CN105717519B - 一种卫星导航信号信道scb特性检测方法 - Google Patents

一种卫星导航信号信道scb特性检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法，步骤如下：采集卫星导航信号，并进行载波剥离，得到基带信号；对基带信号进行低通滤波；利用理想带通信号计算相关曲线；根据相关曲线计算锁定点偏差曲线；对锁定点偏差曲线算术平均；根据曲线平均结果计算SCB。本发明考虑了单次锁定点偏差曲线的离散性，去除了其他信号分量、数据等的互相关干扰影响，可以准确评估导航信号信道SCB特性。

Description

一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法
技术领域
本发明涉及一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法，属于卫星导航技术领域。
背景技术
在卫星导航信号信道指标体系中，SCB即S曲线偏差(S-curve Bias)是衡量相关峰对称性的重要指标，直接关系到接收机的跟踪偏差大小。
目前，可以通过以下方法来检测卫星导航信号信道特性的SCB指标：
方法1，利用接收机的多个通道，每个通道相关器间距不同，同时跟踪同一颗卫星信号，提取伪距值，以最小间距下的伪距为参考值，比较得到锁定点偏差曲线，进一步得到SCB值；
方法2，采集信号，使用一个码周期时间信号，下变频后与本地信号相关，得到相关曲线，再通过鉴相和插值求取锁定点偏差曲线，进一步得到SCB值；
然而，上述方法没有考虑互相关影响，无法得到正确结论。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法，本发明可以准确描绘锁定点偏差曲线和确定信号信道SCB值。
本发明的技术解决方案是：
一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法包括步骤如下：
(1)采集卫星导航信号；
(2)对步骤(1)中采集到的卫星导航信号进行载波剥离，得到基带信号；
(3)对步骤(2)中的基带信号进行低通滤波；
(4)计算相关曲线：将周期本地码与步骤(3)中得到的滤波后的基带信号进行相关运算，得到如下式所示的相关曲线：
其中，SReal为实际基带信号，SIdeal为本地码采样后的信号，TP为积分周期，ε为实际信号与本地码采样后的信号之间的时间差，表示SIdeal的共轭；
(5)计算锁定点偏差曲线：在一个积分周期TP内改变相关器间距，根据步骤(4)得到的相关曲线计算超前滞后臂的相关值，并以该相关值进行鉴相、插值求取锁定点偏差值，由此得到以相关间距为变量，锁定点偏差为值的曲线，即为锁定点偏差曲线；
(6)进入下一积分周期TP，重复步骤(1)-步骤(4)的处理方式，并计算锁定点偏差曲线，当nTP时长大于等于TM，不再重复步骤(1)-步骤(4)，进入步骤(7)；其中n表示进行计算的积累周期个数；
(7)算术平均：对每个相关间距下的锁定点偏差值进行算术平均，得到锁定点偏差统计曲线：
其中，Toffset为锁定点偏差，δ为0-δmax，δmax取1，N为锁定点偏差曲线数量；
(8)计算SCB；
锁定点偏差统计曲线最大值减去锁定点偏差统计曲线最小值，即为该卫星导航信号SCB检测值：
SCB＝max(Toffset(δ))-min(Toffset(δ))
其中，max(Toffset(δ))为锁定点偏差统计曲线最大值，min(Toffset(δ))为为锁定点偏差统计曲线最小值。
步骤(5)中计算锁定点偏差曲线的具体方式如下：
(5a)移动步骤(4)生成的相关曲线，生成超前相关曲线和滞后相关曲线，相关间距为d1；
(5b)在两个相关曲线上从前至后移动超前臂E、滞后臂L，其值为PE、PL；
(5c)当E、L移动至交叉位置处时，PE*PE-PL*PL值将改变符号，记录此处PE*PE-PL*PL值：(PE*PE-PL*PL)改变符号前，最后一个值记为y1＝PE*PE-PL*PL；(PE*PE-PL*PL)改变符号后第一个值记为y2＝PE*PE-PL*PL；y1对应的横坐标为x1，y2对应的横坐标为x2，由此可以得到该直线上两个点(x1，y1)和(x2，y2)；
(5d)求该直线y＝0时的x值，即进行线性插值，得到的x就为锁定点偏差值；
