[发明专利]解决快速接收北斗卫星信号时接收机晶振频率偏移的方法

说明书

技术领域

本发明涉及北斗卫星导航接收机，具体地说，是涉及一种解决快速接收北斗卫星信号时接收机晶振频率偏移的方法。

背景技术

北斗卫星导航系统【BeiDou(Compass)Navigation Satellite System】是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。我国规划相继发射5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。2000年，我国建成北斗导航试验系统，使我国成为继美国、俄罗斯之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。2012年左右，北斗卫星导航系统将首先提供覆盖亚太地区的导航、授时和短报文通信服务能力。2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

“北斗二号”卫星导航定位系统是一种典型的扩频通信系统。在BD-2系统中，用户接收到的BD-2卫星播发的RNSS导航信号中，包含有以下三种信号：数据码(或称D码，亦称为基带信号)、测距码(C/A码，P码)和载波信号(B1、B2和B3)。数据码的信息速率有B_C(50bps)和B_m(500bps)两种，它包含多种与导航有关的信息，比如：卫星的星历、卫星钟钟差修正参数、测距时间标志、大气折射修正参数及由C/A码捕获P码等其他导航信息，上述导航信息统称为导航电文。RNSS导航信号是将导航电文对应的二进制码序列经过伪码扩频，再对L波段的载波进行四相调制(QPSK)之后形成的信号。BD-2接收机要得到导航电文的信息，必须对RNSS导航信号进行正确的解扩，即必须保证本地参考信号与接收信号之间的同步。

北斗接收机通过接收天线接收北斗卫星的信号，经过天馈的低噪声放大器放大处理后，由射频电缆传送到接收机模组，进行解调；之后，射频信号经低噪声放大器放大，再和本振信号一起经混频器混频，变为基带信号；最后，基带信号经过放大、滤波、AD采样后，完成信号处理。

在上述处理过程中，基带信号处理部分的任务主要包括：完成载波的捕获、跟踪与解调，伪码的捕获、跟踪与解扩，码同步，帧同步，Viterbi译码，广播电文的分拆与提取，通信信息、定位信息的提取，信息加解密操作，时差测量，发送信息的组帧、编码和调制，发送信号的多普勒频移值补偿及功率控制，以及串口数据传输、整机状态巡检。

从现有技术可知，在卫星导航定位系统中，信号采用的是直接序列扩频码的形式。为了能够实现码同步，需要对码相位按照一定的步进作相关运算。此外，由于多普勒频移的存在，接收机还需要对频率进行搜索。这是一种二维搜索，在无先验知识的情况下，其搜索过程可能极为耗时。在这种情况下，压缩多普勒频移的不确定范围将是加快搜索的有效手段，在接收机开始工作的选星阶段，总希望先对那些多普勒不确定范围较小的卫星信号进行捕获，以缩短捕获时间。

为了达到快速捕获的目的，有必要对接收GEO北斗信号的载波进行捕获，因此设定需要覆盖的多普勒频移范围不能太宽。除此之外，捕获时需要考虑的另一个因素是频率步长，即捕获中剥离载波所需要的频率。假定被覆盖的多普勒频移带宽范围是±2.5kHz，决定覆盖这5kHz范围的步进频率非常重要。以晶振频偏为OHz为参考，搜索步进频率100Hz为例，需要步进50次，才能完成对北斗信号载波的捕获。

在接收GEO北斗信号时，如果北斗卫星接收机处于相对静止的状态，一旦捕获或跟踪到北斗卫星信号的载波信号，北斗接收机中就可以得到多普勒频移值，该频移大小与晶振频率的偏差直接相关。接收机的晶振频率偏差越大，北斗接收机中得到的多普勒频移值的绝对值就越大；当晶振频率的偏差值超过一定值后，卫星接收机将无法正常捕获到北斗卫星信号。

如图1所示，假设输入射频信号X(t)(含有I和Q信号)为I(t)coswct-Q(t)sinwct，本地振荡信号为cosw_L0t，混频后的北斗信号如下：

A*X(t)*cosw_L0t

＝(A/2)*[I(t)coswct-Q(t)sinwct]*cosw_L0t

＝A/2*I(t)[cos(wc+w_L0)t+cos(wc-w_L0)t]-Q(t)[sin(wc+w_L0)t+sin(wc-w_L0)t]