CN115267860B - 一种高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本申请涉及卫星导航技术领域,特别是涉及一种高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法。
背景技术
我国自主建设的北斗卫星导航定位***兼具卫星无线电定位业务(RadioDetermination Satellite Service, RDSS)和卫星无线电导航业务(Radio NavigationSatellite Service, RNSS)。RDSS是其中的重要组成部分,其工作原理为,主控站通过多颗GEO卫星向各类RDSS用户机广播出站信号,用户机通过GEO卫星向主控站发送入站信号。主控站接收入站信号后,进行信息解调、伪距计算和定位解算,然后再将定位结果返回给用户机。入站信号是典型的短突发信号,其高精度快速捕获并引导是影响地面段用户可获得的服务质量的主要因素。
特别是针对高动态用户,如机载用户机、弹载用户机等,入站短突发信号的精准快速捕获是提高用户服务性能的必要条件。通常卫星导航信号的捕获若采用串行捕获算法,存在速度慢、耗时长的问题;若采用并行捕获算法需要较大的运算量。入站短突发信号扩频码持续时间短、入站数量多、入站时刻随机性强,这决定了入站捕获需要精准快速完成,不能如同一般导航信号进行长时间的捕获。为了满足短突发入站信号的精准快速捕获、跟踪要求,需要探索新的短突发信号高精度引导方法。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够在对高动态条件下的短突发信号捕获后,进行快速精准引导的高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法,所述方法包括:
对卫星导航定位***高动态条件下的短突发信号进行粗捕获后,通过多相关器组将本地扩频码与所述短突发信号进行相干积分,得到所述本地扩频码与所述短突发信号的相关值信号;所述多相关器组以码片为间隔,共2N组,搜索范围为-1~+1码片;
根据预设的非相干积分次数对所述相关值信号进行后积累,得到所述多相关器组在-1~1码片的自相关函数曲线;
根据所述自相关函数曲线确定非相干积分值的最大值和相邻两个次大值,通过非相干超前减滞后幅值法拟合估计码相位,并确定准时通道;
将所述准时通道对应的多组相关值信号的I支路信号和Q支路信号进行组合,结合粗捕获频率,得到复相关值表达式;
根据所述复相关值表达式进行FFT运算,并对FFT结果求取包络值,确定最大峰和两个次大峰位置,利用二次插值算法估计所述短突发信号的频率和频率变化率。
在其中一个实施例中,还包括:获取所述多相关器组的本地扩频码为:
通过多相关器组将所述本地扩频码与所述短突发信号进行相干积分,得到所述本地扩频码与所述短突发信号的相关值信号为:
在其中一个实施例中,还包括:获取预设的非相干积分次数N nc ;
根据所述预设的非相干积分次数N nc 对所述相关值信号进行后积累,得到所述多相关器组在-1~1码片的自相关函数曲线为:
通过非相干超前减滞后幅值法拟合估计码相位为:
其中,d为所述多相关器组的码片间隔。
在其中一个实施例中,还包括:将所述准时通道对应的多组相关值信号的I支路信号和Q支路信号进行组合,结合粗捕获频率,得到复相关值表达式为:
其中,为估计的码相位所对应的准时通道,表示准时通道所对应的自相关函数值,表示相干积分时间,表示待估计的信号载频与所述粗捕获频率的差值,表示相干积分起始时刻,表示所述短突发信号与本地载波的初相相位差,为正弦积分函数,为自然常数,为虚数符号。
在其中一个实施例中,还包括:根据所述复相关值表达式进行FFT运算,并对FFT结果求取包络值,确定最大峰和两个次大峰位置,根据所述最大峰和两个次大峰位置利用二次插值拟合方法得到估计频率为:
根据不同时间下的估计频率线性拟合得到频率变化率。
在其中一个实施例中,还包括:当所述最大峰对应第一次频率搜索时,所述短突发信号的估计频率为:
在其中一个实施例中,还包括:当所述最大峰对应最后一次频率搜索时,所述短突发信号的估计频率为:
在其中一个实施例中,还包括:根据所述最大峰和所述次大峰对应的FFT结果,估计所述短突发信号载波和本地载波的相位差。
附图说明
图1为一个实施例中高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法的流程示意图;
图2为一个具体实施例中高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法的算法示意图;
图3为一个具体实施例中短突发信号高精度引导方法的码自相关函数示意图;
图4为一个具体实施例中短突发信号高精度引导方法的码相位估计多相关器仿真图;
图5为一个具体实施例中短突发信号高精度引导方法的码相位估计拟合结果图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法,包括以下步骤:
卫星导航信号的捕获目的在于确定所接收信号的载波频率和码相位的估计值。本发明在对短突发信号进行粗捕获后,通过本发明所提方法,对高动态短突发信号进行高精度引导,得到精度值更高的载波频率和码相位的估计值。
步骤102,对卫星导航定位***高动态条件下的短突发信号进行粗捕获后,通过多相关器组将本地扩频码与短突发信号进行相干积分,得到本地扩频码与短突发信号的相关值信号。
