一种基于子空间投影的减弱伪卫星远近效应的方法

摘要

本发明的目的在于提供一种用于伪卫星信号接收过程的处理方法，包括伪卫星信号，通过峰度检测的方法进行微弱信号检测，对存在微弱信号的情况进行子空间投影处理直至特征值K小于门限。由于采用的子空间投影法，通过强信号矢量的正交投影算子，将接收信号对强信号投影至正交空间上进行微弱信号的捕获，可以基本消除强信号对微弱信号的干扰。同时，本发明对于强信号空间的构造无需信号幅度参数，只需要信号延迟τ和多普勒频移fd两个参数，提升了效率和准确率。本发明提出的子空间投影方法，捕获的伪卫星信号适用码分多址的调制方式，在室内外融合定位应用中具有很好的应用优势。

说明书

技术领域：

本发明属于卫星信号传播与接收领域，尤其是涉及一种用于减弱远近效应的伪卫星信号接收处理算法。

技术背景：

全球导航卫星系统(GNSS)是一种能够为用户提供连续、实时、精确的位置、速度和时间信息的基础设施。目前，主要有四种全球卫星导航系统，分别是美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的Galileo和中国的BDS。这些系统经过数十年的发展，已经渗透到人们生活的方方面面，为生产生活提供了极大的便利。但是在现有的技术条件下，GNSS系统只有在相对开阔的室外环境才能提供准确的信息服务。在狭隘的山谷地区，尤其是封闭的室内空间，因为地形和建筑物的遮挡，用户接收机很难再接收到满足数量和强度的卫星信号，这导致GNSS服务受到了极大的限制。因此，为了保证导航定位服务的质量，需要在具体的应用场景搭建伪卫星系统来弥补GNSS系统的缺陷。同时，由于伪卫星系统通常与对应GNSS系统播发相同频段的信息，可以达到很好的衔接效果。

但是，在室内空间布设的伪卫星系统，因为与用户接收机距离很近，相对距离差异明显以及变化范围很大，根据无线电传输的理论，这会导致接收信号功率动态变化范围很大，接收机近处伪卫星信号会对远处伪卫星信号产生干扰，影响远处信号的捕获，使接收机的定位解算结果产生较大误差。

发明内容：

鉴于这种严重制约伪卫星系统发展和应用的缺陷，提出了一种基于子空间投影的信号捕获算法。该方法能够明显的提高远处较弱伪卫星信号的检测和捕获成功率。

本发明的目的在于提供一种用于伪卫星信号接收过程的处理方法，能够减弱远近效应的影响，从而提高受强信号干扰的微弱信号捕获的准确率，为伪卫星接收终端提高定位解算精度提供方法。

一种基于子空间投影的减弱伪卫星远近效应的方法，包括以下步骤：

A.通过用户接收终端，接收目标频段的伪卫星信号；

B.对高频接收信号进行下变频处理和模数转换采样，将其转变为中频数字伪卫星信号。然后应用峰度检测的方法进行微弱信号检测，如果峰度特征值小于设定门限，则认为存在微弱信号，步骤如下：

首先根据公式(1)对接收信号进行预处理：

其中x表示统计数据，μ表示均值，σ表示均方差，E表示期望值。将经过预处理的信号设为y

N表示伪卫星发射机信号总数，则根据公式(2)可以计算出特征值K：

因为随着信号中微弱信号成分增加，信噪比提高，特征值K呈现下降的趋势，构成负相关的关系。且当信号y

C.对存在微弱信号的接收信号根据以下公式和流程进行处理，

将步骤B中得到的中频数字伪卫星信号根据公式(3)进行表示：

S(n)＝S

其中，S

设强信号的数量为q

其中A

根据上述公式(4)中的S

则强信号S

S

D.根据信号的子空间构成理论，将接收信号依据强信号进行子空间构造，为方便表示简化为三维空间，如附图1所示。

对于强伪卫星信号空间，构成该空间的矢量为信号延迟τ

设接收信号为X，则强信号空间如公式(8)所示：

S

则在强信号空间的正交投影面上为完全去除强信号后的信号，其表征如公式(9)所示：

S

如附图2所示，S

E.在S

可以看出，本发明采用的子空间投影法，通过强信号矢量的正交投影算子，将接收信号对强信号投影至正交空间上进行微弱信号的捕获，可以基本消除强信号对微弱信号的干扰。同时，本发明对于强信号空间的构造无需信号幅度参数，只需要信号延迟τ和多普勒频移f

附图说明：

图1为信号子空间构成示意图。

图2为输入信号对强信号矢量的正交投影示意图。

图3为应用场景示意图。

图4为减弱伪卫星远近效应方法运行流程图。

具体实施方式：

下面结合实施例，对本发明的技术方案进行进一步描述，显然，该实施例仅是本发明一部分实施例，不对本发明的保护范围构成限制。

本实施例的应用场景以图3室内空间伪卫星系统为例，图中标识出了伪卫星发射机以及用户接收终端的位置。基于子空间投影的减弱伪卫星远近效应的方法是基于如附图4所示的流程图进行的。为了克服室内区域搭建的伪卫星定位系统中，接收机相对远场发射信号功率与相对近场发射信号功率差异明显而产生的强信号对弱信号的捕获的严重干扰，本发明采用分别处理思想的子空间投影方式，先对易于捕获且捕获精度较高的强信号进行参数估计，根据相应参数进行强信号空间矢量的表征，然后计算正交投影算子对原始接收信号进行子空间的正交投影得到去除强信号的弱信号空间矢量。通过以上方法，可以克服弱信号捕获过程中受到强信号干扰而产生较大误差的缺陷，提高室内伪卫星系统接收机的捕获精度，这一点对于伪卫星室内定位精度提升尤为重要。

步骤1：通过接收机进行接收到目标频段的伪卫星信号。

步骤2：对接收信号进行下变频和采样处理。

通常，直接接收到的原始信号都是高频模拟信号，不仅超出了接收机基带信号处理器的最大处理频率，且模拟信号不适用于后续的高精度定位解算。因此使用接收机的射频集成模块功能对接收到的信号进行下变频和模数转换采样处理，将接收信号转变为频率为f

步骤3：微弱信号门限检测。

采用特征值峰度检测的方法来判断是否存在微弱信号，根据公式(1)对接收信号进行预处理：

其中x表示统计数据，μ表示均值，σ表示均方差。

设系统中伪卫星发射机数量为N，则接收机共有N个信号需要捕获，经公式(1)预处理后这N个信号可分别表示为y

因为在y

步骤4：正交投影微弱信号参数估计。

由步骤3可以得出该实施例中存在微弱信号，故根据公式(3)对中频数字接收信号进行区分表示：

S(n)＝S

其中S

则强信号组合序列S

其中q

本实施例中接收机的捕获过程，是对信号的延迟τ和多普勒频移f

最后根据公式(9)计算正交投影后的信号S

S

步骤5：正交投影子空间上的信号捕获。

根据步骤4，可以得到由接收信号进行子空间投影的S

由于采用的子空间投影法，通过强信号矢量的正交投影算子，将接收信号对强信号投影至正交空间上进行微弱信号的捕获，可以基本消除强信号对微弱信号的干扰。同时，本发明对于强信号空间的构造无需信号幅度参数，只需要信号延迟τ和多普勒频移f

应该理解，虽然本发明结合实例进行了详细的说明，但上述说明旨在举例说明，而不以任何方式限制其发明内容。对本领域技术人来说，基于本文的说明可以最大程度地利用本发明，并可在没有脱离本发明的权利要求范围或精神内进行多种修改或修饰。本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。