專利名稱：：計(jì)算并消除gnss強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)干擾的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于衛(wèi)星信號(hào)的搜索處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種計(jì)算并消除GNSS系統(tǒng)中強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)干擾的方法。
背景技術(shù)：
：全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)在第一次開機(jī)時(shí)，它只是大概估計(jì)自己的位置、振蕩器偏移量(出現(xiàn)在所有衛(wèi)星都發(fā)生多普勒頻移的情況下)和準(zhǔn)確時(shí)間。因此，接收機(jī)必須對(duì)大量可能的C/A碼相位和可能的多普勒頻移進(jìn)行一次系統(tǒng)的搜索，從而找到衛(wèi)星信號(hào)。如當(dāng)GPS接收機(jī)啟動(dòng)以后，通過使用星歷數(shù)據(jù)和ICD-GPS-200算法，它可以預(yù)測(cè)所有衛(wèi)星的C/A碼的相位和多普勒頻移，這時(shí)，為了得到期望的衛(wèi)星信號(hào)，只需要查找一個(gè)比較小的C/A碼相位和多普勒頻移范圍。在搜索過程中，由于強(qiáng)弱信號(hào)之間的互相關(guān)作用，會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)錯(cuò)誤的把來自強(qiáng)信號(hào)的互相關(guān)譜線當(dāng)作是來自弱信號(hào)的。同時(shí)在GPS接收機(jī)實(shí)際使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接收機(jī)接收到的信號(hào)不足以實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航，原因是由于環(huán)境影響，接收機(jī)接收到的混合信號(hào)中有些衛(wèi)星信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度足夠強(qiáng)，有些衛(wèi)星信號(hào)被衰減導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度減弱，再加上強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的影響，結(jié)果出現(xiàn)接收機(jī)不能接收到足夠多的、能用于實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航的衛(wèi)星信號(hào)。針對(duì)這些問題，尤其是對(duì)于弱信號(hào)的捕獲與跟蹤問題，有許多文獻(xiàn)都做了詳細(xì)研究，如用匹配濾波器來實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)的捕獲。Madhani人等也提出用逐次干擾消除方法(SuccessiveInterferenceCancellation)可以消除強(qiáng)信號(hào)的干擾，其主要思想是強(qiáng)信號(hào)很容易被捕獲或跟蹤，可以利用對(duì)強(qiáng)信號(hào)的跟蹤或捕獲結(jié)果參數(shù)將其從輸入信號(hào)中去除，再通過捕獲得到的較弱的信號(hào)，通過跟蹤結(jié)果得到的較弱信號(hào)的參數(shù)將較弱信號(hào)再去除，以得到更弱的信號(hào)。實(shí)際上它的主要原理是構(gòu)造強(qiáng)信號(hào)用以抵消輸入信號(hào)中的強(qiáng)信號(hào)成分，從而消除強(qiáng)信號(hào)的干擾。這種方法并不能完全消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾。另外，無(wú)線通信中的多徑干擾主要會(huì)造成衛(wèi)星信號(hào)的接收時(shí)間誤差，而設(shè)計(jì)高靈敏度接收機(jī)的難點(diǎn)之一就是強(qiáng)弱信號(hào)之間的相互干擾問題，也就是所謂的遠(yuǎn)近問題。因?yàn)樵贕NSS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，所有衛(wèi)星發(fā)射的同一信號(hào)的載波頻率都是相同的，所以測(cè)距信號(hào)都在共用這個(gè)頻率，為了保證不同衛(wèi)星信號(hào)之間的互相干擾最小，就必須仔細(xì)選擇偽隨機(jī)噪聲碼(PRN)，各個(gè)PRN之間應(yīng)該正交(即它們之間的互相關(guān)為O)，但是實(shí)際上不同衛(wèi)星之間的PRN碼并不是真正的正交，如GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星PRN碼的最大互相關(guān)值是65，自相關(guān)峰值為1023，最大互相關(guān)值比自相關(guān)值低約20xbg(65/1023卜-23.9必。