伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法

摘要

本申请公开了一种伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法，在捕获处理后，通过码环迭代更新码多普勒估计，并基于码多普勒和载波多普勒之间的关系，更新载波多普勒估计，提高跟踪处理的初始载波多普勒估计的精度。这样，使得后续跟踪处理中载波环路能够收敛，以实现伪卫星信号的跟踪。

说明书

技术领域

本申请涉及伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法。

背景技术

伪卫星系统作为一种可选的地面增强系统，可以应用于增强GNSS系统的可靠性和完好性，在恶劣的接收环境下，如城市、室内等环境里，能够作为对GNSS系统的补充，甚至由伪卫星系统独立提供定位导航功能。

为应对远近效应，伪卫星信号的扩频调制方式与实际卫星导航信号有所不同，常见的伪卫星信号在码分复用的基础上还采用了脉冲调制。图1示出了伪卫星信号脉冲调制的示意图。如图所示，脉冲调制的扩频码的播发周期为1ms，但有效的扩频码的播发时长只有100us，每隔1ms播发一次，利用不同的时隙和伪码序列区分伪卫星。

但这一调制方式对传统的信号接收处理方式提出了挑战，由于积分时间缩短，导致了自相关函数滚降对频率偏差不敏感，使得基带捕获算法得到的载波多普勒值具有较大的偏差，造成载波环路无法收敛而无法实现伪卫星信号的跟踪。

发明内容

本申请的目的是提供一种伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法。

根据本申请的一个方面，公开了一种伪卫星接收机，包括捕获单元和跟踪单元，接收机的捕获单元进行捕获处理后，接收机的跟踪单元通过码环迭代更新码多普勒估计，并基于码多普勒和载波多普勒之间的关系，更新载波多普勒估计，提高跟踪处理的初始载波多普勒估计的精度。

根据本申请的另一个方面，公开了一种伪卫星信号接收方法，在捕获处理后，通过码环迭代更新码多普勒估计，并基于码多普勒和载波多普勒之间的关系，更新载波多普勒估计，提高跟踪处理的初始载波多普勒估计的精度。

附图说明

图1示出了伪卫星信号脉冲调制的示意图。

图2示出了根据本申请一种实施方式的伪卫星信号接收方法的示意图。

图3示出了根据本申请一种实施方式的伪卫星接收机的示意图。

图4示出了根据本申请一种实施方式的伪卫星接收机的预估计器的示意图。

图5示出了根据本申请另一种实施方式的伪卫星接收机的预估计器的环路滤波器的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本申请公开的伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法进行详细说明。为简明起见，本申请各实施例的说明中，相同或类似的装置使用了相同或相似的附图标记。

根据本申请的实施方式，提供了一种伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法，在捕获处理后，接收机通过码环迭代更新码多普勒估计，并基于码多普勒和载波多普勒之间的关系，更新载波多普勒估计，提高接收机跟踪处理前的初始载波多普勒估计的精度。

码多普勒和载波多普勒的对应关系可以从卫星的信号模型中得出，卫星信号的动态离散模型为：

其中：

分别表示采样时刻的码相位、载波相位和载波多普勒频率以及多普勒频率变化率；

表示载波多普勒和码多普勒之间的比例关系；

f_code表示伪码速率；f_carr表示载波频率。

在现有的卫星信号接收机中，通常跟踪处理中，载波环与码环同时工作，并且载波环的输出一直对码环提供多普勒辅助，这是因为载波环颤动比码环颤动的噪声要小几个量级，因而更准确。现有技术普遍认为，载波跟踪环从接收机动态应力门限的角度看是脆弱的环节，企图用码环的输出去辅助载波环将是灾难性的(参考《GPS原理与应用》,第五章第5.4节,电子工业出版社，2012年)。

然而，在伪卫星系统中，由于伪卫星信号采用脉冲调制信号，搜索使用的多普勒频格较宽，导致最终得到的载波多普勒估计的误差较大，无法直接应用于初始化跟踪处理中的载波环的多普勒估计，更无法对码环提供辅助。