(5e)重复(5a)-(5d)，改变相关间距d1，直至遍历所有相关间距，得到以相关间距为变量的锁定点偏差曲线。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明无需大量接收机通道，无需提取伪距获得锁定点偏差曲线，节省了硬件成本，保证了运算的效率，尤其是能够在较短时间的相关得出SCB正确结果。
(2)本发明载波剥离后通过低通滤波器滤波去除了频谱可分离的信号分量互相关干扰，保证了用于相关曲线计算的基带信号的准确性。
(3)本发明通过反复改变相关间距d1和时长2秒的长时间统计去除了频谱无法分离的信号分量互相关干扰，例如消除长码信号的影响，能够进一步保证SCB结果的准确性。
(4)本发明利用线性插值进行锁定点偏差曲线的计算，降低了对采样频率的要求，提高了估计精度。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明超前滞后相关曲线；
图3为本发明锁定点偏差插值求取示意图；
图4为本发明实施例中平均后的锁定点偏差曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理和工作过程作进一步解释和说明：
如图1所示，一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法包括步骤如下：
(1)采集卫星导航信号；
导航信号采集或者数据读取。本地使用短期稳定性较好的钟生成采样时钟，在该时钟下连续采集卫星导航信号，送给后续单元进行实时连续处理或者保存后后处理。
(2)对步骤(1)中采集到的卫星导航信号进行载波剥离，得到基带信号；
使用开环或者闭环跟踪方法估计载波频率和相位，进行载波剥离，得到基带信号。
(3)对步骤(2)中的基带信号进行低通滤波；
对基带信号使用滤波器进行低通滤波，滤波器带内幅度波动小于0.1dB，群时延恒定，而且根据具体需求滤波器带宽可以去除其他信号分量干扰。
(4)计算相关曲线：将周期本地码与步骤(3)中得到的滤波后的基带信号进行相关运算，得到如下式所示的相关曲线：
其中，SReal为实际基带信号，SIdeal为本地码采样后的信号，TP为积分周期，ε为实际信号与本地码采样后的信号之间的时间差，表示SIdeal的共轭；
依据开环或者闭环跟踪得到的码多普勒和相位生成一个周期本地码，经采样与滤波器后的基带信号进行相关运算，得到相关曲线。
(5)计算锁定点偏差曲线：如图2所示，在一个积分周期TP内改变相关器间距，根据步骤(4)得到的相关曲线计算超前滞后臂的相关值，并以该相关值进行鉴相、插值求取锁定点偏差值，由此得到以相关间距为变量，锁定点偏差为值的曲线，即为锁定点偏差曲线；
计算锁定点偏差曲线的具体方式如下：
(5a)移动步骤(4)生成的相关曲线，生成超前相关曲线和滞后相关曲线，相关间距为d1；
(5b)在两个相关曲线上从前至后移动超前臂E、滞后臂L，其值为PE、PL；
(5c)当E、L移动至交叉位置处时，PE*PE-PL*PL值将改变符号，记录此处PE*PE-PL*PL值：(PE*PE-PL*PL)改变符号前，最后一个值记为y1＝PE*PE-PL*PL；(PE*PE-PL*PL)改变符号后第一个值记为y2＝PE*PE-PL*PL；y1对应的横坐标为x1，y2对应的横坐标为x2，由此可以得到该直线上两个点(x1，y1)和(x2，y2)；
(5d)求该直线y＝0时的x值，即进行线性插值，得到的x就为锁定点偏差值，如图3所示；
(5e)重复(5a)-(5d)，改变相关间距d1，直至遍历所有相关间距，得到以相关间距为变量的锁定点偏差曲线。
(6)进入下一积分周期TP，重复步骤(1)-步骤(4)的处理方式，并计算锁定点偏差曲线，当nTP时长大于等于2秒时(此时保存的锁定点偏差曲线数量足以消除其他信号分量、数据调制的互相关影响)，不再重复步骤(1)-步骤(4)，进入步骤(7)；其中n表示进行计算的积累周期个数；
(7)算术平均：对每个相关间距下的锁定点偏差值进行算术平均，得到锁定点偏差统计曲线：
其中，Toffset为锁定点偏差，δ为0-δmax，δmax取1，N为锁定点偏差曲线数量；
(8)计算SCB；
锁定点偏差统计曲线最大值减去锁定点偏差统计曲线最小值，即为该卫星导航信号SCB检测值：
SCB＝max(Toffset(δ))-min(Toffset(δ))
其中，max(Toffset(δ))为锁定点偏差统计曲线最大值，min(Toffset(δ))为为锁定点偏差统计曲线最小值。