而在GNSS系統(tǒng)中，區(qū)分強(qiáng)/弱信號(hào)或是區(qū)分近/遠(yuǎn)信號(hào)主要依賴于系統(tǒng)PRN碼集合中不同的碼之間的互相關(guān)值。因此，如果弱信號(hào)低于強(qiáng)信號(hào)20dB以上，弱信號(hào)的最大自相關(guān)就和與強(qiáng)信號(hào)的互相關(guān)峰值相當(dāng)，因此無(wú)法根據(jù)相關(guān)峰值判斷出弱信號(hào)的參數(shù)。此時(shí)如果要跟蹤弱信號(hào)，也需要消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的影響。但是實(shí)際上由于衛(wèi)星和接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不僅導(dǎo)致載波頻率發(fā)生偏移，也導(dǎo)致衛(wèi)星PRN碼的碼速率發(fā)生改變，結(jié)果信號(hào)之間的互相關(guān)問題就變得很壞。如對(duì)于GPS系統(tǒng)已經(jīng)證實(shí)，在士9KHz的多普勒頻率偏移范圍內(nèi)，最壞情況是，GPSC/A碼的互相關(guān)量約差21dB。而這種最壞的情況是發(fā)生在兩顆衛(wèi)星信號(hào)的頻率差在lKHz的整數(shù)倍時(shí)。當(dāng)頻率差為lKHz的整數(shù)倍時(shí)，多普勒偏移量會(huì)增加強(qiáng)/弱信號(hào)的互相關(guān)程度，而當(dāng)多普勒頻差偏離lKHz的整數(shù)倍，兩個(gè)碼的互相關(guān)值就會(huì)衰減，這個(gè)衰減服從sinx/x函數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是要解決當(dāng)GNSS接收機(jī)接收到的強(qiáng)信號(hào)數(shù)量不足以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位甚至導(dǎo)航時(shí)，通過利用接收到的強(qiáng)信號(hào)及其信息，來消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾，以提高弱信號(hào)處理能力。本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括下列步驟1)在接收機(jī)的基帶部分接收到數(shù)字中頻信號(hào)后，用接收機(jī)的一個(gè)通道A捕獲信號(hào)中的一個(gè)強(qiáng)信號(hào)并跟蹤該強(qiáng)信號(hào)，當(dāng)接收機(jī)通道A自動(dòng)跟蹤到該強(qiáng)信號(hào)后，強(qiáng)信號(hào)的相位近似為0弧度，這樣幾乎所有信號(hào)功率都是在同相分配的，通過載波環(huán)可以知道強(qiáng)信號(hào)載波頻率的具體載波偏移，同時(shí)，在跟蹤到強(qiáng)信號(hào)后，通過解調(diào)強(qiáng)信號(hào)得到導(dǎo)航電文；2)通過對(duì)導(dǎo)航電文，尤其是衛(wèi)星星歷的分析，預(yù)測(cè)最有可能被接收到的弱信號(hào)，并在另外一個(gè)通道B中復(fù)現(xiàn)該弱信號(hào)的PRN碼、載波和相位，用以與采樣混合數(shù)字中頻信號(hào)得到的采樣值進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；3)根據(jù)得到的強(qiáng)弱信號(hào)的PRN碼及相位信息，用處理器計(jì)算強(qiáng)弱信號(hào)在單位功率、且沒有頻率偏移時(shí)的互相關(guān)值，根據(jù)得到強(qiáng)弱信號(hào)的PRN碼及其相位信息和碼產(chǎn)生原理得出兩顆衛(wèi)星的PRN碼生成器中在每個(gè)狀態(tài)下各個(gè)寄存器的輸出值S/}m(Q(對(duì)于伽利略系統(tǒng)，各顆衛(wèi)星的PRN碼及其各個(gè)狀態(tài)的輸出值保存在存儲(chǔ)器中，S/^(0中乂表示衛(wèi)星編號(hào)，取1和2，m表示寄存器編號(hào)，取1和2)、兩顆衛(wèi)星PRN碼序列之間的碼偏移Offs、以及每碼片的相位變化量AP，利用這些信息計(jì)算強(qiáng)弱信號(hào)在單位功率、且沒有頻率偏移時(shí)的互相關(guān)值，通過對(duì)本地復(fù)現(xiàn)弱信號(hào)的PRN碼序列移位，得到M(M是序列的長(zhǎng)度)個(gè)相關(guān)值，并將每個(gè)相關(guān)值、相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的幅度和相位、與該相關(guān)值對(duì)應(yīng)的兩信號(hào)PRN碼的編碼狀態(tài)(WeakCodeState禾卩StrongCodeState)、載波相位(WeakCarrierPhase和StrongCarrierPhase)等都以一個(gè)表E的形式保存在靜態(tài)存儲(chǔ)器中，考慮到強(qiáng)弱信號(hào)的碼相位變化，這些數(shù)據(jù)的更新頻率為lOHz，計(jì)算強(qiáng)弱信號(hào)在單位功率、且沒有頻率偏移時(shí)的互相關(guān)值的方法是利用系統(tǒng)的碼生產(chǎn)原理或者保存在靜態(tài)存儲(chǔ)器中的PRN碼來計(jì)算其互相關(guān)，下面給出GPS系統(tǒng)中的L1開放信號(hào)互相關(guān)值的計(jì)算公式，即公式(l)，利用此公式計(jì)算GPS中兩信號(hào)所對(duì)應(yīng)PRN碼的互相關(guān)值，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>1)式中，cwr是兩PRN碼之間的互相關(guān)值，k為序列輸出狀態(tài)索引，取值范圍是01022，S^W是在第k個(gè)狀態(tài)，生成強(qiáng)信號(hào)PRN碼時(shí)G1寄存器的輸出值，取值為1或-1，S,G,W是在第k個(gè)狀態(tài)，生成強(qiáng)信號(hào)PRN碼時(shí)G2寄存器的輸出值，取值為l或-l，S^,("是在第k個(gè)狀態(tài)，生成弱信號(hào)PRN碼時(shí)G1寄存器的輸出值，取值為1或-1，SA0O是在第k個(gè)狀態(tài)，生成弱信號(hào)PRN碼時(shí)G2寄存器的輸出值，取值為l或-l，offs是兩信號(hào)所對(duì)應(yīng)粗碼序列之間的時(shí)間差，單位是碼片(chip)，A^是兩信號(hào)所對(duì)應(yīng)粗碼序列之間每個(gè)碼片相位的變化，單位是弧度；4)計(jì)算互相關(guān)的衰減因子兩信號(hào)之間載波頻率差異會(huì)造成信號(hào)互相關(guān)值的衰減，按照下式計(jì)算互相關(guān)的衰減因子fV*=sin(AF'x;r簡(jiǎn))/(AF'x;r/100)(2)式中，iooo500<;rsiooo7=AFmod畫OAF是強(qiáng)弱信號(hào)的載波頻率差，單位是Hz,當(dāng)頻率差大于5Hz時(shí)重新計(jì)算頻率衰減因子，將得到的頻率差A(yù)F除以lKHz四舍五入后得出通道A和通道B的多普勒頻率差A(yù)FH，這個(gè)衰減衰減因子也以10Hz的頻率更新；5)計(jì)算強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾通過把互相關(guān)表E中最后一個(gè)強(qiáng)弱信號(hào)互相關(guān)值對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)(WeakCodeState禾卩StrongCodeState)和載波相位(WeakCarrierPhase禾BStrongCarrierPhase)取出來，同時(shí)根據(jù)強(qiáng)弱信號(hào)互相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)得到強(qiáng)弱信號(hào)輸出狀態(tài)的時(shí)間差A(yù)T和第一個(gè)互相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)差值TableEntryCodeState,以及通過對(duì)強(qiáng)信號(hào)采樣并計(jì)算得到的同相相關(guān)值的絕對(duì)值Strong—I和步驟3)所述的表E中最后一個(gè)相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)信號(hào)相對(duì)于弱信號(hào)的多普勒頻移量StrongD叩pler，利用公式③到公式(10)計(jì)算強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾值StronglnterfWeak，Q^晰"Fra=CWe晰"-CWe晰"M(4)f7nstMag=W/:yfC釘e/""'owM"gx(1-CWeO,W尸m)x5Vro"g—/xF/^4"(8)式中WeakCodeState是最后一個(gè)輸出至通道B時(shí)的編碼狀態(tài)，StrongCodeState是最后一個(gè)輸出至通道A時(shí)的編碼狀態(tài)，StrongDoppler是最后一個(gè)輸出至通道A的多普勒量，△T是輸出至強(qiáng)弱通道之間的時(shí)差，TableEntryCodeState是互相關(guān)表E中第一項(xiàng)強(qiáng)弱信號(hào)編碼狀態(tài)的差，CodeOffsetlnt是CodeOffset的整數(shù)部分，.WeakCarrierPhase是最后一個(gè)輸出至通道B時(shí)的載波相位角，StrongCarrierPhase是最后一個(gè)輸出至通道A時(shí)的載波相位角，△FH是強(qiáng)通道B的多普勒頻差，由AF除以1000四舍五入后得到，單位是KHz，F(xiàn)irstCorrelationPhase是互相關(guān)表E中CodeOffsetlnt所指相關(guān)