[发明专利]计算并消除GNSS强信号对弱信号干扰的方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星信号的搜索处理技术领域，具体涉及一种计算并消除GNSS系统中强信号对弱信号干扰的方法。

背景技术

全球导航卫星定位系统(GNSS)接收机在第一次开机时，它只是大概估计自己的位置、振荡器偏移量(出现在所有卫星都发生多普勒频移的情况下)和准确时间。因此，接收机必须对大量可能的C/A码相位和可能的多普勒频移进行一次系统的搜索，从而找到卫星信号。如当GPS接收机启动以后，通过使用星历数据和ICD-GPS-200算法，它可以预测所有卫星的C/A码的相位和多普勒频移，这时，为了得到期望的卫星信号，只需要查找一个比较小的C/A码相位和多普勒频移范围。在搜索过程中，由于强弱信号之间的互相关作用，会导致接收机错误的把来自强信号的互相关谱线当作是来自弱信号的。同时在GPS接收机实际使用过程中，经常会出现接收机接收到的信号不足以实现定位导航，原因是由于环境影响，接收机接收到的混合信号中有些卫星信号的信号强度足够强，有些卫星信号被衰减导致信号强度减弱，再加上强信号对弱信号的影响，结果出现接收机不能接收到足够多的、能用于实现定位导航的卫星信号。针对这些问题，尤其是对于弱信号的捕获与跟踪问题，有许多文献都做了详细研究，如用匹配滤波器来实现弱信号的捕获。Madhani人等也提出用逐次干扰消除方法(Successive Interference Cancellation)可以消除强信号的干扰，其主要思想是：强信号很容易被捕获或跟踪，可以利用对强信号的跟踪或捕获结果参数将其从输入信号中去除，再通过捕获得到的较弱的信号，通过跟踪结果得到的较弱信号的参数将较弱信号再去除，以得到更弱的信号。实际上它的主要原理是构造强信号用以抵消输入信号中的强信号成分，从而消除强信号的干扰。这种方法并不能完全消除强信号对弱信号的干扰。

另外，无线通信中的多径干扰主要会造成卫星信号的接收时间误差，而设计高灵敏度接收机的难点之一就是强弱信号之间的相互干扰问题，也就是所谓的远近问题。因为在GNSS系统的设计中，所有卫星发射的同一信号的载波频率都是相同的，所以测距信号都在共用这个频率，为了保证不同卫星信号之间的互相干扰最小，就必须仔细选择伪随机噪声码(PRN)，各个PRN之间应该正交(即它们之间的互相关为0)，但是实际上不同卫星之间的PRN码并不是真正的正交，如GPS系统中卫星PRN码的最大互相关值是65，自相关峰值为1023，最大互相关值比自相关值低约20×log(65/1023)＝-23.9dB。而在GNSS系统中，区分强/弱信号或是区分近/远信号主要依赖于系统PRN码集合中不同的码之间的互相关值。因此，如果弱信号低于强信号20dB以上，弱信号的最大自相关就和与强信号的互相关峰值相当，因此无法根据相关峰值判断出弱信号的参数。此时如果要跟踪弱信号，也需要消除强信号对弱信号的影响。

但是实际上由于卫星和接收机之间的相对运动，不仅导致载波频率发生偏移，也导致卫星PRN码的码速率发生改变，结果信号之间的互相关问题就变得很坏。如对于GPS系统已经证实，在±9KHz的多普勒频率偏移范围内，最坏情况是，GPS C/A码的互相关量约差21dB。而这种最坏的情况是发生在两颗卫星信号的频率差在1KHz的整数倍时。当频率差为1KHz的整数倍时，多普勒偏移量会增加强/弱信号的互相关程度，而当多普勒频差偏离1KHz的整数倍，两个码的互相关值就会衰减，这个衰减服从sinx/x函数。

发明内容

本发明目的是要解决当GNSS接收机接收到的强信号数量不足以实现准确定位甚至导航时，通过利用接收到的强信号及其信息，来消除强信号对弱信号的干扰，以提高弱信号处理能力。

本发明是采取如下技术方案实现的，包括下列步骤：

1)在接收机的基带部分接收到数字中频信号后，用接收机的一个通道A捕获信号中的一个强信号并跟踪该强信号，当接收机通道A自动跟踪到该强信号后，强信号的相位近似为0弧度，这样几乎所有信号功率都是在同相分配的，通过载波环可以知道强信号载波频率的具体载波偏移，同时，在跟踪到强信号后，通过解调强信号得到导航电文；

2)通过对导航电文的分析，预测最有可能被接收到的弱信号，并在另外一个通道B中复现该弱信号的PRN码、载波和相位，用以与采样混合数字中频信号得到的采样值进行相关运算；