 獲衛(wèi)星信號(hào)粗略的碼相位值與載波多普勒值，然后所捕獲的衛(wèi)星被送入空閑的跟蹤通道進(jìn) 行衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤。由于捕獲僅能對(duì)載波多普勒值與碼相位參數(shù)值進(jìn)行粗略估計(jì)，跟蹤的 目的就是精細(xì)化運(yùn)些參數(shù)的估計(jì)值，并保持對(duì)運(yùn)些參數(shù)的跟蹤，然后從跟蹤到的衛(wèi)星信號(hào) 中解調(diào)出導(dǎo)航電文，并從碼跟蹤環(huán)提取原始偽距測(cè)量值，從載波鎖相環(huán)提取原始載波相位 測(cè)量值。如果采用傳統(tǒng)的對(duì)偽隨機(jī)碼進(jìn)行串行捜索方法進(jìn)行捕獲，且對(duì)每個(gè)多普勒頻格都 要進(jìn)行捜索，勢(shì)必導(dǎo)致捜索時(shí)間很長，且計(jì)算量很大，對(duì)硬件資源的要求很高。單純進(jìn)行一 次偽隨機(jī)碼與多普勒頻格的捜索就確定捕獲到的碼相位與多普勒頻率，必然使得較低的檢 測(cè)概率與較高的虛警概率。普通接收機(jī)的捕獲狀態(tài)結(jié)束進(jìn)入跟蹤狀態(tài)直至跟蹤狀態(tài)達(dá)到收 斂穩(wěn)定，可W輸出原始偽距與載波相位測(cè)量值，跟蹤環(huán)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間較長，并且原始 觀測(cè)量的精度也不高。 對(duì)于普通導(dǎo)航接收機(jī)，從跟蹤環(huán)路所獲得的原始測(cè)量值精度不夠高，偽距測(cè)量值 精度為分米級(jí)別，載波相位測(cè)量值精度為厘米級(jí)別。然而高精度導(dǎo)航接收機(jī)由于廣泛用于 移動(dòng)測(cè)繪、C0RS系統(tǒng)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、智能交通、海洋產(chǎn)品等領(lǐng)域，接收機(jī)需要從跟蹤環(huán)路獲得厘 米級(jí)偽距測(cè)量值、毫米級(jí)的載波相位測(cè)量值，并且要求可靠地輸出運(yùn)些測(cè)量值，才能使后續(xù) 定位解算可靠穩(wěn)定的進(jìn)行，因此對(duì)跟蹤環(huán)路參數(shù)的選取與對(duì)基帶信號(hào)處理方法的安排提出 了較高的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于目前GPS衛(wèi)星信號(hào)處理領(lǐng)域存在的上述不足，本專利技術(shù)提供一種用于GPS衛(wèi)星 導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法，能夠輸出高質(zhì)量的偽距與載波相位的原始觀測(cè)量，使得偽距精 度更高，載波相位精度也更高，且提高了可靠性。 陽0化]為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案： 一種用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法，所述用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào) 處理方法包括W下步驟： 從基帶信號(hào)獲取相關(guān)值并選擇出滿足一定高度角口限的可見衛(wèi)星； 對(duì)所選擇的衛(wèi)星采用基于匹配濾波與FFT的方式進(jìn)行快速的捕獲，W獲得大范圍 不確定度下的碼相位與多普勒信息； 若捕獲成功，則對(duì)捕獲到的衛(wèi)星的碼相位與多普勒采用基于精捕獲的方法進(jìn)行確 認(rèn)； 若精捕獲成功，則采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位和載波頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍牽引； 若牽引成功，則采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)結(jié)合的方式進(jìn)行更為精細(xì)的碼相位與載波多普 勒的估計(jì)； 若成功進(jìn)行相位鎖定且頻率鎖定，則采用合適帶寬的碼環(huán)與鎖相環(huán)進(jìn)行碼相位和 載波頻率的跟蹤； 進(jìn)行比特同步和帖同步，成功后進(jìn)行導(dǎo)航電文譯碼W獲得導(dǎo)航定位解算所用的衛(wèi) 星位置、衛(wèi)星速度信息及參數(shù)。