值的相位，SecondCorrelationPhase是互相關(guān)表E中CodeOffsetlnt+l所指相關(guān)值的相位，F(xiàn)irstCorrelationMag是互相關(guān)表E中CodeOffsetlnt所指相關(guān)值的幅值，SecondCorrelationMag是互相關(guān)表E中CodeOffsetlnt+l所指相關(guān)值的幅值，Strong—I是強(qiáng)信號(hào)同相通道相關(guān)值的絕對(duì)值，F(xiàn)reAtt是頻率偏移帶來的互相關(guān)衰減因子，StronglnterfWeak是強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾值；6)消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾在通道B中，利用復(fù)現(xiàn)弱信號(hào)的PRN碼、載波和相位信息，與接收到的混合數(shù)字中頻信號(hào)(包含強(qiáng)信號(hào)和弱信號(hào))的采樣值進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)值Weak—IQ，接著利用處理器執(zhí)行下面的式子(ll)以消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>式中Weak—IQ是通道B的相關(guān)值，StronglnterfWeak是強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾值，CorrectedWeak_IQ是校正后的通道B的相關(guān)值；7)消除其它強(qiáng)弱信號(hào)之間的干擾通過捕獲和跟蹤到的強(qiáng)信號(hào)可以預(yù)測(cè)是否還存在其它的弱信號(hào)，如果存在，繼續(xù)執(zhí)行2)至6)，以消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)其它弱信號(hào)的干擾，同樣也可以執(zhí)行l(wèi))至6)繼續(xù)捕獲其它強(qiáng)信號(hào)并消除其它強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾，直至消除該強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾以達(dá)到能利用弱信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位甚至導(dǎo)航的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果有①由于考慮了強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)處理弱信號(hào)的能力，為成功捕獲弱信號(hào)提供了一種方法；②通過使用本方法消除干擾，可以在不影響衰減弱信號(hào)的情況下，使其互相關(guān)至少衰減10dB;③隨著GNSS信號(hào)的進(jìn)一步增多，強(qiáng)信號(hào)對(duì)所要捕獲弱信號(hào)的干擾進(jìn)一步增多，通過對(duì)該發(fā)明進(jìn)行少量修改就可以消除多個(gè)強(qiáng)弱信號(hào)之間干擾。圖l是本申請(qǐng)方法的流程圖。具體實(shí)施例方式設(shè)接收機(jī)接收到的混合信號(hào)包括一個(gè)由碼Codel調(diào)制的強(qiáng)信號(hào)Sl和一個(gè)由碼Code2調(diào)制的弱信號(hào)w2混合組成，混合信號(hào)是兩個(gè)信號(hào)的線性疊加，B卩(S1XCodel+w2XCode2)，接收機(jī)利用本地的調(diào)制弱信號(hào)的復(fù)現(xiàn)碼Code2R與混合信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，得到E(Code2RX(SlXCodel+w2XCode2))，其中求和符號(hào)2:包括用于調(diào)制弱信號(hào)w2的所有PRN碼碼片，而一個(gè)碼與自身的自相關(guān)值為1，即Code2RXCode2是調(diào)制弱信號(hào)w2的碼Code2與本地復(fù)現(xiàn)的調(diào)制的弱信號(hào)w2的復(fù)現(xiàn)碼Code2R之間的自相關(guān)，其結(jié)果為1，因此上面的式子可以改寫為E(S1XCode2XCodel+w2)，可以看到，為了得到弱信號(hào)w2,只要正確的消除S1XCode2XCodel即可。