根据本申请的伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法，在捕获处理后，首先通过码环迭代更新码多普勒估计，并以码环迭代更新的码多普勒估计来辅助更新载波多普勒估计，提高跟踪处理的初始载波多普勒估计的精度，使得后续跟踪处理中载波环路能够收敛，以实现伪卫星信号的跟踪。

图2示出了根据本申请一种实施方式的伪卫星信号接收方法的示意图。如图所示，在步骤S1中进行捕获处理。在步骤S2中，进行码环估计，通过码环迭代更新码多普勒估计，并基于码多普勒和载波多普勒之间的关系，更新载波多普勒估计，提高载波多普勒估计的精度。在步骤S3中进行捕获处理。由于跟踪处理的初始载波多普勒估计的精度提高，使得后续载波环路能够收敛，从而实现伪卫星信号的跟踪。

图3示出了根据本申请一种实施方式的伪卫星接收机的示意图。如图所示，伪卫星接收机包括捕获单元100和跟踪单元200。

捕获单元100的捕获处理主要包括搜索各个可见伪卫星信号，并对捕获搜索到的可见伪卫星信号进行粗略码相位估计和粗略载波多普勒估计。

导航信号的捕获是一个二维搜索的过程，通过码相位和载波多普勒的搜索确定信号的初始码相位和载波多普勒偏移。

将接收到的伪卫星信号(通常可以建模为经过下变频的中频信号S_IF(n))与本地复现载波进行混频，再进行本地复现码C_L(n)相关运算，得到关于码偏τ，多普勒频偏f_e的函数：

S(n)＝aR(τ)sinc(f_enT_s)，

R(τ)＝normalized[∑S_IF(n)·C_L(n-τ)]，

其中，n表示采样点，T_s表示采样周期，R(τ)表示归一化的码自相关函数。

对上述函数进行傅里叶变换，以并行算出每一个频格f_k上的相关值大小：

捕获单元100通过混频、相关以及傅里叶变换运算后，可以并行得到所有待搜索频格上的相关值。经过比较可以得到最大相关幅值所对应的频格f_k和其相关值。

针对伪卫星的脉冲调制信号，搜索使用的多普勒频格较宽，导致最终得到的多普勒频偏估计值的误差较大，无法直接应用于跟踪环节。

跟踪单元200包括预估计器210和跟踪模块220。预估计器210根据粗略的载波多普勒估计得到粗略的码多普勒估计，通过码环迭代更新码多普勒估计和码相位估计，并根据更新的码多普勒估计更新载波多普勒估计。跟踪模块220以更新的载波多普勒估计、更新的码多普勒估计和更新的码相位估计作为跟踪环路的初始值，进行伪卫星信号跟踪处理。

图4示出了根据本申请的一种实施方式的预估计器的示意图。如图所示，预估计器210包括转换器211、本地信号复现单元212、相关器213、码相位鉴别器214、环路滤波器215。

转换器211根据码多普勒和载波多普勒之间的关系，实现码多普勒估计和载波多普勒估计之间的转换。例如，转换器211可以将来自捕获单元100的粗略的载波多普勒估计转换为粗略的码多普勒估计，以作为预估计器210的输入值。当预估计器的码环迭代收敛后，转换器211可以将更新的码多普勒估计转换为更新的载波多普勒估计，输出至跟踪模块220。

本地信号复现单元212以粗略的载波多普勒估计、粗略的码多普勒估计和粗略的码相位估计作为初始值，并以环路滤波器迭代更新的码多普勒估计作为反馈值复现本地信号。在预估计器的初始化阶段，本地信号复现单元212以粗略的载波多普勒估计、粗略的码多普勒估计和粗略的码相位估计作为初始值来复现本地信号。在随后的预估计器工作过程中，本地信号复现单元212根据环路滤波器215所反馈的迭代更新的码多普勒估计，复现本地信号。

