本發(fā)明涉及多頻高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，特別是一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)多頻點(diǎn)時(shí)延檢測(cè)和校正方法、裝置。

背景技術(shù)：

目前，衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)普遍對(duì)同一顆衛(wèi)星的多個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)單獨(dú)進(jìn)行捕獲、跟蹤以及電文譯碼。由于捕獲模塊是串行工作的，同一顆衛(wèi)星的多個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)需要輪流占用捕獲模塊進(jìn)行信號(hào)捕獲，導(dǎo)致處理時(shí)間較長(zhǎng)，且捕獲模塊需要兼容多個(gè)頻點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。針對(duì)并行快速多頻接收機(jī)，存在一種快速引導(dǎo)跟蹤裝置，通過(guò)捕獲一顆衛(wèi)星上的某一個(gè)頻點(diǎn)，對(duì)該衛(wèi)星其他頻點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行引導(dǎo)跟蹤，其中，其他未直捕頻點(diǎn)用于引導(dǎo)跟蹤的初始碼相位等于已捕獲頻點(diǎn)的初始碼相位。然而，由于同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)的電離層時(shí)延，傳輸時(shí)延，射頻通道時(shí)延，電路域處理時(shí)延不同，導(dǎo)致同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)的偽碼無(wú)法嚴(yán)格同步，會(huì)導(dǎo)致此快速引導(dǎo)跟蹤裝置失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)多頻點(diǎn)時(shí)延檢測(cè)和校正方法、裝置。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)多頻點(diǎn)時(shí)延檢測(cè)和校正方法，包括以下步驟：

1)通過(guò)射頻通道分別將不同頻點(diǎn)的射頻信號(hào)下變頻到中頻信號(hào)，衛(wèi)星上的A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)的中頻信號(hào)接收通道同步打開(kāi)，同步接收數(shù)據(jù)；

2)對(duì)A頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行捕獲，得到A頻點(diǎn)的碼相位和多普勒；

3)生成A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)信號(hào)的本地偽碼，等待A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)信號(hào)啟動(dòng)跟蹤；

4)在A頻點(diǎn)信號(hào)被捕獲成功后，將B頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒利用A頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位為A頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位，設(shè)為INT；

5)對(duì)A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，獲得碼相位偏移數(shù)CURR；

6)在不同時(shí)間，不同環(huán)境下多次搜索不同的衛(wèi)星，重復(fù)步驟3)～步驟5)，獲得大量的CURR值，統(tǒng)計(jì)P％概率下的CURR值所在的區(qū)間，設(shè)為[CURR_E，CURR_L]，若CURR_L-CURR_E≤4，則設(shè)置B頻點(diǎn)與A頻點(diǎn)的時(shí)延差為CURR_E+1，將CURR_E+1的時(shí)延差寫(xiě)入B頻點(diǎn)引導(dǎo)跟蹤模塊進(jìn)行時(shí)延校正，即在每次A頻點(diǎn)信號(hào)捕獲成功后，設(shè)置B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位為INI+CURR_E+1；否則，判定B頻點(diǎn)與A頻點(diǎn)沒(méi)有固定的時(shí)延差，無(wú)法使用A頻點(diǎn)捕獲結(jié)果引導(dǎo)B頻點(diǎn)的方式進(jìn)行快速引導(dǎo)跟蹤；

7)在初始化和定期檢測(cè)過(guò)程中執(zhí)行一次步驟1)～步驟6)，執(zhí)行完成之后不再重復(fù)執(zhí)行，直到下一次定期檢測(cè)過(guò)程。

步驟5)中，時(shí)延估計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

1)設(shè)置B頻點(diǎn)最大偏移碼片數(shù)2*N和最小搜索間距M，總的搜索次數(shù)設(shè)置為2*N/M，其中N/M為整數(shù)；

2)設(shè)當(dāng)前搜索次數(shù)為K，設(shè)置B頻點(diǎn)信號(hào)當(dāng)前搜索狀態(tài)下的碼相位為偏移INT+(1-2*(K％2))*(K/2)*M個(gè)碼片，其中％表示求余運(yùn)算；

3)同步啟動(dòng)A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)信號(hào)的跟蹤，若A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)均跟蹤鎖定上，則入步驟4)；否則，搜索次數(shù)K的值加1，判斷若搜索次數(shù)≤2*N/M，重新執(zhí)行步驟2)，若搜索次數(shù)>2*N/M，認(rèn)為當(dāng)前最大碼片偏移數(shù)下無(wú)法利用A頻點(diǎn)捕獲結(jié)果引導(dǎo)B頻點(diǎn)信號(hào)跟蹤，返回步驟1)，重新搜索A頻點(diǎn)其他衛(wèi)星直到所有衛(wèi)星搜索完成；

