CN105607088A - 一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置 - Google Patents

一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置，在同一颗卫星的多个频点信号中，只捕获一个频点信号，其他频点信号不捕获，直接进行引导跟踪，从而降低信号捕获时间和捕获模块的实现复杂度。在跟踪阶段，同一颗卫星只对一个频点信号进行电文解析，其他频点信号只跟踪不译码，伪距的大数时间通过估算得到，从而降低电文解析模块的实现复杂度。

Description

一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置
技术领域
本发明涉及卫星导航多频接收机，特别是一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置。
背景技术
目前，卫星导航多频接收机普遍对同一颗卫星的多个频点信号单独进行捕获、跟踪以及电文译码。由于捕获模块是串行工作的，同一颗卫星的多个频点信号需要轮流占用捕获模块进行信号捕获，导致处理时间较长，且捕获模块需要兼容多个频点，实现复杂度较高。
另外，同一颗卫星的多个频点信号调制的导航电文信息内容是完全相同的，因此对所有频点均进行电文解析也增加了接收机的实现复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置，包括：
天线：用于接收空间辐射的卫星信号；
射频模块：用于将卫星信号从射频变换到中频；
捕获模块：用于根据定位解算模块设置的卫星编号和频点信息对射频通道输出的中频信号进行捕获，输出捕获结果至引导模块；所述捕获结果包括码相位和多普勒；
引导模块：用于根据一个中频信号的码相位和多普勒，计算相同卫星其他频点信号的码相位和多普勒；
跟踪模块：用于根据引导模块输出的码相位和多普勒对每个频点信号分别进行跟踪，得到伪距小数时间；
电文解析模块：用于对其中任一中频信号进行电文译码，得到导航电文信息，并从导航电文信息中获得伪距大数时间；
定位解算模块：用于设置需要捕获的卫星编号以及频点信息，并根据导航电文信息、伪距大数时间以及伪距小数时间进行定位解算，同时对于未进行电文解析而只获得伪距小数时间的中频信号，进行伪距大数时间的估计。
同一颗卫星不同频点信号的多普勒之间的关系为：
d 2 = d 1 f 2 f 1 ;
d 3 = d 1 f 3 f 1 ;
其中，d2表示第二个频点信号的多普勒，d3表示第三个频点信号的多普勒，d1表示所述捕获模块直接捕获得到的多普勒，f2表示第二个频点信号的载波射频频率，f3表示第三个频点信号的载波射频频率，f1表示所述捕获模块直接捕获的中频信号对应载波射频频率；通过上式和直接捕获的中频信号的多普勒计算出相同卫星其他中频信号的多普勒。
同一颗卫星不同频点信号的码相位的关系为：p1+2＞p2＞p1-2；其中，p2表示第二个频点信号的码相位，p1表示直接捕获的中频信号的码相位。
利用一个信号捕获的码相位引导同一颗卫星不同频点信号码相位的过程为：取p2＝p1，每半个码片设置一个相关值位置，码片范围为4个码片，一共设置8个相关值位置，将p2设置在8个相关值位置的中心；进行8个码相位的并行相关运算，并找8个相关值的最大值，最大值位置即为中频信号的准确码相位位置。
伪距大数时间te的计算公式为：
t e = [ t 0 - ( x u - x s ) c - t m s ] ;
其中，t0为接收机本地整秒时间，Xu为接收机概略位置，Xs为卫星位置，c为光速，tms为已知的伪距小数时间，[]为取整符号。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在同一颗卫星的多个频点信号中，只捕获一个频点信号，其他频点信号不捕获，直接进行引导跟踪，从而降低信号捕获时间和捕获模块的实现复杂度。在跟踪阶段，同一颗卫星只对一个频点信号进行电文解析，其他频点信号只跟踪不译码，伪距的大数时间通过估算得到，从而降低电文解析模块的实现复杂度。
附图说明
图1为本发明一实施例结构框图。
具体实施方式
本发明的装置结构如图1所示：
整个装置包括：天线、射频通道、捕获模块、引导模块、跟踪模块、电文解析模块、定位解算模块。天线与射频通道连接，射频通道与捕获模块连接，捕获模块与引导模块连接，引导模块与跟踪模块连接，跟踪模块与电文解析模块及定位计算模块连接，电文解析模块与定位解算模块连接，定位解算模块与捕获模块连接。
本发明装置的工作原理为：
天线接收空间辐射的卫星信号，将信号输入给射频通道。在射频通道中进行下变频，将射频信号变换为中频信号。定位解算模块向捕获模块设置需要捕获的卫星编号以及频点信息，捕获模块根据定位解算模块设置的信息进行信号捕获。捕获得到的信号码相位以及多普勒信息送给引导模块。在引导模块中根据捕获得到的码相位和多普勒信息计算相同卫星其他频点信号的码相位以及多普勒。跟踪模块根据不同频点的码相位以及多普勒分别进行不同频点信号的跟踪，获得伪距小数时间(毫秒以下时间)，输出给定位解算模块。电文解析模块对其中一个频点的信号进行电文译码，获得导航电文信息以及伪距大数时间(毫秒以上时间)，输出给定位解算模块。其他频点信号不进行电文解析模块的处理。定位解算模块根据导航电文、伪距大数时间以及伪距小数时间进行定位解算，获得接收机位置信息。对于未进行电文解析的频点信号，定位解算模块只能获得其伪距小数时间，伪距大数时间要通过估计的方法得到。
本发明提出的多频信号快速引导跟踪方法的原理为：
1、在引导模块中根据一个频点的捕获码相位和多普勒计算其他频点的码相位和多普勒。
卫星与接收机之间的相对运动速度对于不同频点信号是相同的，只是由于不同频点信号的载波频率不同，导致其信号多普勒不同，因此同一颗卫星不同频点信号的多普勒之间存在如下所示的确定性关系：
d 2 = d 1 f 2 f 1 ;
d 3 = d 1 f 3 f 1 ;
其中，d2表示第二个频点信号的多普勒，d3表示第三个频点信号的多普勒，d1表示所述捕获模块直接捕获得到的多普勒，f2表示第二个频点信号的载波射频频率，f3表示第三个频点信号的载波射频频率，f1表示所述捕获模块直接捕获的中频信号对应载波射频频率；通过上式和直接捕获的中频信号的多普勒计算出相同卫星其他中频信号的多普勒。
不同载波频率的信号将带来不同程度的空间传输延迟，导致捕获码相位不同。根据不同频点的延迟特性，码相位的偏差小于2个码片。因此存在如下关系：
p1+2＞p2＞p1-2
其中，p2表示第二个频点信号的码相位，p1表示直接捕获信号的码相位。这里先取p2＝p1，并用下述方法确定实际码片偏差。
每半个码片设置一个相关值位置，码片范围为4个码片，一共设置8个相关值位置，将p2设置在8个相关值位置的中心。进行8个码相位的并行相关运算，并找8个相关值的最大值，最大值位置即为真实信号的码相位位置。采用上述方法即可实现只捕获一个频点信号，从而将信号捕获时间降低为原来的1/n(n为信号频点总数)。同时，捕获模块只需实现单频捕获，不再需要兼容多个频点，大幅降低了捕获模块的实现复杂度。
2、在定位解算模块中估计伪距大数时间
在电文解析模块中，只对一个频点信号进行电文译码，因此只有这个频点的信号可以直接得到伪距大数时间，其他频点信号必须要进行伪距大数时间估计。估计方法如下：
t e = [ t 0 - ( x u - x s ) c - t m s ]
其中，te为伪距大数时间，t0为接收机本地整秒时间(观测时刻)，Xu为接收机概略位置，Xs为卫星位置，c为光速，tms为已知的伪距小数时间，[]为取整符号。根据上述公式即可估计出伪距的大数时间，结合直接得到的伪距小数时间即可恢复出完整伪距，进而进行定位解算。通过这种方式即可实现只对一个频点信号进行电文译码，从而降低了电文译码模块的实现复杂度。
本发明提供了一种多频信号快速引导跟踪的装置和方法，不仅可以缩减信号捕获时间，而且可大幅降低接收机实现复杂度。