下面以一个具体实施例对本发明的工作原理做更进一步的解释：
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参考附图1，对本发明进一步详细说明。
Galileo卫星导航***E1信号和北斗卫星导航***B1信号都是由多于两路的信号分量组成的，其中都包含一个BOC(6,1)信号分量。以此信号分量为例，本发明公开的方法的操作步骤如下：
(1)以大于100MHz的采样频率对导航信号进行采样，对其进行实时或者保存后处理。
(2)使用开环或者闭环跟踪方法估计载波频率和相位，进行载波剥离，得到基带信号。
(3)对基带信号使用滤波器进行低通滤波，滤波器带内幅度波动小于0.1dB，群时延恒定，带宽以去除其他信号分量干扰为目标进行设计，对BOC(6,1)信号，可选单边通带为8.184MHz的实滤波器。
(4)依据开环或者闭环跟踪得到的码多普勒和相位生成一个周期本地码(10ms)，经采样与滤波器后的基带信号进行相关运算，得到相关曲线。
(5)依据相关曲线进行超前滞后臂相关值计算，以此鉴相、插值求取锁定点偏差值，得到以相关器间距为变量，锁定点偏差为值的曲线，即为锁定点偏差曲线。
(6)保存的锁定点偏差曲线数量足以消除其他信号分量、数据调制的互相关影响时，对每个相关间距下的锁定点偏差值进行算术平均，得到锁定点偏差统计曲线，如图4所示。
(7)计算锁定点偏差统计曲线值的范围，即最大值-最小值，即为该卫星导航信号SCB检测值。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法，其特征在于包括步骤如下：
(1)采集卫星导航信号；
(2)对步骤(1)中采集到的卫星导航信号进行载波剥离，得到基带信号；
(3)对步骤(2)中的基带信号进行低通滤波；
(4)计算相关曲线：将周期本地码与步骤(3)中得到的滤波后的基带信号进行相关运算，得到如下式所示的相关曲线：
其中，SReal为实际基带信号，SIdeal为本地码采样后的信号，TP为积分周期，ε为实际信号与本地码采样后的信号之间的时间差，表示SIdeal的共轭；
(5)计算锁定点偏差曲线：在一个积分周期TP内改变相关器间距，根据步骤(4)得到的相关曲线计算超前滞后臂的相关值，并以该相关值进行鉴相、插值求取锁定点偏差值，由此得到以相关间距为变量，锁定点偏差为值的曲线，即为锁定点偏差曲线；
(6)进入下一积分周期TP，重复步骤(1)-步骤(4)的处理方式，并计算锁定点偏差曲线，当nTP时长大于等于TM，不再重复步骤(1)-步骤(4)，进入步骤(7)；其中n表示进行计算的积累周期个数；
(7)算术平均：对每个相关间距下的锁定点偏差值进行算术平均，得到锁定点偏差统计曲线：
其中，Toffset为锁定点偏差，δ为0-δmax，δmax取1，N为锁定点偏差曲线数量；
(8)计算SCB；
锁定点偏差统计曲线最大值减去锁定点偏差统计曲线最小值，即为该卫星导航信号SCB检测值：
SCB＝max(Toffset(δ))-min(Toffset(δ))
其中，max(Toffset(δ))为锁定点偏差统计曲线最大值，min(Toffset(δ))为为锁定点偏差统计曲线最小值。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法，其特征在于：步骤(5)中计算锁定点偏差曲线的具体方式如下：
(5a)移动步骤(4)生成的相关曲线，生成超前相关曲线和滞后相关曲线，相关间距为d1；
(5b)在两个相关曲线上从前至后移动超前臂E、滞后臂L，其值为PE、PL；
(5c)当E、L移动至交叉位置处时，PE*PE-PL*PL值将改变符号，记录此处PE*PE-PL*PL值：(PE*PE-PL*PL)改变符号前，最后一个值记为y1＝PE*PE-PL*PL；(PE*PE-PL*PL)改变符号后第一个值记为y2＝PE*PE-PL*PL；y1对应的横坐标为x1，y2对应的横坐标为x2，由此可以得到直线上两个点(x1，y1)和(x2，y2)；
(5d)求该直线y＝0时的x值，即进行线性插值，得到的x就为锁定点偏差值；
(5e)重复(5a)-(5d)，改变相关间距d1，直至遍历所有相关间距，得到以相关间距为变量的锁定点偏差曲线。
3.根据权利要求1所述的一种卫星导航信号信道SCB特性检测方法，其特征在于：步骤(6)中的TM取1秒。
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