本發(fā)明涉及一種基于悲觀計(jì)數(shù)器的衛(wèi)星導(dǎo)航弱信號(hào)檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

弱信號(hào)檢測(cè)和接收是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。高靈敏度的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)能夠接收高達(dá)-160dBm的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。加長(zhǎng)相干積分時(shí)間是提高弱信號(hào)檢測(cè)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。然而，加長(zhǎng)相干積分時(shí)間也會(huì)導(dǎo)致環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能變差。在衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備高速運(yùn)行狀態(tài)中，信號(hào)的相干積分時(shí)間需要越短越好，以實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)的信號(hào)跟蹤。然而，當(dāng)接收機(jī)處于一些特殊環(huán)境中，例如山地，峽谷，高樓間時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)非常微弱，又需要通過加長(zhǎng)相關(guān)積分實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)的檢測(cè)和接收。因此，在保證環(huán)路動(dòng)態(tài)性能基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)檢測(cè)和接收，非常有必要的。

由于相干積分時(shí)間長(zhǎng)度是一個(gè)離散變量，因此，比較常見的基于卡爾曼濾波的自適應(yīng)參數(shù)設(shè)置方法不再適合相干積分時(shí)間長(zhǎng)度的自適應(yīng)調(diào)整。目前沒有發(fā)現(xiàn)針對(duì)相干積分時(shí)間長(zhǎng)度的自適應(yīng)調(diào)整方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于悲觀計(jì)數(shù)器的衛(wèi)星導(dǎo)航弱信號(hào)檢測(cè)裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于悲觀計(jì)數(shù)器的衛(wèi)星導(dǎo)航弱信號(hào)檢測(cè)裝置，包括：

鑒相器：用于對(duì)基帶信號(hào)的載波相位進(jìn)行鑒相，并將輸出信號(hào)送入悲/樂觀計(jì)數(shù)器和環(huán)路濾波器；

悲/樂觀計(jì)數(shù)器：用于輸出悲觀計(jì)數(shù)器的值到相干積分時(shí)間調(diào)整模塊；

相干積分時(shí)間調(diào)整模塊：用于利用悲觀計(jì)數(shù)器的值計(jì)算相干積分時(shí)間長(zhǎng)度；

環(huán)路濾波器：對(duì)鑒相器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波獲得本振頻率，其中環(huán)路濾波器的參數(shù)與相干積分時(shí)間長(zhǎng)度相關(guān)；

數(shù)字振蕩器：用于調(diào)整本振頻率，并輸出調(diào)整后的本振頻率。

所述悲觀計(jì)數(shù)器的值的確定過程如下：如果鑒相器輸出信號(hào)的值小于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器清零，樂觀計(jì)數(shù)器加1；如果鑒相器輸出信號(hào)的值大于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器加1，樂觀計(jì)數(shù)器清零。

所述環(huán)路濾波器的參數(shù)設(shè)置如下：

初始加速度估計(jì)器系數(shù)K₃表達(dá)式為：

初始速度估計(jì)器系數(shù)K₂表達(dá)式為：

初始比例支路系數(shù)K₁表達(dá)式為：

其中，B_n為初始噪聲帶寬。

環(huán)路失鎖狀態(tài)下，初始噪聲帶寬為B_n＝110Hz；環(huán)路鎖定狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為B_n＝25Hz。

所述相干積分時(shí)間長(zhǎng)度T_U計(jì)算公式如下：

其中MAX_D為悲觀計(jì)數(shù)器的最大值，若D累加到D＝MAX_D，則環(huán)路轉(zhuǎn)為環(huán)路失鎖狀態(tài)，將噪聲帶寬從25Hz變到110Hz，相干積分時(shí)間長(zhǎng)度變?yōu)?ms，直到環(huán)路進(jìn)入再次鎖定狀態(tài)再次更新相干積分時(shí)間長(zhǎng)度的值；T_D為一個(gè)電文數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)度。

環(huán)路失鎖狀態(tài)下，設(shè)置初始相干積分時(shí)間長(zhǎng)度為T＝1ms；環(huán)路鎖定狀態(tài)下，設(shè)置初始相干積分時(shí)間長(zhǎng)度為T＝T_D；當(dāng)環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入到鎖定狀態(tài)時(shí)，初始相干積分時(shí)間長(zhǎng)度由1ms變到T_D；當(dāng)環(huán)路從鎖定狀態(tài)進(jìn)入失鎖狀態(tài)時(shí)，初始相干積分時(shí)間長(zhǎng)度由T_D變到1ms。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明利用悲觀計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值作為輸入，用于調(diào)整相干積分時(shí)間長(zhǎng)度，其實(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單方便，不會(huì)增加任何的復(fù)雜度，非常適合工程實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)三階環(huán)路濾波器模型；