Claims (5)

1.一种卫星导航多频接收机信号快速引导跟踪装置，其特征在于，包括：
天线：用于接收空间辐射的卫星信号；
射频模块：用于将卫星信号从射频变换到中频；
捕获模块：用于根据定位解算模块设置的卫星编号和频点信息对射频通道输出的中频信号进行捕获，输出捕获结果至引导模块；所述捕获结果包括码相位和多普勒；
引导模块：用于根据一个中频信号的码相位和多普勒，计算相同卫星其他频点信号的码相位和多普勒；
跟踪模块：用于根据引导模块输出的码相位和多普勒对每个频点信号分别进行跟踪，得到伪距小数时间；
电文解析模块：用于对其中任一中频信号进行电文译码，得到导航电文信息，并从导航电文信息中获得伪距大数时间；
定位解算模块：用于设置需要捕获的卫星编号以及频点信息，并根据导航电文信息、伪距大数时间以及伪距小数时间进行定位解算，同时对于未进行电文解析而只获得伪距小数时间的中频信号，进行伪距大数时间的估计。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，同一颗卫星不同频点信号的多普勒之间的关系为：
d 2 = d 1 f 2 f 1 ;
d 3 = d 1 f 3 f 1 ;
其中，d2表示第二个频点信号的多普勒，d3表示第三个频点信号的多普勒，d1表示所述捕获模块直接捕获得到的多普勒，f2表示第二个频点信号的载波射频频率，f3表示第三个频点信号的载波射频频率，f1表示所述捕获模块直接捕获的中频信号对应载波射频频率；通过上式和直接捕获的中频信号的多普勒计算出相同卫星其他中频信号的多普勒。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，同一颗卫星不同频点信号的码相位的关系为：p1+2＞p2＞p1-2；其中，p2表示第二个频点信号的码相位，p1表示直接捕获的中频信号的码相位。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，利用一个信号捕获的码相位引导同一颗卫星不同频点信号码相位的过程为：取p2＝p1，每半个码片设置一个相关值位置，码片范围为4个码片，一共设置8个相关值位置，将p2设置在8个相关值位置的中心；进行8个码相位的并行相关运算，并找8个相关值的最大值，最大值位置即为中频信号的准确码相位位置。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，伪距大数时间te的计算公式为：
t e = [ t 0 - ( X u - X s ) c - t m s ] ;
其中，t0为接收机本地整秒时间，Xu为接收机概略位置，Xs为卫星位置，c为光速，tms为已知的伪距小数时间，[]为取整符号。
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