相关器213将复现的本地信号与接收到的伪卫星信号进行相关，获得相关值。例如，相关器213可以计算复现的本地信号的超前/滞后信号与接收到的伪卫星信号之间的相关值。

码相位鉴别器214根据所述相关值，鉴别复现的本地信号与接收到的卫星信号之间的码相位偏差。

环路滤波器215根据所述码相位偏差，迭代更新码多普勒估计。

图5示出了根据本申请的一种实施方式的预估计器中的环路滤波器的示意图。其中，环路滤波器的表达式为：

x₀(k)＝x₀(k-1)+p₁Δd

x₁(k)＝x₀(k)+p₂Δd，

其中，Δd表示码相位偏差；p₁和p₂表示放大器的放大倍数；节点x₀表示迭代更新的码多普勒估计，节点x₀的初始值为粗略的码多普勒估计，当码环迭代更新收敛后得到的节点x₀的更新值，即为更新的码多普勒估计；节点x₁表示码多普勒估计的反馈值，反馈至本地信号复现单元。

预估计器210的上述迭代过程可以至码环迭代更新收敛时结束。此时，预估计器210的环路滤波器215输出更新的码多普勒估计。其中，码环迭代更新的收敛通过码环迭代时间确定。例如，可以认为，1s后码环迭代已经收敛。此外，码环迭代更新的收敛也可以通过所述偏差的大小确定。例如，可以认为，当码相位偏差鉴别输出结果小于预设码相位偏差门限时，码环迭代已经收敛。

跟踪模块220以来自预估计器210的更新的载波多普勒估计、更新的码多普勒估计和更新的码相位估计作为的初始值，进行伪卫星信号跟踪处理。例如，跟踪模块220可以先执行牵引过程，再执行跟踪过程，以对载波相位的动态变化进行实时跟踪，提取伪距和载波相位，解调出导航电文等。

此外，根据本申请的一种实施方式的伪卫星信号接收方法还可以包括：通过捕获处理获得伪卫星信号的粗略的载波多普勒估计和粗略的码相位估计；根据粗略的载波多普勒估计得到粗略的码多普勒估计，通过码环迭代更新码多普勒估计和码相位估计，并根据更新的码多普勒估计更新载波多普勒估计；以更新的载波多普勒估计、更新的码多普勒估计和更新的码相位估计作为跟踪处理的初始值，进行伪卫星信号跟踪处理。

更进一步地，根据本申请的一种实施方式的伪卫星信号接收方法还可以进一步包括：根据码多普勒和载波多普勒之间的关系，将粗略的载波多普勒估计转换为粗略的码多普勒估计；以粗略的载波多普勒估计、粗略的码多普勒估计和粗略的码相位估计作为初始值，并以码环迭代更新的码多普勒估计作为反馈值复现本地信号；将复现的本地信号与接收到的伪卫星信号进行相关，获得相关值；根据相关值，鉴别复现的本地信号与接收到的卫星信号之间的码相位偏差；根据码相位偏差，迭代更新码多普勒估计，直到码环迭代更新收敛；将更新的码多普勒多普勒估计转换为更新的载波多普勒估计。

根据本申请的伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法在跟踪处理前，首先进行码环估计，以码环迭代更新码多普勒估计，获得了精度更高的、更新的码多普勒估计，并进一步更新载波多普勒估计，提高了载波多普勒估计的精度。此外，根据本申请的预估计器中的码环结构与现有跟踪处理中的码环结构类似，因此仅需要在现有接收机的硬件和/或软件结构基础上略作调整即可，实现方式简单，节省成本。

根据本申请的实施方式可以硬件、软件或其组合的形式来实现。本申请的一个方面提供了包括用于实现根据本申请的实施方式的伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法可执行指令的计算机程序。此外，此类计算机程序可使用例如光学或磁性可读介质、芯片、ROM、PROM或其它易失性或非易失性设备的任何形式的存储器来存储。根据本申请的一种实施例，提供了存储此类计算机程序的机器可读存储器。

以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。