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述從基帶信號(hào)獲取相關(guān)值并選擇出滿足一定高度角口 限的可見衛(wèi)星包括：依據(jù)導(dǎo)航接收機(jī)關(guān)機(jī)前保存的星歷與接收機(jī)位置信息，計(jì)算出當(dāng)前接 收機(jī)開機(jī)時(shí)刻的可見衛(wèi)星，選擇出滿足一定衛(wèi)星仰角口限的可見衛(wèi)星。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述對(duì)所選擇的衛(wèi)星采用基于匹配濾波與FFT的方式進(jìn) 行快速的捕獲中FFT的方式具體為：當(dāng)本地偽碼與接收信號(hào)偽碼相位一致時(shí)，本地偽碼與 接收信號(hào)相乘后，結(jié)果只剩下殘留的載波，對(duì)其做FFT譜分析，就能夠得到多普勒頻 移fd。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述對(duì)捕獲到的某顆衛(wèi)星的碼相位與多普勒采用基于精 捕獲的方法進(jìn)行確認(rèn)包括：設(shè)有Μ個(gè)I、Q值，Π限值設(shè)為A(A取值范圍6-12)，初始值設(shè)為 B度取值范圍比如1-2)，且K=B;獲得I、Q平方和；并行Μ個(gè)相關(guān)包絡(luò)值進(jìn)行口限判定； 若第I個(gè)累加器沒有過口限，則判斷第I個(gè)累加器化=Κ+1)中的Κ是否等于Α，否則判斷 第I個(gè)累加器化=Κ-1)中的Κ是否等于0;若第I個(gè)累加器化=Κ+1)中的Κ等于Α，則 確認(rèn)為精捕獲成功，將Κ=A的支路變?yōu)槲挥谥虚g的相關(guān)器，精捕完畢，狀態(tài)轉(zhuǎn)移標(biāo)識(shí)變更 狀態(tài)轉(zhuǎn)移指針指向下一狀態(tài)；若第I個(gè)累加器化=K-1)中的K等于0,則為捕獲不成功， 隨后設(shè)置K=B移動(dòng)到下Μ個(gè)碼相位繼續(xù)進(jìn)行口限判定，移動(dòng)完所有碼片若還未成功捕獲， 則將頻點(diǎn)值調(diào)整并從初始相位開始移動(dòng)捕獲，頻點(diǎn)移動(dòng)完畢扔未捕獲，則確認(rèn)為捕獲失敗。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述對(duì)某顆衛(wèi)星的碼相位與多普勒進(jìn)行捕獲和對(duì)捕獲到 的某顆衛(wèi)星的碼相位與多普勒采用基于精捕獲的方法進(jìn)行確認(rèn)是并行執(zhí)行的。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位和載波頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)范 圍牽引的【具體實(shí)施方式】可為：采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位和載波頻率進(jìn)行兩次動(dòng)態(tài)范圍牽 引。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位和載波頻率進(jìn)行兩次動(dòng) 態(tài)范圍牽引具體可為：第一次采用大帶寬的碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位與載波頻率進(jìn)行大動(dòng)態(tài) 范圍牽引，其中載波鎖頻環(huán)濾波器帶寬取lOOHz，碼環(huán)濾波器帶寬取10~99化；第二次采用 較小帶寬的碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位與載波頻率進(jìn)行較小動(dòng)態(tài)范圍牽引，其中，載波鎖頻環(huán) 濾波器帶寬取10~99化，碼環(huán)濾波器帶寬取0~9Hz。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述采用合適帶寬的碼環(huán)與鎖相環(huán)進(jìn)行碼相位和載波頻 率的跟蹤具體可為：如果相位鎖定且頻率鎖定，則環(huán)路進(jìn)入good狀態(tài)，否則環(huán)路重回捕獲 狀態(tài)，在good狀態(tài)下，采用合適帶寬的碼環(huán)與鎖相環(huán)進(jìn)行碼相位與載波頻率的跟蹤，其中， 碼環(huán)濾波器帶寬與鎖相環(huán)濾波器帶寬采用經(jīng)過理論計(jì)算的值。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述進(jìn)行比特同步和帖同步包括：在相位頻率鎖定有效 的good狀態(tài)下，啟動(dòng)比特同步，解調(diào)出電文數(shù)據(jù)比特流，同步成功，從而轉(zhuǎn)為帖同步。 