當(dāng)接收機(jī)中的混合數(shù)字中頻信號(hào)(包括強(qiáng)信號(hào)Sl和弱信號(hào)w2)經(jīng)過通道，并經(jīng)處理器處理，達(dá)到捕獲并跟蹤強(qiáng)信號(hào)，存儲(chǔ)器用于保存處理器處理過程中的數(shù)據(jù)、所有衛(wèi)星信號(hào)的PRN碼信息及常用的一些數(shù)據(jù)，其中通道可以用MITEL公司的GP2021(該產(chǎn)品只針對(duì)美國(guó)的全球定位系統(tǒng)，隨著兼容多系統(tǒng)產(chǎn)品的出現(xiàn)，可以用相應(yīng)的產(chǎn)品替代，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)的處理)，處理器可以用ARM7或者ARM9，用來完成控制功能和一部分計(jì)算功能，存儲(chǔ)器可以用CYPRESS公司的CY7C系列存儲(chǔ)器(如用CY7C007，具體型號(hào)根據(jù)需要保存數(shù)據(jù)的多少來確定)來實(shí)現(xiàn)。如圖1所示流程圖，在流程①中接收機(jī)通道接收到混合數(shù)字中頻信號(hào)，包括強(qiáng)信號(hào)Sl和弱信號(hào)w2;步驟l:在流程②中利用相干積分捕獲方法，在通道A捕獲并跟蹤混合數(shù)字中頻信號(hào)中的強(qiáng)信號(hào)S1，當(dāng)跟蹤到強(qiáng)信號(hào)S1后，通道A就可以提供強(qiáng)信號(hào)Sl的信號(hào)強(qiáng)度、載波信息(包括多普勒頻移)、擴(kuò)頻碼的相位信息(包括由于導(dǎo)航電文的調(diào)制引起的相位變化和由于多普勒引起的碼速率及變化)以及導(dǎo)航電文；步驟2:利用流程②提供的強(qiáng)信號(hào)S1、導(dǎo)航電文及衛(wèi)星星歷，確定當(dāng)前衛(wèi)星在空中的分布情況，根據(jù)流程②提供的強(qiáng)信號(hào)Sl的載波信息、該衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，確定接收機(jī)在沒有受到阻擋的情況下可以使用的衛(wèi)星信號(hào)以及接收機(jī)接收到的信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星的分布及接收到強(qiáng)信號(hào)Sl的強(qiáng)度、頻偏，流程③混合信號(hào)中存在的弱信號(hào)W2并預(yù)測(cè)其擴(kuò)頻碼相位以及它的接收頻率，同時(shí)在通道B復(fù)現(xiàn)弱信號(hào)W2的擴(kuò)頻碼及相位；步驟3:利用流程②得到的強(qiáng)信號(hào)S1的擴(kuò)頻碼、擴(kuò)頻碼頻率偏移及相位變化信息和流程③復(fù)現(xiàn)弱信號(hào)w2的擴(kuò)頻碼及相位，處理器根據(jù)得到的兩個(gè)碼及其相位信息和碼生產(chǎn)原理得出兩顆衛(wèi)星碼生成器中在每個(gè)狀態(tài)下各個(gè)寄存器的輸出值S/}W(A)、兩顆衛(wèi)星碼序列之間的碼偏移Offs以及每碼片的相位變化量AP，SjG附的中乂取l和2，m取l和2，有了這些信息，流程④利用碼互相關(guān)計(jì)算公式(l)計(jì)算強(qiáng)弱信號(hào)在沒有頻率偏移且為功率為1時(shí)的互相關(guān)值，每計(jì)算一次，本地復(fù)現(xiàn)的弱信號(hào)w2的碼移動(dòng)一次，直到移動(dòng)1022次，把每次互相關(guān)的結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中，同時(shí)把相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的幅度和相位、與該相關(guān)值對(duì)應(yīng)的兩信號(hào)PRN碼的編碼狀態(tài)WeakCodeState和StrongCodeState及載波相位都以一個(gè)表E的形式保存在靜態(tài)存儲(chǔ)器中，這些數(shù)據(jù)每隔0.1秒更新一次；步驟4:根據(jù)流程②得到的強(qiáng)信號(hào)的多普勒頻移和流程③中得出的弱信號(hào)的多普勒頻移得到強(qiáng)弱信號(hào)之間的頻率差A(yù)F，流程⑤利用公式(2)計(jì)算出因兩個(gè)信號(hào)之間多普勒頻移差導(dǎo)致的綜合衰減因子/V"rt，這個(gè)衰減因子以10Hz的頻率不斷更新，將得到的頻率差A(yù)F除以lKHz四舍五入后得出通道A和通道B的多普勒頻率差A(yù)FH;步驟5:計(jì)算強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾流程⑥通過互相關(guān)表E，把表中最后一個(gè)強(qiáng)弱信號(hào)相關(guān)值對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)WeakCodeState和StrongCodeState、載波相位WeakCarrierPhase和StrongCarrierPhase取出，根據(jù)強(qiáng)弱信號(hào)的輸出狀態(tài)計(jì)算出兩者之間的時(shí)間差A(yù)T(單位是碼片)、強(qiáng)信號(hào)相對(duì)于弱信號(hào)的多普勒頻移量StrongDoppler以及第一個(gè)互相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)差值TableEntryCodeState,在通道A采樣并經(jīng)過處理器處理得到強(qiáng)信號(hào)