一種用于北斗二代接收機弱信號跟蹤的碼環(huán)鑒相方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)航定位領(lǐng)域，尤其涉及一種用于北斗二代接收機弱信號跟蹤的碼環(huán) 鑒相方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國正在研制建設(shè)中的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)， 由空間衛(wèi)星系統(tǒng)，地面運控系統(tǒng)和用戶應(yīng)用系統(tǒng)三大部分組成。其中應(yīng)用系統(tǒng)用戶接收機 是北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶終端，各用戶憑借接收機獲取北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航、 定位、測速、報文通信信息。用戶接收機是一個龐大的群體，其性能的優(yōu)劣，直接影響北斗二 代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)效能的發(fā)揮。
[0003] 北斗二代用戶接收機的信號跟蹤環(huán)路由載波環(huán)和碼環(huán)組成，分別用于跟蹤接收信 號中的載波和偽碼，對于碼環(huán)，輸入信號經(jīng)載波剝離后與本地超前碼（Early)、即時碼 (Prompt)和滯后碼(Late)相乘并累加分別得到三個相關(guān)幅值E，P，L，碼環(huán)鑒別器利用這些 相關(guān)值計算出輸入信號中的C/A碼與本地C/A碼（即時碼）的相位誤差，碼相位誤差經(jīng)碼環(huán)濾 波器濾波后反饋到碼NC0上，從而調(diào)整本地碼發(fā)生器的相位，使其與輸入信號中C/A碼的相 位一致，因此碼環(huán)鑒別器的性能的優(yōu)劣直接影響碼環(huán)的可靠性和穩(wěn)定性。
[0004] 常用的碼環(huán)鑒別器進行碼環(huán)鑒相的方法主要有：歸一化的非相干超前減去滯后幅 值法、非相干超前減滯后功率法、似相干點積功率法、相干點積功率法。其中非相干超前減 滯后功率法由于僅適用相干積分，其跟蹤靈敏度較低;似相干點積功率法、相干點積功率法 由于鑒別值存在一定誤差且信號較弱時誤碼率較高也少被采用；歸一化的非相干超前減去 滯后幅值法由于其輸入輸出關(guān)系在碼相位誤差的牽入范圍呈線性關(guān)系，視為目前性能較優(yōu) 且使用最廣泛的碼環(huán)鑒別器，如果本地碼（即時碼)是對準的，那么超前和滯后包絡(luò)幅度相 等，此時碼環(huán)鑒別器輸出的誤差信號為零;如果本地碼沒有對準，那么超前和滯后包絡(luò)便不 相等，在相關(guān)時間段的限制范圍內(nèi)不相等的大小與碼相位誤差的大小成正比。歸一化的非 相干超前減去滯后幅值法雖然精度較高，但其易于受噪聲的干擾，由于其僅使用兩個或三 個幅值點，當碼的間隔小時，牽引范圍小，當誤差超出牽引范圍時就容易失鎖，易于受噪聲 的影響，而當碼的間隔大時，雖然牽引范圍大，但由于相關(guān)值的能量較小，也易于受噪聲影 響，加上信號的動態(tài)變化，使其輸入輸出的線性關(guān)系遭到破壞，使得環(huán)路會在低載噪比情況 下失鎖。當定位條件比較惡劣時，例如在城市峽谷、室內(nèi)和森林等環(huán)境下，由于建筑物、樹葉 等的遮擋和阻礙，當信號穿過這些障礙物后信號能量將損失很大一部分，有些遮擋嚴重的 情況下直射信號完全被阻塞，使得信號功率急劇下降，接收機極容易失鎖并影響測量精度。 因此，在弱信號情況下提高碼環(huán)鑒別器的魯棒性，使其能對抗較強的噪聲干擾，強化跟蹤能 力成為改進接收機性能的主要目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了提高弱信號跟蹤條件下碼環(huán)的魯棒性，提高跟蹤靈敏度，本發(fā)明提出一種用 于北斗二代接收機弱信號跟蹤的碼環(huán)鑒相方法，既能保證大的牽引范圍，又能保證較強的 抗干擾能力。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明公開了一種用于北斗二代接收機弱信號跟蹤的碼環(huán)鑒相方法，包括以下步 驟：
[0008] S1:所述接收機對輸入信號進行載波剝離；
[0009] S2:判斷所述輸入信號是否為弱信號，如果是，則進入步驟S3;
[0010] S3:以采樣點間隔所對應(yīng)的碼片間隔產(chǎn)生多組本地碼，取所述多組本地碼中的任 意多組對步驟S1中載波剝離后的信號進行碼的剝離，且進行預(yù)設(shè)長度的積分并求幅值得到 相應(yīng)的多個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值；
[0011] S4:對所述多個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值進行濾波得到多個濾波后的碼的自相關(guān) 函數(shù)的采樣值；
[0012] S5:根據(jù)所述多個濾波后的碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值的峰值點位置對應(yīng)的碼片位 置，得出碼的相位誤差值。
[0013] 在進一步的方案中，步驟S2具體還包括：當所述輸入信號在跟蹤衛(wèi)星下的載噪比 低于預(yù)設(shè)閾值時，則判斷所述輸入信號為弱信號。
[0014] 在進一步的方案中，步驟S3具體包括：
[0015] S31:以采樣點間隔所對應(yīng)的碼片間隔產(chǎn)生A+1組本地碼，在A+1組本地碼中取任意
?，匕為所述輸入信號的采樣頻率，f。為北斗二代的碼頻率；
[0016] S32:將N+1組本地碼分別與步驟S1中載波剝離后的信號進行碼剝離，進行預(yù)設(shè)長 度的積分，對積分值取模得到N+1個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值。