4)計(jì)算B頻點(diǎn)偽距與A頻點(diǎn)偽距差，計(jì)算該偽距差換算成B頻點(diǎn)的碼相位偏移數(shù)，設(shè)為CURR。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)多頻點(diǎn)時(shí)延檢測(cè)和校正裝置，包括：

A頻點(diǎn)射頻通道：用于將A頻點(diǎn)的射頻信號(hào)下變頻到中頻信號(hào)；

B頻點(diǎn)射頻通道：用于將B頻點(diǎn)的射頻信號(hào)下變頻到中頻信號(hào)；

A頻點(diǎn)捕獲模塊：用于對(duì)A頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行捕獲，得到A頻點(diǎn)的碼相位和多普勒，生成A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)信號(hào)的本地偽碼，等待A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)信號(hào)啟動(dòng)跟蹤；

跟蹤模塊：用于在A頻點(diǎn)信號(hào)被捕獲成功后，將B頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒利用A頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位為A頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位，設(shè)為INT；

時(shí)延檢測(cè)及校正模塊：用于對(duì)A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，通過(guò)一維搜索的方式，從A頻點(diǎn)信號(hào)初始碼相位開(kāi)始，前后偏移相同的碼相位，不斷搜索使得B頻點(diǎn)跟蹤鎖定，并通過(guò)A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)的偽距差計(jì)算得到一個(gè)樣本中B頻點(diǎn)的初始碼相位值，通過(guò)獲得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)樣本，利用置信度區(qū)間的方式，得到最終的B頻點(diǎn)的碼相位偏移數(shù)。

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)明將單頻點(diǎn)的碼相位進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算操作，準(zhǔn)確估計(jì)出同一顆衛(wèi)星上其他頻點(diǎn)的初始引導(dǎo)碼相位狀態(tài)，大幅地提高了多頻點(diǎn)并行快速引導(dǎo)跟蹤裝置的信號(hào)的跟蹤鎖定概率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)多頻點(diǎn)時(shí)延檢測(cè)和校正裝置。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示：

整個(gè)裝置包括：天線、各個(gè)頻點(diǎn)射頻通道(以一顆衛(wèi)星上有A-B兩個(gè)頻點(diǎn)為例，但是本發(fā)明的方法可拓展到N個(gè)頻點(diǎn)接收機(jī)，其中N>1)、A頻點(diǎn)捕獲模塊、A和B頻點(diǎn)跟蹤模塊以及定位解算模塊。天線與所有射頻通道連接，A頻點(diǎn)射頻通道與A頻點(diǎn)捕獲模塊連接，A頻點(diǎn)捕獲模塊以及B頻點(diǎn)射頻通道與跟蹤模塊連接，跟蹤模塊與時(shí)延檢測(cè)及校正模塊連接。

本發(fā)明裝置的工作原理為：

步驟1：通過(guò)射頻通道分別將不同頻點(diǎn)的射頻信號(hào)下變頻到中頻信號(hào)，A和B頻點(diǎn)的中頻信號(hào)接收通道同步打開(kāi)，進(jìn)行嚴(yán)格地同步數(shù)據(jù)接收；

步驟2：利用捕獲模塊對(duì)A頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行捕獲，得到A頻點(diǎn)的碼相位和多普勒；

步驟3：對(duì)A頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行捕獲；

步驟4：生成A和B頻點(diǎn)信號(hào)的本地偽碼，等待A和B頻點(diǎn)信號(hào)啟動(dòng)跟蹤；

步驟5：在A頻點(diǎn)信號(hào)被捕獲成功后，將B頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒利用A頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位為A頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位，設(shè)為INT；

步驟6：對(duì)B和C頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，其估計(jì)算法如下

(1)設(shè)置B頻點(diǎn)最大偏移碼片數(shù)2*N和最小搜索間距M，總的搜索次數(shù)設(shè)置為2*N/M，其中N/M為整數(shù)；

(2)假設(shè)當(dāng)前搜索次數(shù)為K，設(shè)置B頻點(diǎn)信號(hào)當(dāng)前搜索狀態(tài)下的碼相位為偏移INT+(1-2*(K％2))*(K/2)*M個(gè)碼片，其中％表示求余運(yùn)算。

(3)同步啟動(dòng)A和B頻點(diǎn)信號(hào)的跟蹤，若A和B頻點(diǎn)均跟蹤鎖定上，進(jìn)入(4)；否則，K＝K+1，判斷若K≤2*N/M，重新執(zhí)行(2)，若K>2*N/M，認(rèn)為當(dāng)前最大碼片偏移數(shù)下無(wú)法利用A頻點(diǎn)捕獲結(jié)果引導(dǎo)B頻點(diǎn)信號(hào)跟蹤，重新進(jìn)入步驟1，重新搜索A頻點(diǎn)其他衛(wèi)星直到所有衛(wèi)星搜索完成；