同相相關(guān)值的絕對(duì)值Strong—I(強(qiáng)信號(hào)幅度)，同時(shí)在通道B采樣并處理得到復(fù)現(xiàn)弱信號(hào)與混合信號(hào)之間的相關(guān)值Weak—IQ，利用公式(3)到公式鵬計(jì)算得到強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾值StronglnterfWeak,實(shí)際上就是S1XCode2XCode1;步驟6:流程⑦中處理器利用公式(11)把計(jì)算得到的強(qiáng)信號(hào)SI對(duì)弱信號(hào)w2的下擾值StronglnterfWeak從混合信號(hào)(實(shí)際上就是弱信號(hào)與輸入信號(hào)的相關(guān)值WeakJQ)中消除，得到校正后弱信號(hào)的相關(guān)值CorrectedWeakIQ，這樣就可以捕獲并跟蹤該弱信號(hào)；步驟7:接著流程⑧中判斷混合信號(hào)中是否還存在其它強(qiáng)信號(hào)，如果還有，繼續(xù)執(zhí)行流程②以及流程④至流程⑦，以消除其它強(qiáng)信號(hào)對(duì)該弱信號(hào)的干擾，同樣也可以執(zhí)行流程①至流程⑦，來捕獲其它強(qiáng)信號(hào)，并消除其它強(qiáng)信號(hào)對(duì)其它弱信號(hào)的干擾，直到得到所需要的弱信號(hào)。權(quán)利要求1、一種計(jì)算并消除GNSS系統(tǒng)中強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)干擾的方法，其特征是按下述步驟進(jìn)行1)在接收機(jī)的基帶部分接收到數(shù)字中頻信號(hào)后，用接收機(jī)的一個(gè)通道A捕獲信號(hào)中的一個(gè)強(qiáng)信號(hào)并跟蹤該強(qiáng)信號(hào)，當(dāng)接收機(jī)通道A自動(dòng)跟蹤到該強(qiáng)信號(hào)后，強(qiáng)信號(hào)的相位近似為0弧度，這樣幾乎所有信號(hào)功率都是在同相分配的，通過載波環(huán)可以知道強(qiáng)信號(hào)載波頻率的具體載波偏移，同時(shí)，在跟蹤到強(qiáng)信號(hào)后，通過解調(diào)強(qiáng)信號(hào)得到導(dǎo)航電文；2)通過對(duì)導(dǎo)航電文，尤其是衛(wèi)星星歷的分析，可預(yù)測(cè)最有可能被接收到的弱信號(hào)，并在另外一個(gè)通道B中復(fù)現(xiàn)該弱信號(hào)的PRN碼、載波和相位，用以與采樣混合數(shù)字中頻信號(hào)得到的采樣值進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；3)根據(jù)得到的強(qiáng)弱信號(hào)的PRN碼及相位信息，用處理器計(jì)算強(qiáng)弱信號(hào)在單位功率、且沒有頻率偏移時(shí)的互相關(guān)值，根據(jù)得到強(qiáng)弱信號(hào)的PRN碼及其相位信息和碼產(chǎn)生原理得出兩顆衛(wèi)星的PRN碼生成器中在每個(gè)狀態(tài)下各個(gè)寄存器的輸出值SjGm(k)、兩顆衛(wèi)星PRN碼序列之間的碼偏移Offs、以及每碼片的相位變化量Δθ，SjGm(k)中j表示衛(wèi)星編號(hào)，取1和2，m表示寄存器編號(hào)，取1和2，利用這些信息計(jì)算強(qiáng)弱信號(hào)在單位功率、且沒有頻率偏移時(shí)的互相關(guān)值，通過對(duì)本地復(fù)現(xiàn)弱信號(hào)的PRN碼序列移位，得到M(M是序列的長(zhǎng)度)個(gè)相關(guān)值，并將每個(gè)相關(guān)值、相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的幅度和相位、與該相關(guān)值對(duì)應(yīng)的兩信號(hào)PRN碼的編碼狀態(tài)WeakCodeState和StrongCodeState以及載波相位WeakCarrierPhase和StrongCarrierPhase都以一個(gè)表E的形式保存在靜態(tài)存儲(chǔ)器中，考慮到強(qiáng)弱信號(hào)的碼相位變化，這些數(shù)據(jù)的更新頻率為10Hz，計(jì)算強(qiáng)弱信號(hào)在單位功率、且沒有頻率偏移時(shí)的互相關(guān)值的方法是利用系統(tǒng)的碼生產(chǎn)原理或者保存在靜態(tài)存儲(chǔ)器中的PRN碼來計(jì)算其互相關(guān)，下面利用GPS系統(tǒng)中的L1開放信號(hào)互相關(guān)值的計(jì)算公式計(jì)算GPS中兩信號(hào)所對(duì)應(yīng)PRN碼的互相關(guān)值，corr＝∑(S1G1(k)×S1G2(k)×S2G1(mod(k-offs，1023))×S2G2(mod(k-offs，1023))×e-jΔθk)(1)式中，corr是兩PRN碼之間的互相關(guān)值，k為序列輸出狀態(tài)索引，取值范圍是0～1022，S1G1(k)是在第k個(gè)狀態(tài)，生成強(qiáng)信號(hào)