[0017] 在進一步的方案中，步驟S31中N+1組本地碼對應(yīng)的碼相位是A+1組碼相位中的任 意 N + 1 組，其中 A + 1 組碼相位分別為：
.其中τ為所述 本地碼中的即時碼對應(yīng)的碼相位，το為所述采樣點間隔所對應(yīng)的碼片。
[0018] 在進一步的方案中，步驟S32中第i段積分的碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值為：
其中I(n)、Q(n)分別為第η組本地碼剝離后的積分I 支路和Q支路的值。
[0019] 在進一步的方案中，步驟S4中具體包括對Ν+1個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值進行濾 波得到Ν+1個濾波后的碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值，其中Ν+1個濾波后的碼的自相關(guān)函數(shù)的采
[0020] 在進一步的方案中，步驟S5具體包括查找Ν+1個濾波后的碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣 值R (η)中的最大值所對應(yīng)的碼片位
再由碼片位置得出 當前的碼的相位誤差值七=-τ〇為所述采樣點間隔所對應(yīng)的碼片。
[0021] 在進一步的方案中，步驟S4具體包括:對所述多個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值進行Μ 段平滑濾波得到多個濾波后的碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值，其中〇<Μ*預(yù)設(shè)長度<ls。
[0022] 在進一步的方案中，所述碼環(huán)鑒相方法還包括步驟S6:將所述碼的相位誤差值送 入環(huán)路濾波器。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出一種用于北斗二代接收機 弱信號跟蹤的碼環(huán)鑒相方法，根據(jù)碼的相關(guān)函數(shù)的特點，按照采樣點間隔對應(yīng)的碼片間隔 對其進行多個采樣，通過峰值的位置信息而非幅值進行碼環(huán)鑒相，相對于現(xiàn)有的常用的碼 環(huán)鑒相方法，其優(yōu)點是在弱信號情況下，峰值的能量較高且峰值搜索范圍較大，其抗干擾的 能力更強，碼的鑒相結(jié)果誤差更小，即保證較大的牽引范圍，又保證較強的抗干擾能力，使 跟蹤環(huán)路更穩(wěn)定，可較大程度的提高跟蹤靈敏度以及弱信號跟蹤的穩(wěn)定性。
[0024] 在進一步的方案中，本發(fā)明對比常用的碼環(huán)鑒別器，用高密度的碼相關(guān)函數(shù)的采 樣點來替代僅使用兩個或三個碼相關(guān)幅值，并進行平滑濾波，進一步去除噪聲而進一步提 高抗干擾能力。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的一種實施例的用于北斗二代接收機弱信號跟蹤的碼環(huán)鑒相方法流 程圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于北斗二代接收機弱信號跟蹤的碼環(huán)鑒相方法流程 圖；
[0027]圖3是分別采用本發(fā)明方法和現(xiàn)有技術(shù)方法對功率為_150dBm的輸入信號的碼環(huán) 鑒相結(jié)果的對比圖。
[0028]圖4是分別采用本發(fā)明方法和現(xiàn)有技術(shù)方法對功率為_150dBm的輸入信號的碼環(huán) 鑒相方法引起的跟蹤的碼頻率誤差的性能對比圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面對照附圖并結(jié)合優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明的一種實施例的用于北斗二代接收機弱信號跟蹤的碼環(huán)鑒相 方法包括以下步驟：
[0031 ] S1:所述接收機對輸入信號進行載波剝離；
[0032] S2:判斷所述輸入信號是否為弱信號，如果是，則進入步驟S3;
[0033] S3:以采樣點間隔所對應(yīng)的碼片間隔產(chǎn)生多組本地碼，取所述多組本地碼中的任 意多組對步驟S1中載波剝離后的信號進行碼的剝離，且進行預(yù)設(shè)長度的積分并求幅值得到 相應(yīng)的多個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值；
[0034] S4:對所述多個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值進行濾波得到多個濾波后的碼的自相關(guān) 函數(shù)的采樣值；
[0035] S5:根據(jù)所述多個濾波后的碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值的峰值點位置對應(yīng)的碼片位 置，得出碼的相位誤差值。
[0036]進一步的實施例中，步驟S2具體還包括：當所述輸入信號在跟蹤衛(wèi)星下的載噪比 低于預(yù)設(shè)閾值時，則判斷所述輸入信號為弱信號。
[0037]進一步的實施例中，步驟S3具體包括：
[0038] S31:以采樣點間隔所對應(yīng)的碼片間隔產(chǎn)生A+1組本地碼，在A+1組本地碼中取任意
fs為所述輸入信號的采樣頻率，f。為北斗二代的碼頻率；
[0039] S32:將N+1組本地碼分別與步驟S1中載波剝離后的信號進行碼剝離，進行預(yù)設(shè)長 度的積分，對積分值取模得到N+1個碼的自相關(guān)函數(shù)的采樣值。
[0040] 其中：步驟S31中N+1組本地碼對應(yīng)的碼相位是A+1組碼相位中的任意N+1組，其中A + 1組碼相位分別為
其中τ為所述本地碼中的即時碼對應(yīng)的碼相位，τ〇為所述采樣點間隔所對應(yīng)的碼片。<