(4)計(jì)算B頻點(diǎn)偽距與A頻點(diǎn)偽距差，計(jì)算該偽距差換算成B頻點(diǎn)的碼相位偏移數(shù)，設(shè)為CURR；

步驟7：在不同時(shí)間，不同環(huán)境下多次搜索不同的衛(wèi)星，大規(guī)模多次重復(fù)步驟4到步驟6，獲得大量的CURR值，統(tǒng)計(jì)P％概率下的CURR值所在的區(qū)間，設(shè)為[CURR_E，CURR_L](例如，正例：假設(shè)獲得了10000個(gè)CURR的值，統(tǒng)計(jì)99％的概率下CURR值所在的區(qū)間。計(jì)算得到其所在的區(qū)間為[13,16]，由于CURR_L–CURR_E<4，則設(shè)置A和B頻點(diǎn)時(shí)延差為CURR_E+1。反例：假設(shè)獲得了10000個(gè)CURR的值，統(tǒng)計(jì)99％的概率下CURR值所在的區(qū)間。計(jì)算得到其所在的區(qū)間為[13,19]，由于CURR_L–CURR_E>4，判斷B頻點(diǎn)與A頻點(diǎn)沒(méi)有固定時(shí)延差，因此無(wú)法通過(guò)A頻點(diǎn)捕獲結(jié)果引導(dǎo)B頻點(diǎn))。若CURR_L-CURR_E≤4，則設(shè)置B頻點(diǎn)與A頻點(diǎn)的時(shí)延差為CURR_E+1，將CURR_E+1的時(shí)延差寫(xiě)入B頻點(diǎn)引導(dǎo)跟蹤模塊進(jìn)行時(shí)延校正，即在每次A頻點(diǎn)信號(hào)捕獲成功后，設(shè)置B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位為INI+CURR_E+1；否則，判定B頻點(diǎn)與A頻點(diǎn)沒(méi)有固定的時(shí)延差，無(wú)法使用A頻點(diǎn)捕獲結(jié)果引導(dǎo)B頻點(diǎn)的方式進(jìn)行快速引導(dǎo)跟蹤。

步驟8：該時(shí)延差檢測(cè)和校正方法只在該裝置初始化和定期檢測(cè)過(guò)程中執(zhí)行一次步驟1到步驟7，執(zhí)行完成之后不再重復(fù)執(zhí)行，直到下一次定期檢測(cè)過(guò)程。

本發(fā)明提出的多頻點(diǎn)信號(hào)時(shí)延檢測(cè)和校正方法的原理為：

1、A和B頻點(diǎn)信號(hào)接收和跟蹤通道開(kāi)啟的嚴(yán)格同步；

通過(guò)利用FPGA中的TIC信號(hào)發(fā)生模塊，使得A和B頻點(diǎn)的中頻信號(hào)接收通道同步打開(kāi)，進(jìn)行嚴(yán)格地同步數(shù)據(jù)接收；并且同步啟動(dòng)A和B頻點(diǎn)信號(hào)的跟蹤。

2、生成A和B頻點(diǎn)信號(hào)的本地偽碼，等待A和B頻點(diǎn)信號(hào)啟動(dòng)跟蹤；

3、A和B頻點(diǎn)信號(hào)時(shí)延差檢測(cè)和校正：

由于同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)的電離層時(shí)延，傳輸時(shí)延，射頻通道時(shí)延，電路域處理時(shí)延不同，設(shè)備老化等導(dǎo)致同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)的偽碼無(wú)法嚴(yán)格同步，會(huì)導(dǎo)致A頻點(diǎn)捕獲結(jié)果中的A頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位和B頻點(diǎn)信號(hào)的初始碼相位并不是嚴(yán)格對(duì)齊的。因此，需要在設(shè)備初始化和定時(shí)檢測(cè)過(guò)程中，進(jìn)行時(shí)延檢測(cè)和校正。此時(shí)延差檢測(cè)方法是通過(guò)一維搜索的方式，從A頻點(diǎn)信號(hào)初始碼相位開(kāi)始，前后偏移相同的碼相位，不斷搜索使得B頻點(diǎn)跟蹤鎖定，并通過(guò)A頻點(diǎn)和B頻點(diǎn)的偽距差計(jì)算得到一個(gè)樣本中B頻點(diǎn)的引導(dǎo)跟蹤模塊的初始碼相位值。通過(guò)獲得大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)樣本，利用置信度區(qū)間的方式，得到最終的B頻點(diǎn)的引導(dǎo)跟蹤模塊的初始碼相位偏移量。