PRN碼時(shí)G1寄存器的輸出值，取值為1或-1，S1G2(k)是在第k個(gè)狀態(tài)，生成強(qiáng)信號(hào)PRN碼時(shí)G2寄存器的輸出值，取值為1或-1，S2G1(k)是在第k個(gè)狀態(tài)，生成弱信號(hào)PRN碼時(shí)G1寄存器的輸出值，取值為1或-1，S2G2(k)是在第k個(gè)狀態(tài)，生成弱信號(hào)PRN碼時(shí)G2寄存器的輸出值，取值為1或-1，offs是兩信號(hào)所對(duì)應(yīng)粗碼序列之間的時(shí)間差，單位是碼片(chip)，Δθ是兩信號(hào)所對(duì)應(yīng)粗碼序列之間每個(gè)碼片相位的變化，單位是弧度；4)計(jì)算互相關(guān)的衰減因子兩信號(hào)之間載波頻率差異會(huì)造成信號(hào)互相關(guān)值的衰減，按照下式計(jì)算互相關(guān)的衰減因子FreAtt＝sin(ΔF′×π/100)/(ΔF′×π/100)(2)式中，<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>Δ</mi><msup><mi>F</mi><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mi>Y</mi></mtd><mtd><mn>0</mn><mo>≤</mo><mi>Y</mi><mo>≤</mo><mn>500</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Y</mi><mo>-</mo><mn>1000</mn></mtd><mtd><mn>500</mn><mo><</mo><mi>Y</mi><mo>≤</mo><mn>1000</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math></maths>Y＝ΔFmod1000ΔF是強(qiáng)弱信號(hào)的載波頻率差，單位是Hz，當(dāng)頻率差大于5Hz時(shí)重新計(jì)算頻率衰減因子，將得到的頻率差ΔF除以1KHz四舍五入后得出通道A和通道B的多普勒頻率差ΔFH，這個(gè)衰減衰減因子以10Hz的頻率更新；5)計(jì)算強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾通過把互相關(guān)表E中最后一個(gè)強(qiáng)弱信號(hào)互相關(guān)值對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)WeakCodeState和StrongCodeState及載波相位WeakCarrierPhase和StrongCarrierPhase取出來，同時(shí)根據(jù)強(qiáng)弱信號(hào)互相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)得到強(qiáng)弱信號(hào)輸出狀態(tài)的時(shí)間差ΔT和第一個(gè)互相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的編碼狀態(tài)差值TableEntryCodeState，以及通過對(duì)強(qiáng)信號(hào)采樣并計(jì)算得到的同相相關(guān)值的絕對(duì)值Strong_I和步驟3)所述的表E中最后一個(gè)相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)信號(hào)相對(duì)于弱信號(hào)的多普勒頻移量StrongDoppler，利用公式(3)到公式(10)計(jì)算強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾值StrongInterfWeak，CodeOffset＝WeakCodeState-StrongCodeState-StrongDoppler×ΔT-TableEntryCodeState(3)CodeOffsetFra＝CodeOffset-CodeOffsetInt(4)ΔPhase＝WeakCarrierPhase-StrongCarrierPhase-StrongDoppler×ΔT+ΔFH×StrongCodeState(5)FirstPhase＝FirstCorrelationPhase+ΔPhase(6)SecondPhase＝SecondCorrelationPhase+ΔPhase(7)FirstMag＝FirstCorrelationMag×(1-CodeOffsetFra)×Strong_I×FreAtt(8)SecondMag＝SecondCorrelationMag×CodeOffsetFra×Strong_I×FreAtt(9)StrongInterfWeak＝FirstMag×e-jFirstPhase+SecondMag×e-jSecondPhase(10)式中WeakCodeState是最后一個(gè)輸出至通道B時(shí)的編碼狀態(tài)，StrongCodeState是最后一個(gè)輸出至通道A時(shí)的編碼狀態(tài)，StrongDoppler是最后一個(gè)輸出至通道A的多普勒量，ΔT是輸出至強(qiáng)弱通道之間的時(shí)差，TableEntryCodeState是互相關(guān)表E中第一項(xiàng)強(qiáng)弱信號(hào)編碼狀態(tài)的差，CodeOffsetInt是CodeOffset的整數(shù)部分，WeakCarrierPhase是最后一個(gè)輸出至通道B時(shí)的載波相位角，StrongCarrierPhase是最后一個(gè)輸出至通道A時(shí)的載波相位角，ΔFH是強(qiáng)通道B的多普勒頻差，由ΔF除以1000四舍五入后得到，單位是KHz，F(xiàn)irstCorrelationPhase是互相關(guān)表E中CodeOffsetInt所指相關(guān)值的相位，SecondCorrelationPhase是互相關(guān)表E中CodeOffsetInt+1所指相關(guān)值的相位，F(xiàn)irstCorrelationMag是互相關(guān)表E中CodeOffsetInt所指相關(guān)值的幅值，SecondCorrelationMag是互相關(guān)表E中CodeOffsetInt+1所指相關(guān)值的幅值，Strong_I是強(qiáng)信號(hào)同相通道相關(guān)值的絕對(duì)值，F(xiàn)reAtt是頻率偏移帶來的互相關(guān)衰減因子，StrongInterfWeak是強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾值；6)消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾在通道B中，利用復(fù)現(xiàn)弱信號(hào)的PRN碼、載波和相位信息，與接收到的包含強(qiáng)信號(hào)和弱信號(hào)混合數(shù)字中頻信號(hào)的采樣值進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)值Weak_IQ，接著利用處理器執(zhí)行下面的公式(11)以消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾，CorrectedWeak_IQ＝Weak_IQ-StrongInterfWeak(11)式中Weak_IQ是通道B的相關(guān)值，StrongInterfWeak是強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾值，CorrectedWeak_IQ是校正后的通道B的相關(guān)值；7)消除其它強(qiáng)弱信號(hào)之間的干擾通過捕獲和跟蹤到的強(qiáng)信號(hào)可以預(yù)測(cè)是否還存在其它的弱信號(hào)，如果存在，繼續(xù)執(zhí)行2)至6)，以消除強(qiáng)信號(hào)對(duì)其它弱信號(hào)的干擾，同樣也可以執(zhí)行1)至6)繼續(xù)捕獲其它強(qiáng)信號(hào)并消除其它強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾，直至消除該強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾以達(dá)到能利用弱信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位甚至導(dǎo)航的目的。全文摘要一種計(jì)算并消除GNSS系統(tǒng)中強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)干擾的方法，屬于衛(wèi)星搜索處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，其特征是通過捕獲得到的強(qiáng)信號(hào)及其信息，預(yù)測(cè)能夠捕獲到的弱信號(hào)。由于調(diào)制強(qiáng)弱信號(hào)的PRN碼均為已知量，且強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)干擾大小等于強(qiáng)信號(hào)的振幅與強(qiáng)弱信號(hào)互相關(guān)值的乘積，通過考慮因強(qiáng)弱信號(hào)互相關(guān)時(shí)碼相位的差異造成互相關(guān)的變化和因多普勒造成信號(hào)互相關(guān)的衰減情況以及考慮因多普勒造成的強(qiáng)弱信號(hào)之間頻率差與互相關(guān)衰減之間的關(guān)系，計(jì)算出強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的干擾并從弱信號(hào)中消除。這種方法不會(huì)造成弱信號(hào)強(qiáng)度的變化。文檔編號(hào)G01S5/02GK101359044SQ20081007942公開日2009年2月4日申請(qǐng)日期2008年9月19日優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日發(fā)明者何秋生,慧石,董增壽,郝建軍申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)