依照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，所述成功后進(jìn)行導(dǎo)航電文譯碼W獲得導(dǎo)航定位解算所用 的衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度信息具體可為：帖同步之后進(jìn)行導(dǎo)航電文譯碼，獲取星歷、歷書信息， 從星歷歷書獲得導(dǎo)航定位解算所用的衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度信息及參數(shù)。 本專利技術(shù)實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)：本專利技術(shù)所述的用于GI^衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法通過對(duì) 所選擇的衛(wèi)星采用基于匹配濾波與FFT的方式進(jìn)行快速的捕獲，W獲得大范圍不確定度 下的碼相位與多普勒信息，再采用基于精捕獲的方法進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)后采用碼環(huán)與鎖頻環(huán) 對(duì)碼相位和載波頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍牽引，成功鎖定相位和頻率后采用合適帶寬的碼環(huán)與鎖 相環(huán)進(jìn)行碼相位和載波頻率的跟蹤，最后進(jìn)行比特同步和帖同步，并在成功后進(jìn)行導(dǎo)航電 文譯碼W獲得導(dǎo)航定位解算所用的衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度信息及參數(shù)，采用匹配濾波+FFT的 方式進(jìn)行快速捕獲，可W-次對(duì)多個(gè)碼相位進(jìn)行串行捜索，且同時(shí)求得對(duì)應(yīng)每個(gè)碼相位的 所有多普勒頻格的值，對(duì)于碼相位與多普勒頻率的捜索可W并行進(jìn)行，加快了捕獲速度，捕 獲之后采用精捕獲方式對(duì)捕獲到的碼相位與多普勒頻率進(jìn)行確認(rèn)，提高了檢測(cè)到的衛(wèi)星信 號(hào)的檢測(cè)概率且降低了虛警概率，提高了信號(hào)捕獲的可靠性和對(duì)信號(hào)參數(shù)估計(jì)的精確性， 隨后，首先采用鎖頻環(huán)與碼環(huán)進(jìn)行牽引，W便加快跟蹤環(huán)路的收斂速度，最后采用鎖相環(huán)與 碼環(huán)的形式進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤，W保證跟蹤環(huán)路輸出高質(zhì)量的偽距與載波相位的原始觀測(cè)量， 使得GPS的偽距精度更高，載波相位精度更高，且提高了跟蹤環(huán)路的可靠性。【附圖說明】 為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的 附本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法，其特征在于，所述用于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的基帶信號(hào)處理方法包括以下步驟：從基帶信號(hào)獲取相關(guān)值并選擇出滿足一定高度角門限的可見衛(wèi)星；對(duì)所選擇的衛(wèi)星采用基于匹配濾波與FFT的方式進(jìn)行快速的捕獲，以獲得大范圍不確定度下的碼相位與多普勒信息；若捕獲成功，則對(duì)捕獲到的衛(wèi)星的碼相位與多普勒采用基于精捕獲的方法進(jìn)行確認(rèn)；若精捕獲成功，則采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)對(duì)碼相位和載波頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍牽引；若牽引成功，則采用碼環(huán)與鎖頻環(huán)結(jié)合的方式進(jìn)行更為精細(xì)的碼相位與載波多普勒的估計(jì)；若成功進(jìn)行相位鎖定且頻率鎖定，則采用合適帶寬的碼環(huán)與鎖相環(huán)進(jìn)行碼相位和載波頻率的跟蹤；進(jìn)行比特同步和幀同步，成功后進(jìn)行導(dǎo)航電文譯碼以獲得導(dǎo)航定位解算所用的衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度信息及參數(shù)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王超，汪利，王清亮，唐爾輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31