衛星導航多頻接收機多頻點時延檢測和校正方法、裝置與流程

2023-05-28 07:39:36 2

本發明涉及多頻高精度衛星導航接收機，特別是一種衛星導航多頻接收機多頻點時延檢測和校正方法、裝置。

背景技術：

目前，衛星導航多頻接收機普遍對同一顆衛星的多個頻點信號單獨進行捕獲、跟蹤以及電文解碼。由於捕獲模塊是串行工作的，同一顆衛星的多個頻點信號需要輪流佔用捕獲模塊進行信號捕獲，導致處理時間較長，且捕獲模塊需要兼容多個頻點，實現複雜度較高。針對並行快速多頻接收機，存在一種快速引導跟蹤裝置，通過捕獲一顆衛星上的某一個頻點，對該衛星其他頻點的信號進行引導跟蹤，其中，其他未直捕頻點用於引導跟蹤的初始碼相位等於已捕獲頻點的初始碼相位。然而，由於同一顆衛星不同頻點的電離層時延，傳輸時延，射頻通道時延，電路域處理時延不同，導致同一顆衛星不同頻點的偽碼無法嚴格同步，會導致此快速引導跟蹤裝置失效。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種衛星導航多頻接收機多頻點時延檢測和校正方法、裝置。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：一種衛星導航多頻接收機多頻點時延檢測和校正方法，包括以下步驟：

1)通過射頻通道分別將不同頻點的射頻信號下變頻到中頻信號，衛星上的A頻點和B頻點的中頻信號接收通道同步打開，同步接收數據；

2)對A頻點信號進行捕獲，得到A頻點的碼相位和都卜勒；

3)生成A頻點和B頻點信號的本地偽碼，等待A頻點和B頻點信號啟動跟蹤；

4)在A頻點信號被捕獲成功後，將B頻點信號的都卜勒利用A頻點信號的都卜勒，B頻點信號的初始碼相位為A頻點信號的初始碼相位，設為INT；

5)對A頻點和B頻點信號的初始碼相位進行時延估計，獲得碼相位偏移數CURR；

6)在不同時間，不同環境下多次搜索不同的衛星，重複步驟3)～步驟5)，獲得大量的CURR值，統計P％概率下的CURR值所在的區間，設為[CURR_E，CURR_L]，若CURR_L-CURR_E≤4，則設置B頻點與A頻點的時延差為CURR_E+1，將CURR_E+1的時延差寫入B頻點引導跟蹤模塊進行時延校正，即在每次A頻點信號捕獲成功後，設置B頻點信號的初始碼相位為INI+CURR_E+1；否則，判定B頻點與A頻點沒有固定的時延差，無法使用A頻點捕獲結果引導B頻點的方式進行快速引導跟蹤；

7)在初始化和定期檢測過程中執行一次步驟1)～步驟6)，執行完成之後不再重複執行，直到下一次定期檢測過程。

步驟5)中，時延估計的具體實現過程包括：

1)設置B頻點最大偏移碼片數2*N和最小搜索間距M，總的搜索次數設置為2*N/M，其中N/M為整數；

2)設當前搜索次數為K，設置B頻點信號當前搜索狀態下的碼相位為偏移INT+(1-2*(K％2))*(K/2)*M個碼片，其中％表示求餘運算；

3)同步啟動A頻點和B頻點信號的跟蹤，若A頻點和B頻點均跟蹤鎖定上，則入步驟4)；否則，搜索次數K的值加1，判斷若搜索次數≤2*N/M，重新執行步驟2)，若搜索次數>2*N/M，認為當前最大碼片偏移數下無法利用A頻點捕獲結果引導B頻點信號跟蹤，返回步驟1)，重新搜索A頻點其他衛星直到所有衛星搜索完成；

4)計算B頻點偽距與A頻點偽距差，計算該偽距差換算成B頻點的碼相位偏移數，設為CURR。

相應的，本發明還提供了一種衛星導航多頻接收機多頻點時延檢測和校正裝置，包括：

A頻點射頻通道：用於將A頻點的射頻信號下變頻到中頻信號；

B頻點射頻通道：用於將B頻點的射頻信號下變頻到中頻信號；

A頻點捕獲模塊：用於對A頻點信號進行捕獲，得到A頻點的碼相位和都卜勒，生成A頻點和B頻點信號的本地偽碼，等待A頻點和B頻點信號啟動跟蹤；

跟蹤模塊：用於在A頻點信號被捕獲成功後，將B頻點信號的都卜勒利用A頻點信號的都卜勒，B頻點信號的初始碼相位為A頻點信號的初始碼相位，設為INT；

時延檢測及校正模塊：用於對A頻點和B頻點信號的初始碼相位進行時延估計，通過一維搜索的方式，從A頻點信號初始碼相位開始，前後偏移相同的碼相位，不斷搜索使得B頻點跟蹤鎖定，並通過A頻點和B頻點的偽距差計算得到一個樣本中B頻點的初始碼相位值，通過獲得統計數據樣本，利用置信度區間的方式，得到最終的B頻點的碼相位偏移數。