圖2為本發(fā)明基于悲觀計(jì)數(shù)器的相干積分時(shí)間調(diào)整濾波器模型。

具體實(shí)施方式

如圖2，本發(fā)明主要有以下幾個(gè)模塊：鑒相器，悲/樂觀計(jì)數(shù)器模塊，環(huán)路濾波器(其中包括加速度估計(jì)器，速度估計(jì)器，比例支路)，相干積分時(shí)間調(diào)整模塊，數(shù)字振蕩器。其中，本發(fā)明考慮三階環(huán)路的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整，而加速度估計(jì)器為第三階環(huán)路，速度估計(jì)器為第二階環(huán)路，比例支路為第一階環(huán)路，T代表環(huán)路相干積分時(shí)間長(zhǎng)度。其中，各個(gè)模塊的功能和整體實(shí)現(xiàn)流程如下：

步驟1：鑒相器的輸出信號(hào)分別進(jìn)入悲/樂觀計(jì)數(shù)器模塊和環(huán)路濾波器模塊，鑒相器的輸入為Q支路能量與I支路能量的比值；

步驟2：通過判斷輸出信號(hào)的值是否小于0.7，決定悲觀計(jì)數(shù)器的值；

步驟3：悲/樂觀計(jì)數(shù)器模塊輸出悲觀計(jì)數(shù)器的值到相干積分時(shí)間調(diào)整模塊；

步驟4：相干積分時(shí)間調(diào)整模塊利用悲觀計(jì)數(shù)器的值計(jì)算相干積分時(shí)間長(zhǎng)度；

步驟5：設(shè)置好相干積分時(shí)間長(zhǎng)度的值以后，將鑒相器輸出信號(hào)送入環(huán)路濾波器；

步驟6：環(huán)路濾波器輸出送入數(shù)字振蕩器；

步驟7：數(shù)字振蕩器輸出調(diào)整后的本振頻率；

本發(fā)明提出的基于悲觀計(jì)數(shù)器環(huán)路參數(shù)設(shè)置方法的原理和具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

1、計(jì)算悲觀計(jì)數(shù)器的值；

通過判斷鑒相器輸出信號(hào)的值是否小于0.7，決定悲觀計(jì)數(shù)器的值。如果鑒相器輸出信號(hào)的值小于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器清零，樂觀計(jì)數(shù)器加1；如果鑒相器輸出信號(hào)的值大于0.7，悲觀計(jì)數(shù)器加1，樂觀計(jì)數(shù)器清零。每一次鑒相器的輸出都會(huì)改變悲觀計(jì)數(shù)器的值，設(shè)為D。

2、初始環(huán)路參數(shù)設(shè)置。

根據(jù)下面公式可以計(jì)算得到相應(yīng)的K₁，K₂和K₃的值

初始加速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為

初始速度估計(jì)器系數(shù)表達(dá)式為

初始比例支路系數(shù)表達(dá)式為

其中，環(huán)路失鎖狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為B_n＝110Hz。環(huán)路鎖定狀態(tài)下，設(shè)置初始噪聲帶寬為B_n＝25Hz，根據(jù)上面的公式可以計(jì)算得到相應(yīng)的K₁，K₂和K₃的值。

當(dāng)環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入到鎖定狀態(tài)時(shí)，環(huán)路濾波器參數(shù)由失鎖的參數(shù)改變到鎖定的參數(shù)狀態(tài)，即降低環(huán)路帶寬。當(dāng)環(huán)路從鎖定狀態(tài)進(jìn)入失鎖狀態(tài)時(shí)，增大環(huán)路帶寬，噪聲帶寬從25Hz變到110Hz。

3、初始相干積分時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)置。

其中，環(huán)路失鎖狀態(tài)下，設(shè)置初始相干積分時(shí)間長(zhǎng)度為T＝1ms。環(huán)路鎖定狀態(tài)下，設(shè)置初始相干積分時(shí)間長(zhǎng)度為T＝T_D。T_D為一個(gè)電文數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)度。其中，北斗GEO星T_D＝2ms，北斗GEO星和GPS星T_D＝20，GLONASS星T_D＝10。

當(dāng)環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入到鎖定狀態(tài)時(shí)，相干積分時(shí)間長(zhǎng)度由1ms變到T_D。當(dāng)環(huán)路從鎖定狀態(tài)進(jìn)入失鎖狀態(tài)時(shí)，相干積分時(shí)間長(zhǎng)度由T_D變到1ms。

4、相干積分時(shí)間長(zhǎng)度更新

只有當(dāng)環(huán)路鎖定狀態(tài)下，才根據(jù)悲觀計(jì)數(shù)器的值，改變相干積分時(shí)間長(zhǎng)度。若環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，那不改變環(huán)路參數(shù)的值。其中相干積分時(shí)間長(zhǎng)度更新的表達(dá)式如下：

更新的相干積分時(shí)間長(zhǎng)度表達(dá)式為

其中MAX_D為悲觀計(jì)數(shù)器的最大值，若D累加到D＝MAX_D，則環(huán)路轉(zhuǎn)為環(huán)路失鎖狀態(tài)，將噪聲帶寬從25Hz變到110Hz，相干積分時(shí)間長(zhǎng)度變?yōu)?ms，直到環(huán)路進(jìn)入再次鎖定狀態(tài)再次更新相干積分時(shí)間長(zhǎng)度的值。