短突发信号扩频码持续时间段、入站数量多、入站时刻随机性强,为了实现对短突发信号的精准快速捕获,本发明提出通过多相关器组对码相位进行估计。具体地,多相关器组以码片为间隔,共2N组,搜索范围为-1~+1码片。其中,多相关器组中相关器的数量2N。
步骤104,根据预设的非相干积分次数对相关值信号进行后积累,得到多相关器组在-1~1码片的自相关函数曲线。
相关值采用相干积分加后积累的方法进行能量累积,相干积分时间为T c ,后积累次数为N nc ,每个非相干积分值需要的时长得到,得到最终2N组相关器的包络结果。通过相干积分加后积累的方法进行能量累积可以方便信号的检测。
步骤106,根据自相关函数曲线确定非相干积分值的最大值和相邻两个次大值,通过非相干超前减滞后幅值法拟合估计码相位,并确定准时通道。
非相干超前减滞后幅值法为现有算法。
步骤108,将准时通道对应的多组相关值信号的I支路信号和Q支路信号进行组合,结合粗捕获频率,得到复相关值表达式。
复相关值表达式中包含粗捕获频率值,用于在粗捕获基础上实现载波频率的进一步精估计。
步骤110,根据复相关值表达式进行FFT运算,并对FFT结果求取包络值,确定最大峰和两个次大峰位置,利用二次插值算法估计短突发信号的频率和频率变化率。
上述高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法中,对卫星导航定位***高动态条件下的短突发信号进行粗捕获后,采用多相关器的方式,采用码片间隔的相关器,共2N组,搜索范围-1~+1码片,对码相位进行估计;对载波频率相位采用FFT算法,根据最大峰和两个次大峰位置利用二次插值拟合方法估计频率,再根据不同时间下的估计频率线性拟合频率变化率,提高了运算效率,这种方法可以在信号持续时间较短时就能实现信号频率和码相位的估计,可用于高动态短突发信号的精确引导,完成信号数据频率和码相位的进一步精估计,压缩频率和码相位的范围,为下一步跟踪做准备。
在一个具体实施例中,如图2所示,提供了一种高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法,包括以下步骤:
步骤S1:多相关器估计码相位
用1/16码片间隔的相关器,共32组,搜索范围-1~+1码片。采用相干积分时间为1ms,非相干积分次数为28,生成28组相关值,并将相关值进行累加,得到最终的32组相关器的包络结果,找到最大值和相邻两个次大值,估计码相位。
本地扩频码为cl(t),本地32组多相关器扩频码为ci(t),表达式为:
多相关器输出的码相关函数示意图如图3所示,通过32相关器组,可生成28*32相关值矩阵,将28组相关值数据进行后积累,得到-1~1码片的自相关函数曲线,分辨率为1/16chips,表达式为:
32组相关值数据后积累的结果示意图如图4所示,两个次大值非相干积分值分别为,表示最大值对应的相关器通道的前一个相关器通道,表示最大值对应的相关器通道的后一个相关器通道,可通过非相干超前减滞后幅值算法的方法拟合估计码相位,表达式为:
d为相关器组的码片间隔,对信号精引导后码相位拟合结果如图5所示,码相位差异为0.00075码片,精度为0.00059码片。
步骤S2:FFT估计载波频率相位
得到准时通道后,将I和Q支路信号进行组合,得到复相关值:
其中,为采样频率,为FFT的点长。从式中可看出FFT点数的增加,对FFT的曲线进行了放大,提高了计算分辨率。根据不同时间下的估计频率线性拟合频率变化率。最后利用最大峰和次峰对应的FFT结果,计算相位差结果。
应该理解的是,虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,该存储器存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink) DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高动态短突发信号的多相关器组高精度引导方法,其特征在于,所述方法包括:
对卫星导航定位***高动态条件下的短突发信号进行粗捕获后,通过多相关器组将本地扩频码与所述短突发信号进行相干积分,得到所述本地扩频码与所述短突发信号的相关值信号;所述多相关器组以码片为间隔,共2N组,搜索范围为-1~+1码片;
根据预设的非相干积分次数对所述相关值信号进行后积累,得到所述多相关器组在-1~1码片的自相关函数曲线;
根据所述自相关函数曲线确定非相干积分值的最大值和相邻两个次大值,通过非相干超前减滞后幅值法拟合估计码相位,并确定准时通道;
将所述准时通道对应的多组相关值信号的I支路信号和Q支路信号进行组合,结合粗捕获频率,得到复相关值表达式;
根据所述复相关值表达式进行FFT运算,并对FFT结果求取包络值,确定最大峰和两个次大峰位置,利用二次插值算法估计所述短突发信号的频率和频率变化率。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在根据所述复相关值表达式进行FFT运算,并对FFT结果求取包络值,确定最大峰和两个次大峰位置之后,还包括:
根据所述最大峰和所述次大峰对应的FFT结果,估计所述短突发信号载波和本地载波的相位差。
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