與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為：本發明將單頻點的碼相位進行一定的數據運算操作，準確估計出同一顆衛星上其他頻點的初始引導碼相位狀態，大幅地提高了多頻點並行快速引導跟蹤裝置的信號的跟蹤鎖定概率。

附圖說明

圖1為本發明實施例衛星導航多頻接收機多頻點時延檢測和校正裝置。

具體實施方式

本發明的裝置結構如圖1所示：

整個裝置包括：天線、各個頻點射頻通道(以一顆衛星上有A-B兩個頻點為例，但是本發明的方法可拓展到N個頻點接收機，其中N>1)、A頻點捕獲模塊、A和B頻點跟蹤模塊以及定位解算模塊。天線與所有射頻通道連接，A頻點射頻通道與A頻點捕獲模塊連接，A頻點捕獲模塊以及B頻點射頻通道與跟蹤模塊連接，跟蹤模塊與時延檢測及校正模塊連接。

本發明裝置的工作原理為：

步驟1：通過射頻通道分別將不同頻點的射頻信號下變頻到中頻信號，A和B頻點的中頻信號接收通道同步打開，進行嚴格地同步數據接收；

步驟2：利用捕獲模塊對A頻點信號進行捕獲，得到A頻點的碼相位和都卜勒；

步驟3：對A頻點信號進行捕獲；

步驟4：生成A和B頻點信號的本地偽碼，等待A和B頻點信號啟動跟蹤；

步驟5：在A頻點信號被捕獲成功後，將B頻點信號的都卜勒利用A頻點信號的都卜勒，B頻點信號的初始碼相位為A頻點信號的初始碼相位，設為INT；

步驟6：對B和C頻點信號的初始碼相位進行時延估計，其估計算法如下

(1)設置B頻點最大偏移碼片數2*N和最小搜索間距M，總的搜索次數設置為2*N/M，其中N/M為整數；

(2)假設當前搜索次數為K，設置B頻點信號當前搜索狀態下的碼相位為偏移INT+(1-2*(K％2))*(K/2)*M個碼片，其中％表示求餘運算。

(3)同步啟動A和B頻點信號的跟蹤，若A和B頻點均跟蹤鎖定上，進入(4)；否則，K＝K+1，判斷若K≤2*N/M，重新執行(2)，若K>2*N/M，認為當前最大碼片偏移數下無法利用A頻點捕獲結果引導B頻點信號跟蹤，重新進入步驟1，重新搜索A頻點其他衛星直到所有衛星搜索完成；

(4)計算B頻點偽距與A頻點偽距差，計算該偽距差換算成B頻點的碼相位偏移數，設為CURR；

步驟7：在不同時間，不同環境下多次搜索不同的衛星，大規模多次重複步驟4到步驟6，獲得大量的CURR值，統計P％概率下的CURR值所在的區間，設為[CURR_E，CURR_L](例如，正例：假設獲得了10000個CURR的值，統計99％的概率下CURR值所在的區間。計算得到其所在的區間為[13,16]，由於CURR_L–CURR_E4，判斷B頻點與A頻點沒有固定時延差，因此無法通過A頻點捕獲結果引導B頻點)。若CURR_L-CURR_E≤4，則設置B頻點與A頻點的時延差為CURR_E+1，將CURR_E+1的時延差寫入B頻點引導跟蹤模塊進行時延校正，即在每次A頻點信號捕獲成功後，設置B頻點信號的初始碼相位為INI+CURR_E+1；否則，判定B頻點與A頻點沒有固定的時延差，無法使用A頻點捕獲結果引導B頻點的方式進行快速引導跟蹤。

步驟8：該時延差檢測和校正方法只在該裝置初始化和定期檢測過程中執行一次步驟1到步驟7，執行完成之後不再重複執行，直到下一次定期檢測過程。

本發明提出的多頻點信號時延檢測和校正方法的原理為：

1、A和B頻點信號接收和跟蹤通道開啟的嚴格同步；

通過利用FPGA中的TIC信號發生模塊，使得A和B頻點的中頻信號接收通道同步打開，進行嚴格地同步數據接收；並且同步啟動A和B頻點信號的跟蹤。

2、生成A和B頻點信號的本地偽碼，等待A和B頻點信號啟動跟蹤；

3、A和B頻點信號時延差檢測和校正：

由於同一顆衛星不同頻點的電離層時延，傳輸時延，射頻通道時延，電路域處理時延不同，設備老化等導致同一顆衛星不同頻點的偽碼無法嚴格同步，會導致A頻點捕獲結果中的A頻點信號的初始碼相位和B頻點信號的初始碼相位並不是嚴格對齊的。因此，需要在設備初始化和定時檢測過程中，進行時延檢測和校正。此時延差檢測方法是通過一維搜索的方式，從A頻點信號初始碼相位開始，前後偏移相同的碼相位，不斷搜索使得B頻點跟蹤鎖定，並通過A頻點和B頻點的偽距差計算得到一個樣本中B頻點的引導跟蹤模塊的初始碼相位值。通過獲得大量統計數據樣本，利用置信度區間的方式，得到最終的B頻點的引導跟蹤模塊的初始碼相位偏移量。